Nový typ batérií môže výrazne zlacniť elektromobily. Vedci hovoria, že sodík môže oslabiť dominanciu lítia
Sodíkovo-iónové batérie sa stávajú vážnou alternatívou k lítium-iónovým článkom. Sú lacnejšie, bezpečnejšie a využívajú dostupnejšie suroviny, no stále majú jednu zásadnú nevýhodu, ktorá brzdí ich masové nasadenie v elektromobiloch.
Elektrické autá dnes fungujú najmä vďaka jednej technológii, lítium-iónovým batériám. Tie sa objavili začiatkom 90. rokov a postupne sa rozšírili do mobilov, notebookov aj elektromobilov. Ich výhoda spočíva vo vysokej energetickej hustote a relatívne nízkej hmotnosti. Vedci však v posledných rokoch začali hľadať alternatívu, ktorá by znížila cenu aj závislosť od kritických surovín.
Jedným z najvážnejších kandidátov sa stali sodíkovo-iónové batérie (Na-ion), informuje Live Science. Ako už aj názov hovorí, namiesto lítiových iónov využívajú ióny sodíka. Znie to ako drobná chemická zmena, no v praxi môže výrazne zmeniť energetiku aj automobilový priemysel.
Sodík je oveľa dostupnejším materiálom ako lítium
Najväčšia výhoda novej technológie spočíva v dostupnosti surovín. Lítium patrí medzi pomerne vzácne prvky a nachádza sa len v niekoľkých regiónoch sveta. Ťažba je drahá a geopoliticky citlivá. Sodík je presný opak, ide o jeden z najbežnejších prvkov na planéte.
„Sodík je lacnejší, dostupnejší a geograficky oveľa menej koncentrovaný než lítium,“ hovoria výskumníci.
Takýto rozdiel môže výrazne stabilizovať dodávateľské reťazce a znížiť cenu batérií.
Výroba sodíkových článkov má ešte jednu výhodu. Namiesto drahej medi sa často používa hliník, ktorý je lacnejší aj ľahší.
Neprehliadni
„Lítium-iónové batérie vyžadujú medený kolektor prúdu, zatiaľ čo sodíkové môžu využívať hliník, ktorý je lacnejší aj ľahší,“ vysvetľuje vedkyňa Carmen M. López z National Physical Laboratory.
Okrem sodíka zvolili výskumníci aj takzvaný tvrdý uhlík
Dôležitou súčasťou sodíkových batérií je anóda z takzvaného tvrdého uhlíka. Ešte pred niekoľkými rokmi predstavovala práve táto zložka problém, pretože jej výroba bola drahá. Situácia sa však začala meniť.
Výrobcovia dnes dokážu vyrábať tvrdý uhlík z biomasy, napríklad z odpadu po spracovaní dreva alebo z kokosových škrupín. Tento postup výrazne znižuje náklady aj uhlíkovú stopu výroby.
V praxi to znamená, že sodíkové batérie môžu patriť medzi ekologickejšie akumulátory než klasické lítiové články, ktoré vyžadujú grafit alebo iné náročnejšie materiály.
Sodíkové batérie so sebou nesú menšie riziko požiaru
Batérie v elektromobiloch občas vyvolávajú obavy z požiarov. Hlavnou príčinou býva reťazová reakcia, ktorá spôsobí rýchle prehrievanie článkov. Pri sodíkových batériách je tento jav menej pravdepodobný.
Dôvod súvisí s veľkosťou iónov. Sodíkové ióny sú väčšie než lítiové, takže sa pohybujú pomalšie a vytvárajú menšie teplotné špičky pri poškodení článku.
Batérie navyše často zvládnu lepšie aj nízke teploty. To je dôležité najmä pre elektromobily v chladnejších regiónoch.
Najväčší problém sodíkovej technológie je stále nižšia energetická hustota. Lítium-iónové batérie dnes dokážu uložiť približne 100 až 300 Wh/kg energie. Sodíkové články zatiaľ dosahujú približne 160 Wh/kg.
Výrobcovia preto začali experimentovať s kombinovanými riešeniami.
Niektoré nové batériové bloky obsahujú sodíkové aj lítiové články v jednom systéme. Softvér potom riadi, ktorý typ článku sa v danom momente použije.
Lítiové články zabezpečia výkon a dojazd, zatiaľ čo sodíkové znížia cenu a zlepšia výkon pri nízkych teplotách.
Takýto hybridný prístup už testujú firmy ako CATL, najväčší výrobca batérií pre elektromobily na svete.
Sodíkové batérie majú ešte jednu praktickú výhodu, ktorá sa často nespomína. Lítium-iónové články sa musia počas prepravy držať čiastočne nabité, zvyčajne okolo 30 percent kapacity. Úplné vybitie by poškodilo ich chémiu. Zároveň však existuje riziko požiaru počas transportu. Sodíkové články tento problém nemajú.
Môžu sa skladovať a prepravovať úplne vybité na nulu voltov bez poškodenia batérie. To výrazne zjednodušuje logistiku a znižuje náklady na bezpečnostné opatrenia pri preprave.
Pre výrobcov to znamená lacnejší transport aj menšie poistné náklady.
Potenciál zaznamenávajú sodíkové batérie aj mimo áut
Napriek týmto výhodám sodíkové batérie zatiaľ nemusia úplne nahradiť lítium v elektromobiloch. Hlavným dôvodom je stále nižšia hustota energie.
„Kvôli obmedzeniam energetickej hustoty by batérie potrebné pre bežné elektromobily boli príliš veľké a ťažké,“ konštatuje López.
Technológia však má obrovský potenciál v inom sektore, v skladovaní elektriny pre energetické siete.
Veľké batériové farmy ukladajú energiu zo solárnych alebo veterných elektrární a uvoľňujú ju v čase, keď je dopyt najvyšší. Práve tu môže lacnejší sodík zohrávať významnú úlohu.
Prvé sodíkovo-iónové batérie sa už používajú v praxi
Sodíkovo-iónové batérie už nie sú len experimentom v laboratóriu. Niekoľko veľkých výrobcov začalo komerčnú výrobu a prvé produkty sa objavili na trhu.
Vývoj však stále pokračuje. Vedci pracujú najmä na zvýšení energetickej hustoty a testujú bezpečnosť v reálnych podmienkach.
Ak sa tieto výzvy postupne podarí vyriešiť, sodík môže v budúcnosti doplniť a v niektorých oblastiach možno aj čiastočne nahradiť, technológie, ktoré dnes dominujú elektromobilom a energetike.
