Akumulator sodowo-jonowy to nowoczesne rozwiązanie w zakresie magazynowania energii, które może odegrać kluczową rolę w transformacji energetycznej. Charakteryzuje się wysoką gęstością energii, szybkim czasem ładowania i niskimi kosztami produkcji. Dzięki temu ma szansę stać się powszechnie stosowanym sposobem na magazynowanie energii ze źródeł odnawialnych oraz wspierać rozwój elektromobilności.
Kluczowe wnioski:- Akumulator sodowo-jonowy to obiecująca i konkurencyjna technologia magazynowania energii z wieloma zaletami.
- Może wspierać transformację w kierunku czystej energii dzięki magazynowaniu energii OZE i zastosowaniu w pojazdach elektrycznych.
- Charakteryzuje się wysoką gęstością energii, szybkim czasem ładowania i niskimi kosztami produkcji.
- Technologia ta wciąż się rozwija, dlatego należy obserwować postępy i wdrażać rozwiązania sodowo-jonowe.
- Przyszłość magazynowania energii należy do akumulatorów sodowo-jonowych, o ile prace badawcze potwierdzą ich deklarowany potencjał..
Zalety akumulatorów sodowo-jonowych
Akumulatory sodowo-jonowe mają szereg zalet, które czynią je obiecującą technologią magazynowania energii. Przede wszystkim charakteryzują się bardzo wysoką gęstością energii, sięgającą nawet 500 Wh/l. Dla porównania typowe akumulatory litowo-jonowe osiągają zaledwie 100-265 Wh/l. Oznacza to, że akumulatory sodowo-jonowe mogą magazynować 2-5 razy więcej energii w tej samej objętości.
Kolejną istotną zaletą jest niski koszt materiałów potrzebnych do produkcji ogniw sodowo-jonowych. Sód i siarka należą do najbardziej powszechnych pierwiastków na Ziemi, przez co są łatwo dostępne i tanie. Pozwala to obniżyć koszty wytwarzania tego typu akumulatorów w porównaniu np. do drogich i deficytowych materiałów używanych w akumulatorach litowo-jonowych.
Ponadto akumulatory sodowo-jonowe cechują się długą żywotnością, nawet do 10000 cykli ładowania/rozładowania przy zachowaniu 80% pojemności początkowej. Jest to znaczna poprawa w stosunku do zwykłych akumulatorów litowo-jonowych.
Szybkie ładowanie
Istotną przewagą akumulatorów sodowo-jonowych jest również możliwość błyskawicznego ładowania – już w ciągu kilkunastu minut mogą być one naładowane nawet w 80%. Dla porównania ładowanie akumulatorów litowo-jonowych do pełna zajmuje zazwyczaj ponad godzinę.
Oznacza to, że w przypadku zastosowania w samochodach elektrycznych akumulatory sodowo-jonowe pozwolą na znaczne skrócenie czasu ładowania na stacjach.
Akumulatory sodowo-jonowe a magazynowanie energii
Ze względu na swoje zalety, akumulatory sodowo-jonowe są obiecującym rozwiązaniem dla systemów magazynowania energii. Po pierwsze, ich wysoka gęstość energii oznacza możliwość zmagazynowania znacznych ilości energii w stosunkowo niewielkiej objętości. Po drugie, niski koszt materiałów sprawia, że mogą być konkurencyjne cenowo dla akumulatorów litowo-jonowych.
Sprawia to, że akumulatory sodowo-jonowe mają duży potencjał w zastosowaniach takich jak magazynowanie energii z farm wiatrowych i fotowoltaicznych, wspomaganie stabilności sieci elektroenergetycznych czy jako magazyny energii w inteligentnych domach i sieciach Smart Grid. Mogą także wspierać rozwój elektromobilności dzięki wykorzystaniu w pojazdach elektrycznych.
Według szacunków, globalny rynek systemów magazynowania energii, napędzany głównie przez odnawialne źródła energii i pojazdy elektryczne, osiągnie w 2030 roku wartość ok. 58 miliardów dolarów.
Akumulatory sodowo-jonowe mają potencjał, by dominować na tym rynku w ciągu kilku najbliższych lat – jeśli tylko potwierdzą swe obiecujące parametry w testach i pierwszych wdrożeniach komercyjnych.
Czytaj więcej: Baterie do magazynowania energii Baterie sodowe do przechowywania prądu
Budowa i działanie akumulatorów sodowo-jonowych
Podstawowy element akumulatora sodowo-jonowego stanowi ogniwo składające się z trzech warstw: anody (elektroda ujemna), katody (elektroda dodatnia) oraz znajdującego się między nimi elektrolitu. Anoda wykonana jest najczęściej z metalicznego sodu lub jego związków, katoda z siarki lub tlenków siarki, natomiast elektrolitem jest zwykle specjalny polimer przewodzący jony.
Działanie akumulatora sodowo-jonowego polega na przepływie jonów sodowych między anodą i katodą podczas procesu ładowania i rozładowywania. Naładowane jony uwalniane są z anody i przemieszczają przez elektrolit do katody, pozostawiając w anodzie nadmiar elektronów. Przepływ elektronów z anody do katody zapewnia wytworzenie prądu elektrycznego zasilającego urządzenie, a energia chemiczna akumulatora zamieniana jest w energię elektryczną.
Nowatorska konstrukcja
Część opracowywanych obecnie akumulatorów sodowo-jonowych ma nowatorską, stałą konstrukcję, bez płynnego elektrolitu. Zamiast niego stosuje się elektrolity w postaci stałej, co ma zwiększyć bezpieczeństwo, wytrzymałość mechaniczną i stabilność termiczną akumulatorów. Tego typu konstrukcja pozwala uzyskać znacznie większą gęstość energii, nawet powyżej 1000 Wh/l.
| Rodzaj akumulatora | Gęstość energii [Wh/l] |
| Akumulator litowo-jonowy | 100-265 |
| Akumulator sodowo-jonowy | 500-1000+ |
Te parametry sprawiają, że akumulatory sodowo-jonowe mogą w niedalekiej przyszłości całkowicie wyprzeć dotychczas dominujące akumulatory litowo-jonowe w wielu zastosowaniach.
Parametry techniczne akumulatorów sodowo-jonowych
Pod względem parametrów technicznych akumulatory sodowo-jonowezapowiadają się obiecująco na tle dostępnych obecnie technologii.
- Wysoka gęstość energii dochodząca do 1000 Wh/l (w zależności od konstrukcji), czyli 2-5 razy większa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.
- Możliwość błyskawicznego ładowania - do 80% pojemności w ciągu kilkunastu minut.
- Długa żywotność sięgająca nawet 10 000 cykli przy zachowaniu 80% pojemności początkowej.
Dodatkową, istotną zaletą jest stosunkowo niska cena produkcji tych akumulatorów dzięki wykorzystaniu powszechnie dostępnych i tani surowców takich jak sód i siarka.
Ponadto nowsze konstrukcje akumulatorów sodowo-jonowych ze stałym elektrolitem mają szansę na dodatkową poprawę parametrów w zakresie gęstości energii, wytrzymałości mechanicznej, stabilności termicznej oraz bezpieczeństwa.
Zastosowania akumulatorów sodowo-jonowych
Jeśli potwierdzą się zakładane parametry i zalety akumulatorów sodowo-jonowych, technologia ta może znaleźć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach.
Pojazdy elektryczne
Akumulatory sodowo-jonowe mogą zrewolucjonizować rynek samochodów elektrycznych. Ich wysoka gęstość energii pozwoli na znaczne zwiększenie zasięgu pojazdów przy tej samej masie i objętości akumulatora. Dodatkowo błyskawiczne ładowanie skróci czas tankowania energii do kilkunastu minut, czyniąc pojazdy elektryczne dużo bardziej praktycznymi.
Magazyny energii
Dzięki wysokiej gęstości energii, akumulatory sodowo-jonowe mogą konkurować z technologiami takimi jak baterie przepływowe czy akumulatory litowo-jonowe jako magazyny energii wspomagające pracę farm wiatrowych i fotowoltaicznych oraz stabilizujące sieci elektroenergetyczne. Mogą także zostać wykorzystane do budowy systemów magazynowania energii w inteligentnych domach i sieciach Smart Grid.
Mobilna elektronika
W mobilnych urządzeniach elektronicznych, takich jak smartfony i laptopy, zastosowanie akumulatorów sodowo-jonowych przełoży się na zwiększenie czasu pracy baterii lub zmniejszenie jej gabarytów i masy przy tym samym czasie działania. Można ponadto oczekiwać znacznie szybszego ładowania tych urządzeń.
Przyszłość akumulatorów sodowo-jonowych
Akumulatory sodowo-jonowe to obecnie bardzo intensywnie rozwijana technologia. Świadczą o tym dziesiątki zespołów naukowo-badawczych na całym świecie prowadzących prace nad udoskonaleniem różnych konstrukcji tych akumulatorów i podnoszeniem parametrów kluczowych dla praktycznych zastosowań.
Jeśli w najbliższych latach uda się osiągnąć deklarowane zalety w zakresie gęstości energii, szybkości ładowania i żywotności, akumulatory sodowo-jonowe mogą całkowicie zdominować globalny rynek magazynowania energii i współtworzyć czwartą rewolucję przemysłową w branży mobilności elektrycznej.
Podsumowanie
Akumulatory sodowo-jonowe to nowatorska technologia magazynowania energii, która według zapowiedzi ma szansę zrewolucjonizować ten rynek. Charakteryzuje się ona szeregiem obiecujących zalet w porównaniu do dominujących obecnie akumulatorów litowo-jonowych.
Przede wszystkim akumulatory sodowo-jonowe odznaczają się 2-5 razy większą gęstością energii, co przekłada się na ich zwiększoną pojemność w tej samej objętości i masie. Ponadto umożliwiają błyskawiczne ładowanie - do 80% w ciągu kilkunastu minut. Mają też dłuższą żywotność sięgającą nawet 10000 cykli przy zachowaniu 80% początkowej pojemności.
Jeśli te deklaracje się potwierdzą, akumulatory sodowo-jonowe mogą znaleźć szerokie zastosowanie - od magazynów energii, przez pojazdy elektryczne, po mobilną elektronikę. Pozwoli to na zwiększenie pojemności baterii lub wydłużenie czasu pracy urządzeń przy mniejszych gabarytach akumulatorów.
Akumulatory sodowo-jonowe mają szansę w perspektywie kilku lat wyprzeć akumulatory litowe i całkowicie zdominować rynek magazynowania energii. Kluczowe jest jednak potwierdzenie w praktyce ich zakładanych możliwości, nad czym intensywnie pracują obecnie zespoły badawcze na całym świecie.
