Artık Lityum Pillerine İhtiyaç Yok! YENİ Sodyum İyon Pil Seri Üretime BAŞLIYOR

[™ Admin]

Artık Lityum Pillerine İhtiyaç Yok! YENİ Sodyum İyon Pil Seri Üretime BAŞLIYOR

Sodyum Piller Lityum Pillerin Yerini mi Alacak?

Temmuz 2021'de CATL'de düzenlenen bir basın toplantısı, sodyum iyon pil teknolojisini perde arkasından sahnenin önüne taşıdı. CATL'nin planına göre, sodyum-iyon pil endüstrisi zinciri 2023'te inşa edilecek ve sanayileşecek. Giderek daha popüler hale gelen enerji depolama konsepti, sodyum-iyon pilleri anında enerji depolama çemberi ve yatırım topluluğu tarafından aranan en parlak yıldız haline getirdi. .

Aslında sodyum-iyon pillerle ilgili temel bilimsel araştırmalar uzun yıllardır yapılıyor.

1979 yılında Fransız bilim adamı Armand “sallanan sandalye aküsü” kavramını ortaya attı ve lityum-iyon ve sodyum-iyon piller üzerine araştırmalara başladı. O zamandan beri, sodyum iyon pillerle ilgili araştırmalar durdu. 2000 yılına kadar sert karbon anot malzemelerinin keşfi, sodyum iyon piller için bir dönüm noktası başlattı.

Lityum kaynaklarına bağımlılığı azaltmak ve düşük maliyetli ve yüksek güvenlikli yeni pil sistemleri geliştirmek, her zaman sodyum pillerin tükenmez keşfinin arkasındaki itici güç olmuştur. Bununla birlikte, büyük iyon yarıçapı, sodyum pillerin enerji yoğunluğunda doğuştan eksiklikleri olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak, yedek güç kaynakları, düşük hızlı elektrikli araçlar, enerji depolama ve kurşun-asit pillerin kullanıldığı diğer tüm senaryolar, yakında sodyum pillerin işgal edeceği ana alan haline gelecektir. Başka bir deyişle, sodyum pillerin kurşun-asit pillerin yerini alma olasılığı çok yüksektir. Peki, sodyum piller lityum pillerin yerini alacak mı? “Bu yazımızda bu soruya ilişkin görüşlerimizi aktaracağız. Cevabı vermeden önce, sodyum pil hakkında bir şeyler bilmemiz gerekiyor.

Sodyum-iyon pil teknolojisi olgunlaştı mı?

Lityum piller gibi sodyum iyon pillerin de pozitif elektrot, negatif elektrot, elektrolit ve diyaframdan oluştuğu anlaşılmaktadır. Lityum iyonlarıyla karşılaştırıldığında, sodyum iyonlarının boyutu daha büyüktür ve malzeme yapısı kararlılığı ve kinetik özellikler açısından daha sıkı gerekliliklere sahiptir. Bu aynı zamanda sodyum iyon pillerin ticarileştirilmesinin zor olmasının nedenidir.

Sodyum pillerin ve lityum pillerin üretim ekipmanı arasındaki fark nedir?

İki malzemenin üretim ekipmanı neredeyse aynıdır. Tek fark, pili yapmak için kullanılan ham maddeleri değiştirmektir. Lityum pillerin veya lityum kobalt oksitin (LCO) üçlü malzemelerinin tümü mühendislik elektriği ve katı faz yöntemleriyle kontrol edilir. Katot malzeme üretim hattına yatırılan hammaddeler ağırlıklı olarak lityum karbonat, nikel oksit, benzen asit veya metal tuzu artı lityum karbonat veya lityum hidroksittir. Sodyum pildeki metal tuzu değişmeden kalır, yani lityum karbonat veya lityum hidroksit, sodyum karbonat ve sodyum hidroksit ile değiştirilir, ancak tüm sentez süreci aynıdır.

Pozitif elektrot üreticileri için, mevcut lityum pil pozitif elektrot üretim ekipmanı temel olarak kullanılabilir, ancak belirli üretim parametrelerinde ve koşullarında bazı ayarlamalar yapılması gerekir. Ama donanım temelde aynı. Grafitteki fark çok büyük olmayacaktır. Elektrolit temel olarak benzerdir, yani çözünmüş LiPF6, NaPF6 ile değiştirilir, ancak tüm lityum pil üretim hattından çok farklı değildir.

Sodyum piller lityum pillerin yerini alacak mı?

Hayır, endüstride genel olarak sodyum-iyon piller ile lityum-iyon pillerin birbirinin ikamesi olmaktan çok tamamlayıcısı olduğuna inanılır. Sodyum-iyon pillerin düşük enerji yoğunluğu nedeniyle, orta ve düşük hızlı elektrikli araçlarda ve büyük ölçekli enerji depolamada kullanım için daha uygundurlar.

Endüstri yatırımı artırdıkça, teknoloji olgunlaştıkça ve endüstriyel zincir kademeli olarak geliştikçe, uygun maliyetli sodyum-iyon pillerin, özellikle sabit enerji depolama alanında lityum-iyon pillerin önemli bir tamamlayıcısı olması bekleniyor. İyi gelişme beklentileri var.

Aküler için gereklilikler temel olarak daha yüksek kapasite, daha hızlı şarj etme, daha güvenli ve daha düşük maliyetli boyutlara bölünmüştür. Ona göre, geçici olarak daha yüksek kapasiteyi karşılayamama dışında, diğer yönler sodyum iyon pillerin avantajlarıdır. Bu aşamada, sodyum-iyon pil ürünleri ağırlıklı olarak 150 watt-saat/kg'ın altındaki uygulama senaryolarında kullanılacaktır, bu da lityum kaynaklarının kıtlığı nedeniyle enerji depolama pillerinin sınırlı gelişimini bir ölçüde hafifletebilir.

“Sodyum-iyon pillerin büyük ölçekli seri üretiminde bariz bir darboğaz yok ve belirli pazarlarda kendi özellikleriyle pazarı hızla ele geçirecekler. ”Sodyum-iyon piller, en ekonomik yüksek güvenlikli enerji depolama pilleri olarak konumlandırılmıştır. Büyük ölçekli üretimden sonra, lityum-iyon pillerin performansı, kurşun-asit pillerin fiyatına ulaşacaktır.

Sodyum-iyon pillerin geliştirilmesi, kendi kendine bir atılım sürecidir. Sodyum-iyon piller, sonunda kaçınılmaz olarak lityum pillerle karşı karşıya gelecek, rekabet edebilirlik için rekabet edecek ve pazarı ele geçirecektir. CATL net bir zaman çizelgesi vermiş olsa da, sodyum iyon pillerin sanayileşmesinin teknik performans, endüstriyel zincir, seri üretim ve maliyet zorluklarını da aşması gerekiyor.

Sodyum-iyon pillerin doğuştan gelen enerji yoğunluğu eksikliği iyi bilinmektedir ve sürekli optimizasyon çabaları hiç durmamıştır. Enerji yoğunluğunu 160Wh/kg'dan 200Wh/kg'a çıkarmak, CATL'deki ikinci nesil sodyum-iyon pillerin araştırma ve geliştirme hedefi haline geldi.

Sodyum pillerin sanayileşmesi ne kadar sürer?
Enerji depolama uygulamaları için çevrim ömrünü iyileştirmenin önemi göz ardı edilemez. Yayınlanan bilgilere göre, mevcut sodyum-iyon pillerin çevrim ömrü 5.000 kata ulaşabilir, ancak yine de ticari lityum demir fosfat pillerin mevcut çevrim ömrü olan 8.000-10.000 kattan çok daha düşüktür. Sodyum-iyon piller, enerji depolama alanının bel kemiği olmak istiyorsa, teknik performans açısından deneyim kazanmaya devam etmeleri gerekiyor.

Endüstriyel zincir：

Çeşitli işletmeler tarafından açıklanan bilgilere göre, sodyum-iyon pillerin üretimi, temel olarak olgunlaşan ve uygulanan lityum pil üretim ekipmanını takip edebilir. Her bağlantıdaki kilit süreçlerde büyük farklılıklar yoktur ve üretim kapasitesinin konuşlandırılması hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, pozitif elektrot, negatif elektrot, diyafram, elektrolit ve toplayıcı gibi temel hammaddeler açısından, yepyeni sodyum bazlı malzemeler söz konusu olduğundan, yeni malzemeler geliştirmek ve yepyeni bir endüstriyel zincir sistemi oluşturmak gerekir.

Seri üretim ve maliyet düşürme:

Üretim hatları oluşturmak, üretim kapasitesini artırmak ve istikrarlı seri üretime ulaşmak, herhangi bir teknolojik sanayileşmenin yaşaması gereken 9981 zorluktur ve sodyum iyon pillerin deneyimi yeni başlamıştır. Düşük hammadde fiyatları, sodyum iyon pillerin maliyetleri düşürme konusundaki temel avantajıdır. Endüstriyel zincir ve üretim sistemi sağlam olmadan önce, sodyum pillerin maliyetinin lityum pillere göre bir avantajı yoktu.

 

Alıntı

Sodyum iyon pil nedir? Tanım, yapı ve daha fazlası

Sodyum iyon pil tam olarak nedir, onları lityum iyon piller gibi yaygın alternatiflerden farklı kılan nedir ve ne tür uygulamaların dönüştürülmesine yardımcı olabilirler? Bu potansiyel çığır açan pil teknolojisinin bu kapsamlı dökümünde tüm bunları ve daha fazlasını keşfedeceğiz.

Sodyum-iyon piller, sodyumun bol miktarda bulunabilmesi ve makul maliyeti nedeniyle, şu anda lityum-iyon pillerin geçerli bir ikamesi olarak gelişmektedir. Özellikleri nedeniyle büyük umut vaat ediyorlar; enerji yoğundurlar, yanıcı değildirler ve soğuk havalarda iyi çalışabilirler. Ayrıca çevre için diğer yaygın alternatiflerden çok daha iyidirler, ancak zayıf dayanıklılıkları nedeniyle SIB'lerin performansı şimdiye kadar sınırlı kalmıştır. Tüm bunlar, bu makalede inceleyeceğimiz gibi, SIB alanındaki son gelişmelere inanılırsa değişmek üzere olabilir.

Sodyum iyon pil nedir?

Bir sodyum-iyon pil, her yerde bulunan lityum-iyon pille karşılaştırılabilir bir tür şarj edilebilir pildir, ancak şarj taşıyıcıları olarak lityum iyonları (Li+) yerine sodyum iyonları (Na+) kullanır. Bir sodyum-iyon pilin çalışma prensipleri ve hücre yapısı, lityum-iyon pillerle hemen hemen aynıdır, ancak lityum bileşikleri yerine sodyum bileşikleri kullanılır.

Sodyum-iyon piller, daha düşük maliyetleri, daha yüksek kullanılabilirlikleri ve çevre üzerindeki azaltılmış etkileri nedeniyle şu anda mevcut lityum-iyon pil teknolojisine potansiyel bir alternatif olarak ortaya çıkıyor. Sodyum iyon piller, ucuz ve bol malzeme (lityum ve bakır yerine sodyum ve alüminyum) kullandığından, bazı uygulamalarda dönüştürücü olabilirler.

 

 

SODYUM-İYON PİL: TANIM

Elektrik yükünü ileten elektrolitinin birincil bileşeni olarak sodyum iyonlarını kullanan bir tür şarj edilebilir pil.

 

 

Alıntı

Bir sodyum iyon pilin yapısı ve bileşimi

Bir sodyum-iyon pil, bir anot, katot, ayırıcı, elektrolit ve biri pozitif diğeri negatif olmak üzere iki akım toplayıcıdan oluşur. Anot ve katot, enerjinin akmasını sağlayan dolaşımdaki "kan" görevi gören elektrolit iken sodyumu depolar. Bu elektrolit, tuzların çözücüler içinde çözülmesiyle oluşur, bu da daha sonra elektrolit tarafından anottan katoda ve tam tersi ayırıcı yoluyla taşınan yüklü iyonlarla sonuçlanır.

Sodyum iyonlarının hareketi anotta serbest elektronlar oluşturur ve bu da pozitif akım toplayıcıda bir yük oluşturur. Akım daha sonra akım toplayıcıdan, akıllı telefon gibi pille çalışan cihaz aracılığıyla negatif akım toplayıcıya akar. Ayırıcı, pilin içindeki elektron akışını engeller.

Bir sodyum-iyon pil boşalırken ve bir akım sağlarken, anot, bir taraftan diğerine bir elektron akışı oluşturarak katoda sodyum iyonları salar. Cihazın fişini prize takarken bunun tersi olur: Sodyum iyonları katot tarafından salınır ve anot tarafından alınır.

Sodyum-iyon piller sulu ve susuz elektrolitler kullanabilir. Sulu elektrolitler kullanıldığında, suyun sınırlı elektrokimyasal stabilite penceresi, daha düşük voltajlara ve sınırlı enerji yoğunluklarına sahip pillerle sonuçlanır. Bunu aşmak için, dimetil karbonat ve propilen karbonat gibi lityum iyon pillerde kullanılan aynı sulu olmayan karbonat ester polar aprotik çözücüler kullanılabilir. Şu anda, en yaygın olarak kullanılan sulu olmayan elektrolit, sodyum hekzaflorofosfat kullanır. 

Sodyum iyon pil ile lityum iyon pil arasındaki fark nedir?

Bu makalenin başında da belirttiğimiz gibi, sodyum-iyon ve lityum-iyon piller arasında pek bir fark yoktur; ikisi de hemen hemen aynı şekilde yapılmış ve çalışıyor ve her ikisi de çoğunlukla aynı uygulamalarda kullanılabiliyor.

Sodyum-iyon ve lityum-iyon piller arasındaki en büyük fark ve avantaj, lityuma (20 ppm) kıyasla yer kabuğundaki sodyumun yüksek doğal bolluğundan (23.600 ppm) ve genel olarak daha düşük sodyum çıkarma ve saflaştırma maliyetinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca lityum ile karşılaştırıldığında. Ek olarak, sodyum içeren metal oksit ve polianyon katot malzemeleri, sodyum iyon pilleri çok daha sürdürülebilir ve uygun fiyatlı hale getiren demir ve titanyum gibi doğal olarak bol miktarda bulunan metallerden üretilebilir.

Gerçekten de, lityum-iyon ve sodyum-iyon pillerin yakından incelenmesi, ikisi arasındaki temel farkın gerçekten de sodyum kullanımı ve dolayısıyla katot malzemesinin doğası olduğunu doğrular. Katodun ham maddelerden hazırlanma maliyeti, hem lityum-iyon hem de sodyum-iyon pil teknolojileri için aşağı yukarı aynı olduğundan, sodyum-iyon piller için en büyük maliyet düşüşü, hammaddeleri olan sodyum ve alüminyumdan gelir.

Sodyum-iyon ve lityum-iyon pil teknolojisi arasındaki bazı temel farkların bir dökümünü burada bulabilirsiniz:

Temel sodyum iyon pil uygulamaları

Araştırmalar, lityum iyon pillerin sodyum iyon alternatifleriyle değiştirilmesinin anlamlı sonuçlara yol açabileceğini göstermiştir ve birçok araştırma, daha temiz, daha yeşil enerjiye yönelik artan talepleri karşılamak için sodyum iyon pillerin kullanımını desteklemiştir.

Sodyum iyon piller, şu anda lityum iyon pillere dayanan hemen hemen her uygulamaya güç sağlamak için kullanılabilse de, sodyum iyon teknolojisinin en büyük farkı yaratabileceği uygulamalardan bazıları şunlardır:

Otomotiv: EV satışlarının önümüzdeki birkaç yıl içinde fırlaması beklenirken, sodyum iyon teknolojisi bariz bir şekilde daha iyi bir seçim çünkü sadece daha ucuz olmaları değil, bu da EV'leri daha erişilebilir kılacak, aynı zamanda daha temiz, daha hafif ve daha kararlı.

Güç şebekeleri: Akıllı şebekeler güvenilir güce dayanır, yani kesintili bir güç kaynağı arızalanmalarına neden olabilir. Şebeke enerjisi depolama gereksinimlerini karşılamak için güneş ve rüzgar enerjisini optimize etmek için sodyum iyon piller kullanılabilir.

Endüstriyel mobilite: Endüstriyel mobilite: Sodyum-iyon pillerin özellikleri, varlık kullanımını en üst düzeye çıkarmak ve sabit bir hazır olma durumu ve yüksek tepe gücü ile işletme maliyetlerini azaltmak için kullanılabileceği anlamına gelir.

Sodyum-iyon pil teknolojisindeki en son araştırma

Sodyum-iyon piller umut verici olsa da, şimdiye kadar ticarileşmelerini engelleyen bazı sınırlamaları var. En büyük sınırlamalardan biri saf dayanıklılık olmuştur, ancak son zamanlarda geniş çapta övülen araştırmalar, bunun muhtemelen daha iyiye doğru değişeceği anlamına gelmektedir.

ABD Enerji Bakanlığı Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı'ndan (PNNL) bir araştırma ekibi, oldukça uzun ömürlü bir sodyum iyon pil geliştirdi. Ekibin bu yılın başlarında Nature Energy dergisinde yayınlanan bulguları, bir gün elektrikli araçlara güç sağlayabilecek ve güneş enerjisi depolayabilecek bir pil için umut verici bir tarif sunuyor.

Araştırmacılar çalışmalarında, daha önce sodyum iyon teknolojisinin başına bela olan performans sorunlarını nihayetinde önleyen, pilin sıvı çekirdeğini oluşturan bileşenleri değiştirdiler. Araştırma ekibi Haziran ayında "Burada, sodyum iyon pillerin uzun ömürlü ve çevre dostu bir pil teknolojisi olma potansiyeline sahip olduğunu prensip olarak gösterdik" dedi.

Ekibin açıkladığı gibi, pillerin içindeki enerji akışını sağlayan elektrokimyasal reaksiyonlar zamanla ağırlaşır, bu da pilin artık şarj edilemeyeceği anlamına gelir. Mevcut sodyum iyon teknolojisinde bu işlem, lityum iyon teknolojisine göre çok daha hızlı gerçekleşmektedir.

PNNL ekibi, yeni bir elektrolit tarifi oluşturmak için sıvı solüsyonu ve içinden akan tuzun türünü değiştirerek bu sorunu çözdü. Bu, ekibin şimdiye kadar ilk kez, madeni para büyüklüğünde bir pilde minimum kapasite kaybıyla şarj döngüsü sayısını 300 veya daha fazla büyük ölçüde artırmasını sağladı.

Araştırma ekibi, sodyum iyon piller için mevcut elektrolit tarifinin, anot üzerinde zamanla çözünen koruyucu bir film oluşturduğunu açıklıyor. Bu film önemlidir çünkü pil ömrünü korurken sodyum iyonlarının geçmesini sağlar. Buna karşılık, araştırma ekibinin teknolojisi, bu koruyucu filmi dengeleyerek uzun süreli dayanıklılığına katkıda bulunur.

Sodyum iyon teknolojisinin geleceği

Sodyum-iyon pil teknolojisi, lityum-iyon pil sistemlerine benzerlikleri nedeniyle uzaydaki gelişmelerin özellikle hızlı olmasıyla birlikte, son zamanlarda yapılan büyük araştırma faaliyetlerinden yararlanmıştır.

Daha uygun bir anot malzemesi olarak sert karbon gibi son keşifler ve büyük ölçekli elektrik enerjisi depolamasına olan talebin artmasıyla, sodyum iyon pillerin ticarileşmesine yönelik ilerleme hız kazanıyor.

Gerçekten de, sodyum-iyon pil teknolojisinde gördüğümüz büyük ilerleme hızıyla, teknolojinin yakında şarj edilebilir pil alanında lityum-iyon için ciddi bir rakip olarak ortaya çıkacağı tahmin edilebilir. Ancak bu, yalnızca bu teknolojiyi ucuz, ölçeklenebilir ve büyük ölçekli elektrik enerjisi depolaması için ticarileştirmek amacıyla sodyum iyon pillerin araştırma ve geliştirmesine daha fazla yatırım yapılmasıyla başarılabilir.

 

Kaynak: Power and Beyond