Jsou sodíkovo-sirné baterie připravené do služby?

Lithium-iontové baterie se zatím ani zdaleka nechystají opustit svou pozici jedničky mezi bateriemi. Ale díky zájmu o obor jim v dílčích oblastech využití baterií rychle dorůstá konkurence, včetně baterií, které využívají kombinace dvou “S”: sodíku a síry.

Co slibují?

Jde o robustní typ baterie využívající anorganických elektrolytů. Během vybíjení záporná sodíková elektroda oxiduje na oxid sodný a na rozhraní elektrody a elektrolytu se vytváří sodíkové ionty. Ty putují přes membránu z oxidu hlinitého (Al2O3) na kladnou elektrodu, kde se redukují za vzniku sulfidu sodného (Na2S4). Při nabíjení probíhá pak proces opačný.

U sodíko-sírových baterií a dalších podobných typů, jako jsou třeba vanadové průtokové baterie, určuje celkovou kapacitu do značné míry velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, které jsou samy o sobě poměrně levné. Stejně jako u jiných průtokových baterií, například vanadových redox baterií, je tedy poměrně levné navýšit kapacitu úložiště, naopak je relativně drahé zvyšovat jejich výkon, jinak řečeno velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku.

Tento typ bateriá by měl být podstatně odolnější vůči provoznímu opotřebení než lithium-iontové baterie. Ovšem technologie se v praxi příliš nepoužívá, a tak jsou zatím podobné údaje založené na velmi omezeném množství reálných dat. Ale několik komernčních společností přesto už chce začít, nebo začíná s komerčními dodávkami.

Prototypový článek společnosti Natron Energy (foto Natron Energy)
Prototypový článek společnosti Natron Energy (foto Natron Energy)

Mají své výhody

V září 2020 udělila americká agentura pro podoru rizikových technologií v energetice ARPA-Epro grant zhruba 20 dolarů kalifornské společnosti Natron Energy. Peníze mají urychlit komercializační úsilí společnosti. Baterie firmy se nyní vyrábí v malých, ověřovacích sériích, uvedli zástupci společnosti pro server IEEE Spectrum. Prvními zákazníky Natronu jsou datová centra a telekomunikační společnosti.

Energetická hustota vanadových baterií nesnese přímo srovnání s klasickými lithiovými bateriemi. Lithium-iontové baterie mají hustotu o řád vyšší, řádově v nižškých stovkách kilowatthodin na metr krychlový (kWh/m3). Sodíko-sirné baterie udrží obvykle řádově desítky kWh/m3.

Sodíkové baterie by však mohly lithium-iontovým konkurovat ve stacionárních aplikacích, například při skladování elektřiny buď pro domácnosti, podniky či přímo jako velké baterie v rámci rozvodné sítě. Tedy u aplikací, kde rozměry nejsou na překážku a rozhoduje především cena. Na základě aktuálně dostupných informací dnes totiž někteří analytici odhadují, že náklady na sodovo-iontové baterie mohou být v rámci životního cyklu o 10-20 procent nižší než na lithium-iontové baterie.

Hlavní výhodou sodíkových baterií je, že využívají dostupných, levných a nejedovatých materiálů. V zemské kůře je více než tisíckrát více sodíku než lithia. I jeho těžba a zpracování jsou levnější. Exotické nejsou ani materiály pro elektrody: katody mohou vyrobeny z hojných kovů, jako je železo a mangan. Anody uhlíkové stejně jako u lithium-iontových baterií.

Sodíkové baterie mají ještě jednu výhodu z provozního hlediska, že dobře snáší velký rozsah teplot. A i když během provozu u nich jen těžko hrozí vznícení jako u lithium-iontových baterií, na druhou stranu obshaují čistý sodík, který musí opravdu bezpečně oddělen od vnějšího prostředí. To konstrukci prodražuje.

Kdo další?

Natron je jen jedním ze start-upů, které se snaží v oboru uchytit. Společnost má vlastní technologii: katodu i anodu vyrábí z pigmentu známého jako pruská či pařížská modř, pigmentu používaného v barvách a barvivách (hexakyanoželeznatan železitý (Fe4[Fe(CN)6]3). Jde o levný materiál, který ochotně přijímá uvolňuje ionty sodíku, takže baterie je schopná rychle vyvinout značný výkon.

Elektrody z tété látky jsou údajně také trvanlivější než tradiční elektrody uhlíkové či kovové a mají vydržet až 50 tisíc nabíjecích cyklů, tvrdí Natron. Protože samotný elektrolyt má také v podstatě neomezenou životnost (pokud bateirie těsní), rýsuje se tu možnost, že by šlo baterii schopnou pracovat dlouhá desetiletí. A to by samozřejmě výrazně mohlo zlepšit ekonomiku provozu pro uživatele, kteří mohou dosáhnout na levné peníze.

Další zajímavou společnosti v oboru je Faradion se sídlem ve Velké Británii, která si již našly odbyt v Austrálii a Indii. V loňském roce společnost oznámila, že obdržela první objednávku od investiční skupiny ICM Australia pro použití na australském trhu, kde výrazně roste poptávka po skladování baterií pro rezidenční, komerční a síťové aplikace.

Společnost v Indii také údajně pracuje na vývoji svých baterií pro užitková vozidla. To by mělo být možné díky tomu, že prototypy článků nové generace firmy údajně mají udrží načekaně velké množství energie: 140 Wh/kg. To je pouze zhruba polovina hustoty energie současné generace li-on baterií společnosti Tesla.

Společnost koncem února 2021 oznámila, že spolupracuje s houstonskou energetickou společností Phillips 66 se sídlem v Texasu na vývoji levných a výkonnějších anodových materiálů pro baterie. Experti to hodnotí jako dobrý krok, protože nové materiály by mohly posunout výkony sodíko-sirných baterií o něco výše, možná až na hodnoty kolem 200 Wh / kg.

Slibný výzkum v tomto směru probíhá Poukazuje mimo jiné na slibný probíhající výzkum v USA (v Pacific Northwest National Laboratory), ve francouzském CNRS i jinde. Tak s napětím čekjme na další vývoj.

Související články

Vložit komentář...