Natrium-ion: de toekomst van oplaadbare batterijen is hier?

De tijd dat we onze mobiele telefoonbatterijen er met plezier uit konden halen om ze apart op te laden of zelf konden vervangen wanneer dat nodig was, is voorbij. Bijna alle batterijen voor smartphones op de markt zijn tegenwoordig ingebouwd, waardoor ze helemaal niet verwijderbaar zijn. Dit betekent ook dat de meesten van ons waarschijnlijk geen idee hebben van het type oplaadbare batterijen dat onze telefoons tegenwoordig van stroom voorziet. Het korte antwoord daarop is lithiumbatterijen, het lange antwoord is echter dat er twee hoofdtypen lithiumbatterijen zijn: de lithium-ion (Li-ion) en de lithium-polymeer (Li-po) batterijen.

Hoewel Li-ionbatterijen momenteel het populairste type telefoonbatterij zijn voor de meeste iPhone- en Samsung-telefoonmodellen, halen Li-po-batterijen steeds meer grote merken in, waaronder Samsung en Xiaomi, omdat hun telefoons krachtigere modellen uitbrengen die worden ondersteund door Li-po-batterijen. Maar terwijl het worstelen tussen de lithiumbatterijfamilie doorgaat, zijn natriumionbatterijen (Na-ion) stilletjes naar voren gekomen als een andere nieuwe kandidaat die waarschijnlijk de oplaadbare batterij-industrie stormenderhand zal veroveren. Lees verder om erachter te komen wat natriumgebaseerde batterijen zo speciaal maakt, waarom velen ze zien als de toekomst voor oplaadbare batterijen en natuurlijk de zakelijke kansen die ermee gepaard gaan.

Inhoudsopgave
Marktsituatie van oplaadbare batterijen
Natrium-ionbatterijen: de toekomst van oplaadbare batterijen?
Blijvend effect

Marktsituatie van oplaadbare batterijen

De markt voor oplaadbare batterijen werd in 109.5 gewaardeerd op 2022 miljard dollar en zal naar verwachting stijgen tot US $ 165.5 miljard tegen 2028, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 6.93%. Op de markt voor oplaadbare batterijen is het marktaandeel van Li-ion-batterijen duidelijk de onbetwiste marktleider, met een andere wereldwijde markt onderzoek artikel waarin wordt voorspeld dat de waarde ervan met een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 18.1% zal toenemen en in 182.53 meer dan US$ 2030 zal bedragen.

Natrium-ionbatterijen hebben daarentegen de publieke belangstelling nieuw leven ingeblazen nadat de pionier op het gebied van natrium-ionbatterijtechnologie, Faradion Limited, volledig werd overgenomen door een van de dochterondernemingen van Reliance Industries in India voor een waarde van £ 100 miljoen begin 2022. Het potentieel van de markt voor natriumionbatterijen voor energieopslagsystemen wordt verwacht significant te zijn, vooral onder hernieuwbare bronnen zoals wind- en zonne-energie. Daarom wordt voorspeld dat het een CAGR van 14.68% van 2022 tot 2027, waardoor het bedrag van $ 244 miljoen naar $ 609 miljoen ging, bijna 2.5 keer het oorspronkelijke totaal.

Natrium-ionbatterijen: de toekomst van oplaadbare batterijen?

Langer durend

Juli 2022 was een feestelijke maand in de geschiedenis van de ontwikkeling van natriumionbatterijen, aangezien de eerste week van de maand een website met wetenschappelijk nieuws werd geopend rapportage een mogelijk opwindende ontdekking over een nieuwe elektrolytformule ter vervanging van natrium-ionbatterijen, die niet alleen de laad-/ontlaadstroom verhoogde, maar ook een stabiele prestatie wist te behouden, zelfs na het bereiken van 900+ cycli. De doorbraak in de iteratie van natrium-ionbatterijen stopte daar niet, maar ging ongeveer een week later door met een grote aankondiging, via de persbericht van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) onder het Ministerie van Energie.

In feite stonden natriumionbatterijen al sinds ongeveer een jaar geleden in de schijnwerpers, in juli 2021, toen Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), 's werelds grootste fabrikant van lithiumionbatterijen voor elektrische voertuigen (EV), zijn eerste generatie lithiumionbatterijen uitbracht. natrium-ionbatterijen voor elektrische voertuigenDe ontdekkingen van het PNNL-team aan het begin van het derde kwartaal van 2022 hebben de lat echter zeker hoger gelegd voor de verbetering van natrium-ionbatterijen, aangezien de door PNNL ontworpen technologie beweerde het ontwerp van de natrium-ionbatterij fundamenteel te hebben veranderd om enkele langdurige technische uitdagingen te overwinnen.

Een van de meest opmerkelijke updates in hun nieuwe ontwerp natrium-ion batterij recept is dat het onderzoeksteam erin slaagt om de levensduur van de batterij te verlengen in laboratoriumtests met een slimme draai in de vloeibare kerncomponenten. Als gevolg van deze formuleverandering verbeterde de stabilisatie voor elektrolyten van natrium-ion batterijen, die dienen als het levensbloed dat de energiecirculatie in de batterijen in stand houdt, en hielp zo de duurzaamheid van de batterijen te verbeteren.

Onderzoekers van PNNL hebben ook hun zorgen geuit over de veiligheid van natrium-ionbatterijen in vergelijking met lithium-ionsystemen, gezien een veel hogere chemische activiteit dan lithium, wat het risico op explosie of ernstige ongelukken vergroot. Ze kwamen met de adoptie van een brandblusmiddel dat kan werken bij hoge spanningen en bestand is tegen verschillende temperaturen. Het resultaat van deze nieuw ontwikkelde functie is de creatie van een stabiele, extreem dunne beschermlaag op de anode die helpt om een ​​lange cycluslevensduur te bieden voor natrium-ionbatterijen.

Het is cruciaal om op te merken dat al deze ontwikkelingen de onderzoekers in staat stellen om tot 90% van de capaciteit van natrium-ionbatterijen te behouden, wat betekent dat er zeer weinig capaciteitsverlies zou zijn, zelfs na een verlengde laadcyclus van 300+ cycli. Met andere woorden, al deze recente verbeteringen helpen de bestaande Verwachte levensduur van natriumionen van 10 jaar batterijen. Om deze meest recente ontwikkelingen in perspectief te plaatsen, garandeerde de meerderheid van de fabrikanten 300-500 oplaadcycli or 3-5 jaar voor een verlies van ongeveer 20% (80% behoud) in capaciteitsprestaties voor lithium-ionbatterijen.

Lagere kosten

De kosten van natrium zijn onmiskenbaar lager dan die van lithium vanuit het perspectief van de natuurlijke hulpbronnen, aangezien natrium op de lijst staat als nummer 6e meest voorkomende element in de wereld, goed voor 2.6% van de aardkorst. Lithium daarentegen, maakt slechts ongeveer 0.002% uit en is gerangschikt op de 33e plaats in de hitlijst in plaats daarvan. De kostenvergelijking tussen natrium-ionbatterijen en lithium-ionbatterijen is in feite niets nieuws; onderzoekers aan de Stanford Universiteit, bijvoorbeeld, had gewezen op het simpele feit dat natrium-ion een beter alternatief is vanuit een kostenoogpunt en streefde ernaar om het wijdverbreide gebruik ervan te populariseren om de totale productiekosten voor oplaadbare batterijen te helpen verlagen. Houd er echter rekening mee dat het rapport van Stanford University meer dan 5 jaar geleden werd opgesteld, toen de lithiumprijzen nog steeds stabiel waren rond de RMB 160,000 per ton (toen ongeveer US$ 24,000/ton).

Tot op heden blijft de lithiumprijs stijgen en is met meer dan 350% gestegen ten opzichte van 5 jaar geleden, waarmee een recordhoogte van meer dan XNUMX miljoen dollar is bereikt. RMB 590,000 per ton vanaf november 2022. De dramatische stijging van de lithiumgrondstoffen is in lijn met de torenhoge vraag naar elektrische voertuigen (EV's) vanaf het 4e kwartaal van 2020. Het feit dat de meeste grondstoffen voor lithium in China worden verwerkt tot batterijproducten, verergerde de situatie verder, aangezien dit betekent dat de kosten van energieopslag ook worden beïnvloed door internationale verzendkosten, die sterk zijn beïnvloed door de verstoring in de wereldwijde gezondheids- en toeleveringsketenindustrie in de afgelopen jaren.

De grote constante prijsstijging is daarom een ​​cruciale reden om nu een vervanger te vinden voor lithium-gebaseerde componenten, en het natuurlijk overvloedige natrium-ion, dat de levering en beschikbaarheid ervan garandeert, is op zichzelf een rechtvaardiging voor een betrouwbare, goedkope optie. Dit biedt een dwingende reden in de onderzoekszoektocht naar het verbeteringsproces voor natrium-ionbatterijen, vooral wanneer de meeste experts in de industrie geloven dat een natriumvervanger kan helpen de kosten van oplaadbare batterijen te verlagen door rond 20-40%.

Grotere schaal

Terwijl de meesten van ons waarschijnlijk lithium-ionbatterijen gebruiken voor onze telefoons, laptops, diverse elektronische apparaten en elektrische auto's, evenals verschillende eindgebruiksectoren vandaag de dag, zijn velen van ons zich er misschien niet van bewust dat deze batterijen in meer toepassingen worden gebruikt dan die algemeen bekende functies. Naast de elektronische apparaten- en EV-industrieën worden de twee andere grootste markten voor lithium-ionbatterijen genoemd als zware machinebehandeling en energieopslag sectoren, met name de sector van hernieuwbare energie.

En het goede nieuws is: de verwachting is dat de sector voor hernieuwbare energie in 10 jaar tijd in waarde zal verdubbelen, van US $ 881.7 miljard in 2020 tot US$ 1,977.6 miljard in 2030, met een CAGR van 8.4%. Ondanks dit enorme potentieel, met lithiumkosten die nu een recordhoogte bereiken, staat de duurzaamheid van de vraag naar lithium-ion voor de hernieuwbare energiesector echter ter discussie. Dit geldt met name gezien de aanzienlijke hoeveelheid energiebehoeften die afkomstig zijn van de hernieuwbare energiesector, aangezien dit impliceert dat er aanzienlijk hogere totale kosten nodig zijn als de lithiumprijzen blijven stijgen.

Als we de kostenfactor even buiten beschouwing laten, zijn lithium-ionbatterijen in feite geen milieuvriendelijke optie, met name als het gaat om grootschalige opslag, aangezien er giftige metalen zoals kobalt en nikkel in lithium-ion zitten. Deze metalen kunnen schade toebrengen aan de waterbronnen en ecosystemen wanneer ze worden afgevoerd. Onjuiste afvoer van lithium-ionbatterijen is ook in verband gebracht met branden op stortplaatsen of in batterijrecyclingfaciliteiten.

Gelukkig zijn noch de kosten noch de milieuproblemen die gepaard gaan met lithium-ionbatterijen relevant voor natrium-ionbatterijen, aangezien natrium van nature overvloedig aanwezig is in gemakkelijk verkrijgbare goedkope materialen met een hoge recyclebaarheid en verbeterde veiligheid. Al deze factoren maken natrium-ion een betere kandidaat, niet alleen voor standaard batterijtoepassingen voor veelvoorkomende elektronische apparaten, maar ook voor veel grootschaligere inzet, zoals energieopslag voor hernieuwbare energie.

Blijvend effect

De onvermoeibare ontwikkelingsinspanningen onder wetenschappers en onderzoekers in een voortdurende zoektocht om beschikbare grondstoffen te verfijnen voor een goedkopere en betere vervanging voor het energieveld, hebben geleid tot de nieuwste ontdekkingen en verbeteringen voor natrium-ionbatterijen. Verschillende stukken bewijsmateriaal die door wetenschappers zijn gepresenteerd, hebben aangetoond dat natrium-ionbatterijen een langer meegaand alternatief kunnen zijn in vergelijking met lithium-ionbatterijen, met name voor grootschaligere toepassingen met het oog op lagere kosten, natuurlijke overvloed en duurzame kenmerken van natrium.

De uitzonderlijk gestage groei van de vraag naar grootschalige energieopslag voor het veld van hernieuwbare energie betekent dat er een enorme ruimte is voor groei voor natrium-ionbatterijen, vooral met hun toenemende productiteratiecyclus. Geïnteresseerde investeerders wordt daarom aangeraden om de markt te betreden vóór de piek. Ga voor meer informatie over inspiraties voor groothandelsbedrijven en het vinden van ideeën naar Chovm leest <p></p>