باتری‌های سدیم یونی: رقیب امیدوارکننده‌ای برای لیتیوم؟

به گزارش می‌متالز، آنها همچنین سرمایه‌گذاری زیادی در تحقیق و توسعه برای بهبود عملکرد و چرخه عمر باتری‌های خود انجام می‌دهند. این به بهبود کارایی در خودرو‌های برقی و ذخیره سازی باتری در مقیاس کاربردی کمک می‌کند.

برخی از شرکت‌ها به دنبال جایگزین‌هایی برای باتری‌های لیتیومی هستند، زیرا برای تولید به مقادیر زیادی آب و انرژی نیاز دارند و بازیافت آنها دشوار است. شرکت استرالیایی Nation Energie، سرمایه‌گذاری مشترک بین Faradion و ICM Investments، در حال بررسی پتانسیل باتری‌های سدیمی است که معتقد است می‌تواند پایدارتر باشد. این شرکت در سال ۲۰۲۲ اولین باتری سدیم یونی فارادیون را در سایتی در یارا ولی در نیو ساوت ولز نصب کرد تا این فناوری را آزمایش کند.

جیمز کوین، مدیر عامل شرکت فارادیون مستقر در بریتانیا، اظهار داشت: «سدیم منبع بسیار پایدارتری برای باتری‌ها نسبت به لیتیوم است. کوین اضافه کرد: «این به طور گسترده در سراسر جهان در دسترس است، به این معنی که منبع آن ارزان‌تر است و استخراج آن کم‌تر آب بر است. برای استخراج یک تن لیتیوم در مقابل یک تن سدیم، ۶۸۲ برابر آب بیشتر نیاز است. این مقدار قابل توجهی است.»

جایگزین دیگر باتری‌های لیتیوم سولفور است که در کاتد خود از گوگرد به جای عناصر فلزی کمیاب مانند نیکل، منگنز و کبالت استفاده می‌کنند. مقادیر فراوانی گوگرد در پوسته زمین وجود دارد و همچنین این محصول جانبی فرآوری گاز طبیعی و پالایش نفت است، به این معنی که دسترسی به آن نسبت به خاک‌های کمیاب آسان‌تر است، که باتری‌های لیتیوم-گوگرد را پایدارتر می‌کند.

در حالی که بسیاری از شرکت‌ها در حال سرمایه‌گذاری در فناوری باتری‌های جایگزین هستند، شرکت‌های دیگر به دنبال بهینه سازی باتری‌های لیتیوم یون خود هستند. برخی از سازندگان EV در حال بررسی فناوری باتری‌های حالت جامد هستند، در حالی که برخی دیگر در حال تحقیق در مورد پتانسیل آند‌های سیلیکونی در باتری‌ها هستند.

باتری‌های حالت جامد به جای الکترولیت‌های مایع یا آبی که در باتری‌های معمولی استفاده می‌شوند، از الکترولیت‌های جامد استفاده می‌کنند. دو نوع رایج الکترولیت جامد، الکترولیت‌های جامد معدنی (اکسید‌ها و سولفیدها) و پلیمر‌های جامد (نمک‌های پلیمری یا پلیمر‌های ژل) هستند. باتری‌های حالت جامد به طور فزاینده‌ای محبوب هستند، زیرا خطر اشتعال پذیری کمتر، چگالی انرژی بالاتر و چرخه شارژ سریع‌تر دارند. با این حال، هزینه تولید آنها بیشتر از باتری‌های سدیم است.

بسیاری از کارشناسان صنعت بر این باورند که هنوز باید یک الکترولیت جامد ایده آل پیدا شود تا به طور موثر باتری را تغذیه کند. با این حال، Solid Power مستقر در کلرادو یک باتری مبتنی بر الکترولیت سولفید ایجاد کرده است که می‌گوید چگالی انرژی آن بین ۵۰ تا ۱۰۰ درصد بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون معمولی است. این شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۲۸ سالانه باتری‌های حالت جامد برای ۸۰۰۰۰۰ خودروی برقی تولید کند.

تویوتا و نیسان ژاپن هر دو بودجه تحقیق و توسعه باتری‌های حالت جامد را تامین می‌کنند که امیدوارند در سال‌های آینده عملکرد خودرو‌های برقی خود را بهبود بخشند. تویوتا امیدوار است تولید انبوه باتری‌های حالت جامد را بین سال‌های ۲۰۲۷ تا ۲۰۲۸ راه‌اندازی کند و نیسان قصد دارد تا سال ۲۰۲۹ از این فناوری در خودرو‌های برقی خود استفاده کند. در همین حال، مرسدس، پورشه و جنرال موتورز همگی روی فناوری آند سیلیکونی سرمایه‌گذاری می‌کنند تا قدرت و قابلیت شارژ باتری‌های آنها را بهبود بخشند. 

گزارشی از ماه می‌توسط مشاور IDTechEx، پتانسیل مواد آند سیلیکونی پیشرفته را برای بهبود بخش‌های حیاتی عملکرد باتری «بسیار عظیم» توصیف کرد. با این حال، موانع متعددی از جمله عمر چرخه، عمر مفید و هزینه بر سر راه گسترش تجاری این فناوری قرار دارند. به نظر می‌رسد که آند سیلیکون در حال حاضر به لطف چندین پیشرفت تکنولوژیکی در چند سال اخیر از فناوری باتری‌های حالت جامد پیشی گرفته است، اما هیچ کدام هنوز برای استفاده در مقیاس تجاری آماده نیستند.

باتری‌های آند سیلیکون چند سال پیش فقط یک سال ماندگاری داشتند، اما تولیدکنندگان باتری معتقدند که امروزه این مدت را بین سه تا چهار سال افزایش داده‌اند. کارشناسان پیشنهاد می‌کنند که آند‌های سیلیکونی می‌توانند ۱۰ برابر گرافیت، که معمولاً در آند‌های باتری استفاده می‌شود، چگالی انرژی تولید کنند. با این حال، هنگامی که سیلیکون بیشتری استفاده می‌شود، همین مواد ممکن است از تخریب سریع‌تر آسیب ببینند.

سازندگان EV و باتری‌ها سرمایه‌گذاری زیادی در تحقیق و توسعه فناوری باتری، هم در توسعه مواد جایگزین باتری و هم برای بهبود عملکرد، انجام می‌دهند. انتظار می‌رود که این امر در سال‌های آینده نوآوری‌ها را برای بهبود عملکرد EV و باتری‌های در مقیاس کاربردی افزایش دهد. با این حال، در حال حاضر مشخص نیست که کدام فناوری باتری برتر خواهد بود.

منبع: ایفنا