Natri-ion: Tương lai của pin sạc đã ở đây?

Đã qua rồi cái thời chúng ta có thể thoải mái tháo pin điện thoại di động để sạc riêng hoặc tự thay pin khi cần. Thật vậy, hầu hết pin cho điện thoại thông minh trên thị trường hiện nay đều được tích hợp sẵn, khiến chúng hoàn toàn không thể tháo rời. Điều này cũng có nghĩa là hầu hết chúng ta có lẽ không biết về loại pin sạc đang cung cấp năng lượng cho điện thoại của mình hiện nay. Câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi đó là pin lithium, tuy nhiên, câu trả lời dài là hai loại pin lithium chính—pin lithium-ion (Li-ion) và pin lithium-polymer (Li-po).

Trong khi pin Li-ion hiện là loại pin điện thoại phổ biến nhất cho hầu hết các mẫu điện thoại iPhone và Samsung, pin Li-po đang bắt kịp ngày càng nhiều thương hiệu lớn bao gồm Samsung và Xiaomi khi điện thoại của họ tung ra các mẫu mạnh hơn được hỗ trợ bởi pin Li-po. Tuy nhiên, trong khi cuộc đấu tranh giữa các dòng pin lithium vẫn tiếp diễn, pin natri-ion (Na-ion) đã âm thầm nổi lên như một ứng cử viên mới khác có khả năng làm khuynh đảo ngành công nghiệp pin sạc. Hãy đọc tiếp để tìm hiểu điều gì làm cho pin natri trở nên đặc biệt, tại sao nhiều người coi chúng là tương lai của pin sạc và tất nhiên là các cơ hội kinh doanh đi kèm với chúng.

Mục lục
Tình hình thị trường pin sạc
Pin natri-ion: tương lai của pin sạc?
Hiệu quả lâu dài

Tình hình thị trường pin sạc

Thị trường pin sạc được định giá ở mức 109.5 tỷ đô la Mỹ vào năm 2022 và dự kiến ​​sẽ tăng vọt lên 165.5 tỷ USD đến năm 2028, đạt tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 6.93%. Trong số thị trường pin sạc, thị phần pin Li-ion rõ ràng là thị trường dẫn đầu không thể tranh cãi, với một thị trường toàn cầu khác nghiên cứu bài báo dự đoán giá trị của nó sẽ tăng với tốc độ CAGR là 18.1% và đạt hơn 182.53 đô la Mỹ vào năm 2030.

Mặt khác, pin natri-ion đã khơi dậy lại sự quan tâm của công chúng sau khi công ty tiên phong trong công nghệ pin natri-ion Faradion Limited được một trong những công ty con của Reliance Industries tại Ấn Độ mua lại hoàn toàn với giá trị 100 triệu £ vào đầu năm 2022. Tiềm năng của thị trường pin natri-ion hệ thống lưu trữ năng lượng được dự đoán là đáng kể, đặc biệt là trong số các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Do đó, dự kiến ​​sẽ đạt được CAGR 14.68% từ năm 2022 đến năm 2027, đưa con số từ 244 triệu đô la lên 609 triệu đô la, gần gấp 2.5 lần so với tổng số ban đầu.

Pin natri-ion: tương lai của pin sạc?

Còn lâu dài

Tháng 2022 năm XNUMX đánh dấu một tháng hân hoan trong lịch sử phát triển pin natri-ion, khi tuần đầu tiên của tháng chứng kiến ​​một trang web tin tức khoa học báo cáo một khám phá có thể thú vị về công thức điện phân mới thay thế cho pin natri-ion, không chỉ tăng cường dòng điện sạc/xả mà còn duy trì hiệu suất ổn định ngay cả sau khi đạt hơn 900 chu kỳ. Bước đột phá trong lần lặp lại pin natri-ion không dừng lại ở đó mà tiếp tục với một thông báo đột phá lớn khoảng một tuần sau đó, thông qua nhấn phát hành từ Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng.

Trên thực tế, pin natri-ion đã được chú ý từ đúng một năm trước, vào tháng 2021 năm XNUMX, khi Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), nhà sản xuất pin lithium-ion lớn nhất thế giới dành cho xe điện (EV), phát hành thế hệ đầu tiên của mình. pin natri-ion cho xe điện. Tuy nhiên, những khám phá của nhóm PNNL vào đầu quý 2022 năm XNUMX chắc chắn đã nâng cao tiêu chuẩn cải tiến pin natri-ion, vì công nghệ do PNNL thiết kế được cho là đã thay đổi cơ bản thiết kế pin natri-ion để khắc phục một số thách thức kỹ thuật lâu nay.

Một trong những cải tiến đáng chú ý nhất trong công thức pin natri-ion thiết kế mới của họ là nhóm nghiên cứu đã kéo dài được tuổi thọ của pin trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng cách khéo léo thay đổi các thành phần lõi lỏng. Nhờ công thức chuyển đổi này, khả năng ổn định chất điện phân của pin natri-ion, đóng vai trò là mạch máu duy trì sự lưu thông năng lượng trong pin, được cải thiện và do đó giúp tăng cường độ bền của pin.

Các nhà nghiên cứu PNNL cũng giải quyết các mối lo ngại về an toàn đối với pin natri-ion so với hệ thống lithium-ion theo quan điểm bản chất hoạt động hóa học cao hơn nhiều so với lithium, làm tăng nguy cơ nổ hoặc tai nạn nghiêm trọng. Họ đã đưa ra giải pháp sử dụng chất chữa cháy có thể hoạt động ở điện áp cao và chịu được nhiệt độ khác nhau. Kết quả của tính năng mới được phát triển này là tạo ra lớp bảo vệ cực mỏng, ổn định trên cực dương giúp kéo dài tuổi thọ cho pin natri-ion.

Điều quan trọng cần lưu ý là tất cả những phát triển này cho phép các nhà nghiên cứu bảo toàn tới 90% dung lượng của pin natri-ion, nghĩa là sẽ có rất ít mất dung lượng ngay cả sau chu kỳ sạc kéo dài hơn 300 chu kỳ. Nói cách khác, tất cả những cải tiến gần đây này giúp kéo dài thêm Tuổi thọ dự kiến ​​của ion natri là 10 năm pin. Để đưa những tiến bộ mới nhất này vào đúng góc nhìn, phần lớn các nhà sản xuất đều đảm bảo 300-500 chu kỳ sạc or 3-5 năm trước khi mất khoảng 20% (giữ lại 80%) về hiệu suất dung lượng cho pin lithium-ion.

Giá rẻ

Chi phí của natri rõ ràng thấp hơn lithium xét về góc độ tài nguyên thiên nhiên vì natri được liệt kê là số 6 là nguyên tố được tìm thấy phổ biến nhất trên thế giới, chiếm 2.6% vỏ trái đất. Ngược lại, Liti chỉ chiếm khoảng 0.002% và là xếp hạng thứ 33 trên bảng xếp hạng thay vào đó. Việc so sánh chi phí giữa pin natri-ion và pin lithium-ion thực chất không phải là điều gì mới mẻ; các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford, ví dụ, đã chỉ ra sự thật rõ ràng rằng natri-ion là một giải pháp thay thế tốt hơn theo quan điểm về chi phí và cố gắng phổ biến việc sử dụng rộng rãi để giúp giảm tổng chi phí sản xuất pin sạc. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng báo cáo từ Đại học Stanford đã được thực hiện cách đây hơn 5 năm, khi giá lithium vẫn ổn định ở mức khoảng 160,000 RMB một tấn (khoảng 24,000 đô la Mỹ/tấn vào thời điểm đó).

Cho đến nay, giá lithium vẫn tiếp tục tăng vọt và đã tăng hơn 350% so với 5 năm trước, đạt mức cao nhất mọi thời đại là hơn 590,000 nhân dân tệ một tấn Tính đến tháng 2022 năm 4. Sự gia tăng đột biến của nguyên liệu thô lithium phù hợp với nhu cầu tăng vọt đối với xe điện (EV) từ quý 2020 năm XNUMX trở đi. Thực tế là hầu hết các nguyên liệu thô cho lithium được chế biến thành các sản phẩm cấp pin tại Trung Quốc càng làm trầm trọng thêm tình hình vì điều này có nghĩa là chi phí lưu trữ năng lượng cũng bị ảnh hưởng bởi phí vận chuyển quốc tế, vốn bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự gián đoạn trong ngành y tế và chuỗi cung ứng toàn cầu trong những năm gần đây.

Do đó, việc tăng giá liên tục là lý do quan trọng để tìm ra chất thay thế cho các thành phần dựa trên lithium ngay bây giờ và ion natri dồi dào tự nhiên, đảm bảo nguồn cung và tính khả dụng của nó, chính là lý do biện minh cho một lựa chọn đáng tin cậy với chi phí thấp. Điều này cung cấp một lý do thuyết phục trong quá trình nghiên cứu cải tiến quy trình cho pin ion natri, đặc biệt là khi hầu hết các chuyên gia trong ngành đều tin rằng việc thay thế natri có thể giúp giảm chi phí của pin sạc bằng cách khoảng 20-40%.

Quy mô lớn hơn

Trong khi phần lớn chúng ta có thể sử dụng pin lithium-ion cho điện thoại, máy tính xách tay, các thiết bị điện tử khác nhau và ô tô điện, cũng như nhiều lĩnh vực sử dụng cuối khác nhau hiện nay, nhiều người trong chúng ta có thể không biết rằng những loại pin này được sử dụng trong nhiều ứng dụng hơn những chức năng thường được biết đến. Ngoài các thiết bị điện tử và ngành công nghiệp EV, hai thị trường lớn nhất khác cho pin lithium-ion được trích dẫn là xử lý máy móc hạng nặng và lưu trữ năng lượng lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Và tin tốt là: ngành năng lượng tái tạo dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi giá trị trong 10 năm, từ 881.7 tỷ USD vào năm 2020 lên 1,977.6 tỷ đô la Mỹ vào năm 2030, đạt CAGR là 8.4%. Tuy nhiên, bất chấp tiềm năng to lớn này, với chi phí lithium hiện đang đạt mức cao kỷ lục, tính bền vững của nhu cầu về lithium-ion cho ngành năng lượng tái tạo đang bị nghi ngờ. Điều này đặc biệt đúng khi xét đến lượng năng lượng đáng kể cần thiết từ ngành năng lượng tái tạo, vì điều đó ngụ ý rằng tổng chi phí chung sẽ cao hơn đáng kể nếu giá lithium tiếp tục tăng cao.

Trong khi đó, bỏ qua yếu tố chi phí, pin lithium-ion thực tế là không phải là một lựa chọn thân thiện với môi trường, đặc biệt là khi nói đến việc lưu trữ quy mô lớn vì các kim loại độc hại như coban và niken được tìm thấy trong lithium-ion. Các kim loại này có thể gây hại cho nguồn nước và hệ sinh thái khi thải bỏ. Việc thải bỏ pin lithium-ion không đúng cách cũng có liên quan đến hỏa hoạn tại các bãi chôn lấp hoặc cơ sở tái chế pin.

May mắn thay, cả chi phí lẫn mối quan ngại về môi trường liên quan đến pin lithium-ion đều không liên quan đến pin natri-ion vì natri có sẵn trong tự nhiên từ các vật liệu rẻ tiền có khả năng tái chế cao và độ an toàn được cải thiện. Tất cả các yếu tố này khiến natri-ion trở thành ứng cử viên tốt hơn không chỉ cho các ứng dụng pin tiêu chuẩn cho các thiết bị điện tử thông thường mà còn cho việc triển khai trên quy mô lớn hơn nhiều như lưu trữ năng lượng cho năng lượng tái tạo.

Hiệu quả lâu dài

Những nỗ lực phát triển không ngừng nghỉ giữa các nhà khoa học và nhà nghiên cứu trong hành trình liên tục tinh chế nguyên liệu thô có sẵn để thay thế cho lĩnh vực năng lượng rẻ hơn và tốt hơn đã dẫn đến những khám phá và cải tiến mới nhất cho pin natri-ion. Một số bằng chứng do các nhà khoa học đưa ra đã chứng minh rằng pin natri-ion có thể là giải pháp thay thế lâu dài hơn so với pin lithium-ion, đặc biệt là đối với các ứng dụng quy mô lớn hơn do chi phí thấp hơn, tính dồi dào tự nhiên và các đặc tính bền vững của natri.

Sự tăng trưởng ổn định đặc biệt của nhu cầu lưu trữ năng lượng quy mô lớn cho lĩnh vực năng lượng tái tạo cho thấy có một không gian lớn để phát triển cho pin natri-ion, đặc biệt là với chu kỳ lặp lại sản phẩm ngày càng tăng của chúng. Do đó, các nhà đầu tư quan tâm được khuyến nghị tham gia thị trường trước khi đạt đỉnh. Để biết thêm thông tin về nguồn cảm hứng kinh doanh bán buôn và ý tưởng tìm nguồn cung ứng, hãy truy cập Chovm Đọc hôm nay.