Sodowo-jonowe: czy przyszłość akumulatorów jest już tutaj?

Minęły czasy, kiedy mogliśmy z radością wyjmować baterie z telefonów komórkowych, aby ładować je osobno lub samodzielnie wymieniać, kiedy tylko było to potrzebne. W rzeczywistości, prawie wszystkie baterie do smartfonów na rynku są wbudowane, co sprawia, że ​​są całkowicie niewymienne. Oznacza to również, że większość z nas prawdopodobnie nie ma pojęcia o rodzaju akumulatorów, które zasilają nasze telefony w dzisiejszych czasach. Krótką odpowiedzią na to pytanie są baterie litowe, jednak dłuższą odpowiedzią jest to, że istnieją dwa główne rodzaje baterii litowych — baterie litowo-jonowe (Li-ion) i litowo-polimerowe (Li-po).

Podczas gdy baterie litowo-jonowe są obecnie najpopularniejszym rodzajem baterii do większości modeli telefonów iPhone i Samsung, baterie litowo-polimerowe doganiają coraz więcej dużych marek, w tym Samsunga i Xiaomi, ponieważ ich telefony wprowadzają mocniejsze modele z bateriami litowo-polimerowymi. Jednak podczas gdy walka w rodzinie baterii litowych trwa, baterie sodowo-jonowe (Na-ion) po cichu wyłoniły się jako kolejny nowy kandydat, który prawdopodobnie szturmem podbije branżę akumulatorów. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, co sprawia, że ​​baterie sodowe są tak wyjątkowe, dlaczego wielu uważa je za przyszłość akumulatorów i oczywiście, jakie możliwości biznesowe się z nimi wiążą.

Spis treści
Sytuacja rynkowa akumulatorów
Akumulatory sodowo-jonowe: przyszłość akumulatorów?
Trwały efekt

Sytuacja rynkowa akumulatorów

Wartość rynku akumulatorów w 109.5 r. wyniosła 2022 mld USD, a przewiduje się, że wzrośnie ona do 165.5 miliardów USD do 2028 r., osiągając średnioroczną stopę wzrostu skumulowanego (CAGR) na poziomie 6.93%. Na rynku baterii ładowalnych, udział baterii litowo-jonowych jest wyraźnie niekwestionowanym liderem rynku, a kolejnym globalnym rynkiem naukowe artykuł prognozujący, że jego wartość będzie rosła ze średnioroczną stopą wzrostu CAGR na poziomie 18.1% i do 182.53 r. osiągnie kwotę ponad 2030 USD.

Z drugiej strony baterie sodowo-jonowe ponownie wzbudziły zainteresowanie opinii publicznej po tym, jak pionier w dziedzinie technologii baterii sodowo-jonowych, Faradion Limited, został w całości przejęty przez jedną ze spółek zależnych Reliance Industries w Indiach za kwotę PLN 100 mln na początku 2022 r. Potencjał rynku baterii sodowo-jonowych dla systemy magazynowania energii przewiduje się, że będzie znaczący, zwłaszcza wśród odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i słoneczna. Stąd prognozuje się osiągnięcie CAGR z 14.68% od 2022 do 2027 r., co oznacza wzrost kwoty z 244 mln USD do 609 mln USD, czyli prawie 2.5-krotność pierwotnej sumy.

Akumulatory sodowo-jonowe: przyszłość akumulatorów?

Dłuższe trwanie

Lipiec 2022 r. był miesiącem pełnym radości w historii rozwoju baterii sodowo-jonowych, ponieważ w pierwszym tygodniu miesiąca na stronie internetowej poświęconej wiadomościom naukowym ukazał się artykuł pt. raportowanie potencjalnie ekscytujące odkrycie w nowej formule elektrolitu zastępującej baterie sodowo-jonowe, która nie tylko zwiększyła prąd ładowania/rozładowania, ale także udało się utrzymać stabilną wydajność nawet po osiągnięciu ponad 900 cykli. Przełom w iteracji baterii sodowo-jonowych nie zatrzymał się na tym, ale trwał dalej wraz z dużym ogłoszeniem przełomu około tydzień później, poprzez komunikat prasowy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) podlegającego Departamentowi Energii.

W rzeczywistości baterie sodowo-jonowe znalazły się w centrum uwagi już około roku temu, w lipcu 2021 r., kiedy Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), największy na świecie producent baterii litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych (EV), wypuścił pierwszą generację baterie sodowo-jonowe do pojazdów elektrycznychOdkrycia zespołu PNNL na początku trzeciego kwartału 2022 r. zdecydowanie podniosły poprzeczkę w zakresie udoskonalania akumulatorów sodowo-jonowych, ponieważ technologia zaprojektowana przez PNNL rzekomo zasadniczo zmieniła konstrukcję akumulatora sodowo-jonowego, aby przezwyciężyć pewne długotrwałe wyzwania techniczne.

Jedną z najbardziej niezwykłych aktualizacji w ich nowej recepturze baterii sodowo-jonowej jest to, że zespołowi badawczemu udało się wydłużyć żywotność baterii w testach laboratoryjnych dzięki sprytnemu zwrotowi akcji w komponentach rdzenia ciekłego. W wyniku tej zmiany formuły stabilizacja elektrolitów baterii sodowo-jonowych, które są siłą napędową utrzymującą krążenie energii w bateriach, uległa poprawie, co pomogło zwiększyć trwałość baterii.

Naukowcy z PNNL odnieśli się również do kwestii bezpieczeństwa związanych z bateriami sodowo-jonowymi w porównaniu z systemami litowo-jonowymi, biorąc pod uwagę o wiele wyższa aktywność chemiczna niż w przypadku litu, co zwiększa ryzyko wybuchu lub poważnych wypadków. Wymyślili oni środek gaśniczy, który może działać przy wysokich napięciach i jest odporny na różne temperatury. Rezultatem tej nowo opracowanej funkcji jest stworzenie stabilnej, niezwykle cienkiej warstwy ochronnej na anodzie, która pomaga zapewnić długi cykl życia akumulatorów sodowo-jonowych.

Należy zauważyć, że wszystkie te osiągnięcia pozwalają badaczom zachować do 90% pojemności baterii sodowo-jonowych, co oznacza, że ​​utrata pojemności będzie bardzo niewielka nawet po dłuższym cyklu ładowania wynoszącym ponad 300 cykli. Innymi słowy, wszystkie te ostatnie ulepszenia pomagają jeszcze bardziej wydłużyć istniejący Oczekiwana żywotność jonów sodowych wynosi 10 lat baterie. Aby umieścić te najnowsze osiągnięcia w perspektywie, większość producentów zagwarantowała 300-500 cykli ładowania or 3-5 lat przed stratą około 20% (80% zachowane) w wydajności pojemnościowej akumulatorów litowo-jonowych.

Niższe koszty

Koszty sodu są niewątpliwie niższe niż litu z perspektywy zasobów naturalnych, ponieważ sód jest wymieniony jako numer 6 najczęściej występujący pierwiastek na świecie, stanowiąc 2.6% skorupy ziemskiej. Lit natomiast stanowi tylko około 0.002% i jest 33 miejsce na liście Zamiast tego. Porównanie kosztów baterii sodowo-jonowych i litowo-jonowych nie jest w rzeczywistości niczym nowym; naukowcy ze Stanford University, na przykład, wskazał na oczywisty fakt, że jon sodu jest lepszą alternatywą z punktu widzenia kosztów i starał się spopularyzować jego powszechne użycie, aby pomóc obniżyć ogólne koszty produkcji akumulatorów. Należy pamiętać, że raport Uniwersytetu Stanforda został sporządzony ponad 5 lat temu, gdy ceny litu były nadal ustabilizowane na poziomie około 160,000 24,000 RMB za tonę (około XNUMX XNUMX USD/tonę w tamtym czasie).

Do tej pory cena litu nadal rośnie i wzrosła o ponad 350% w porównaniu z 5 latami temu, osiągając najwyższy poziom w historii, wynoszący ponad 590,000 XNUMX RMB za tonę od listopada 2022 r. Gwałtowny wzrost cen surowców litowych jest zgodny z gwałtownym wzrostem popytu na pojazdy elektryczne (EV) od 4. kwartału 2020 r. Fakt, że większość surowców litowych jest przetwarzana w Chinach na produkty o jakości akumulatorowej, jeszcze bardziej pogorszył sytuację, ponieważ oznacza to, że na koszt magazynowania energii wpływają również opłaty za wysyłkę międzynarodową, na które w ostatnich latach znacząco wpłynęły zakłócenia w globalnej branży zdrowia i łańcucha dostaw.

Wielki stały wzrost cen jest zatem kluczowym powodem, aby znaleźć teraz substytut dla komponentów opartych na litach, a naturalnie obfity jon sodu, który zapewnia jego podaż i dostępność, jest sam w sobie uzasadnieniem dla niezawodnej, niedrogiej opcji. Stanowi to przekonujący powód w poszukiwaniu badań nad procesem poprawy dla baterii sodowo-jonowych, zwłaszcza gdy większość ekspertów branżowych uważa, że ​​zamiennik sodu może pomóc obniżyć koszty baterii akumulatorowych poprzez około 20-40%.

Większa skala

Podczas gdy większość z nas prawdopodobnie używa baterii litowo-jonowych do telefonów, laptopów, różnych urządzeń elektronicznych i samochodów elektrycznych, a także różnych sektorów zastosowań końcowych, wielu z nas może nie zdawać sobie sprawy, że baterie te są używane w większej liczbie zastosowań niż te powszechnie znane funkcje. Oprócz branży urządzeń elektronicznych i pojazdów elektrycznych, dwa inne największe rynki baterii litowo-jonowych są wymieniane jako obsługa ciężkiego sprzętu i magazynowanie energii dziedzinach, zwłaszcza w sektorze energii odnawialnej.

A dobra wiadomość jest taka, że ​​oczekuje się, że sektor energii odnawialnej podwoi swoją wartość w ciągu 10 lat, przechodząc z 881.7 miliardów USD w 2020 r. do 1,977.6 mld USD w 2030 r., osiągając CAGR na poziomie 8.4%. Jednak pomimo tego ogromnego potencjału, przy kosztach litu osiągających obecnie rekordowo wysoki poziom, pod znakiem zapytania stoi trwałość popytu na litowo-jon w sektorze energii odnawialnej. Jest to szczególnie prawdziwe w kontekście znacznego zapotrzebowania na energię w branży energii odnawialnej, ponieważ oznacza to, że wymagany jest znacznie wyższy całkowity koszt, jeśli ceny litu będą nadal rosły.

Tymczasem pomijając kwestię kosztów, baterie litowo-jonowe są w rzeczywistości nie jest to przyjazna dla środowiska opcja, szczególnie w przypadku magazynowania na dużą skalę, ponieważ w litowo-jonach znajdują się toksyczne metale, takie jak kobalt i nikiel. Metale te mogą szkodzić źródłom wody i ekosystemom, gdy są utylizowane. Niewłaściwa utylizacja baterii litowo-jonowych została również powiązana z pożarami na wysypiskach śmieci lub w zakładach recyklingu baterii.

Na szczęście ani koszty, ani obawy środowiskowe związane z bateriami litowo-jonowymi nie mają żadnego znaczenia dla baterii sodowo-jonowych, ponieważ sód występuje naturalnie w dużych ilościach w łatwo dostępnych tanich materiałach o wysokiej podatności na recykling i zwiększonym bezpieczeństwie. Wszystkie te czynniki sprawiają, że jon sodu jest lepszym kandydatem nie tylko do standardowych zastosowań baterii w typowych urządzeniach elektronicznych, ale także do znacznie większej skali zastosowań, takich jak magazynowanie energii dla energii odnawialnej.

Trwały efekt

Nieustanne wysiłki rozwojowe naukowców i badaczy w ciągłym dążeniu do udoskonalenia dostępnego surowca w celu uzyskania tańszego i lepszego zamiennika dla sektora energetycznego doprowadziły do ​​najnowszych odkryć i udoskonaleń w zakresie baterii sodowo-jonowych. Kilka dowodów przedstawionych przez naukowców udowodniło, że baterie sodowo-jonowe mogą być trwalszą alternatywą w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi, szczególnie w przypadku zastosowań na większą skalę ze względu na niższe koszty, naturalną obfitość i zrównoważone cechy sodu.

Wyjątkowo stały wzrost zapotrzebowania na magazynowanie energii na dużą skalę w sektorze energii odnawialnej oznacza, że ​​istnieje ogromny potencjał wzrostu dla baterii sodowo-jonowych, zwłaszcza w obliczu rosnącego cyklu iteracji produktów. Zainteresowanym inwestorom zaleca się zatem wejście na rynek przed jego szczytem. Aby uzyskać więcej informacji na temat inspiracji dla biznesu hurtowego i pomysłów na pozyskiwanie, odwiedź stronę Chovm czyta dzisiaj.