Mengapa baterai natrium-ion, yang tidak mudah terbakar atau meledak, belum menggantikan baterai litium?

Ion natrium mendapat perhatian di seluruh dunia, sebagai alternatif ion litium, dalam baterai yang dapat diisi ulang. Ion natrium adalah pembawa muatan yang sangat baik, seperti yang dapat Anda lihat dari eksperimen sederhana baterai Natrium Klorida dan Air.

Para pemimpin global dalam industri baterai menaruh taruhan besar pada baterai Sodium-ion sebagai tulang punggung masa depan energi industri ramah lingkungan. Jika Anda mencari di dunia 10 produsen baterai natrium-ion teratas, Anda akan melihat bahwa mereka juga termasuk produsen baterai Lithium-ion terbesar.

Karena sifat kimia baterai Sodium ion dan Lithium-ion serupa, produsen memanfaatkan keahlian dan peralatan produksi Lithium-ion yang telah terbukti untuk mengembangkan baterai Sodium-ion dengan cepat. Contoh yang baik adalah Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL) dari Tiongkok, yang merupakan salah satu di antaranya 10 teratas baterai litium-ion produsen di Cina. CATL telah meluncurkannya baterai Sodium-ion generasi pertama dengan kepadatan energi 160 Wh/kg.

Karena baterai Sodium-ion lebih besar daripada baterai Lithium-ion yang setara, baterai tersebut tidak ideal untuk kendaraan listrik saat ini. Oleh karena itu, produsen menargetkan pasar penyimpanan energi, dimana ukuran bukanlah hal yang penting, namun biaya, kinerja dan rantai pasokan yang aman merupakan pertimbangan utama. Para ilmuwan percaya akan hal itu Baterai natrium-ion adalah jawaban terhadap tantangan penyimpanan energi terbarukan.

Di masa depan, baterai Sodium-ion akan menjadi lebih ringan dan bertenaga. Artinya baterai tersebut akan menjadi daya tarik bagi pasar kendaraan listrik. Namun, Anda mungkin memperhatikan bahwa saat ini pasar kendaraan listrik kurang kuat. Secara global, pasar kendaraan listrik melemah karena tingginya biaya, kurangnya infrastruktur pengisian ulang, dan dalam banyak kasus, penarikan insentif fiskal. Lebih jauh, Baterai litium-ion dapat digantikan oleh sel Bahan Bakar Hidrogen di sektor transportasi. Karena Lithium-ion hanya terbatas pada peralatan elektronik yang lebih kecil, teknologi Sodium-ion dapat maju dalam jangka panjang.

Apa Itu Baterai Sodium Ion?

Baterai ion Natrium adalah baterai isi ulang yang menggunakan ion Natrium untuk mengangkut muatan listrik di dalam baterai. Ion natrium berpindah antara Anoda dan Katoda, membawa arus internal sel, selama setiap siklus pengisian dan pengosongan.

Bagaimana Cara Kerja Baterai Sodium Ion?

Anda dapat melihat prinsip yang mendasari baterai Sodium-ion  pada Gambar 1. Bagian kerja utama baterai adalah:

• Anoda, yang berpori elektroda dan mengandung banyak atom Natrium yang dapat terionisasi pada permukaannya;
• Katoda, yang juga merupakan elektroda berpori, dengan luas permukaan yang cukup untuk menerima ion Natrium yang berasal dari Anoda;
• Pemisah berpori yang mencegah kontak fisik antara Anoda dan Katoda, namun memungkinkan ion Natrium berpindah antara Anoda dan Katoda;
• Elektrolit cair yang mengandung garam Natrium terlarut. Itu elektrolit bertindak sebagai reservoir ion Natrium yang memulai arus internal setelah terjadi perbedaan tegangan antara elektroda.

Pada Gambar 1, bola kuning melambangkan ion Natrium yang bermuatan positif sedangkan bola merah melambangkan atom Natrium netral. Setiap atom Natrium yang netral menjadi ion bermuatan positif, ketika sebuah elektron ditarik keluar dari kulit elektron terluarnya.

Jadi, ketika tegangan eksternal diterapkan melalui pengisi daya atau baterai yang lebih besar, elektron ditarik keluar dari atom Natrium yang menempel pada Anoda. Elektron ini mengalir ke sirkuit eksternal, dan mencapai Katoda. Katoda memperoleh potensi negatif karena akumulasi elektron.

Secara bersamaan, atom Natrium di Anoda, yang masing-masing kehilangan satu elektron, menjadi ion positif dan meninggalkan Anoda. Karena perbedaan potensial, mereka bergerak melalui elektrolit menuju Katoda. Di Katoda, ion Natrium positif dinetralkan oleh elektron yang sampai ke sana dari sirkuit eksternal. Atom Natrium netral yang dihasilkan memarkir dirinya di Katoda selama sisa siklus pengisian.

Ketika beban eksternal dihubungkan dan baterai habis, perjalanan sebaliknya dimulai untuk ion Natrium yang diparkir di Katoda. Ion Natrium bergerak kembali ke Anoda melalui elektrolit, sedangkan elektron dari Katoda bergerak melalui beban eksternal ke Anoda. Sesampainya di Anoda, ion Natrium dinetralkan oleh elektron yang masuk dari rangkaian eksternal. Atom Natrium netral memarkir dirinya di Anoda selama sisa siklus pelepasan. Jadi, seluruh umur ion Natrium dalam baterai isi ulang jenis ini dihabiskan untuk berpindah-pindah antara Anoda dan Katoda!

Kepadatan lalu lintas maksimum ion Natrium bergantung pada sifat elektrolit serta konstruksi Anoda dan Katoda. Ini adalah parameter penting dalam desain baterai, yang menentukan kepadatan energi dan arus.

Aplikasi

Para ahli percaya bahwa aplikasi ideal untuk baterai ion Natrium sudah masuk aplikasi penyimpanan energi stasioner di sektor energi terbarukan dan industri. itu NAIMA Proyek di Uni Eropa difokuskan pada pengembangan dua konfigurasi sel Sodium-ion yang ramah lingkungan dan aman untuk sektor penyimpanan energi.

Sementara itu, penggunaan baterai Sodium-ion secara komersial pertama di dunia pada sektor otomotif telah dilakukan di Tiongkok. A perusahaan patungan antara JAC Cina dan Volkswagen Jerman  meluncurkan kendaraan penumpang lima tempat duduk yang ditenagai baterai ion Sodium 25 kwh, dengan jangkauan 250 km.

Baterai natrium-ion juga dipertimbangkan untuk perangkat elektronik pribadi, seperti laptop dan ponsel. Meskipun lebih berat daripada baterai Lithium-ion, baterai ini lebih murah dan lebih aman, yang keduanya merupakan pertimbangan penting bagi konsumen.

Aplikasi lain dari baterai Sodium-ion adalah pada sistem tenaga cadangan, seperti pada UPS Natron Energy .

Bagaimana Baterai Sodium Ion Mengubah Situasi:

Baterai natrium-ion akan membawa banyak manfaat ke pasar baterai isi ulang. Ini termasuk:

Keamanan Lebih Tinggi

Dibandingkan dengan baterai Lithium-ion, baterai Sodium-ion tidak mudah terbakar. Natrium-ion generasi mendatang mungkin menggunakan elektrolit padat yang benar-benar bebas dari bahaya ini. Misalnya, Peneliti Australia telah mengembangkan elektrolit polimer padat yang tidak mudah terbakar, untuk digunakan dengan baterai Sodium-ion. Berbagai strategi lain untuk mengurangi risiko termal baterai Sodium-ion juga sedang diselidiki termasuk pemilihan bahan untuk meningkatkan keamanan.

Biaya rendah

Biaya baterai Sodium-ion per kwh kurang dari sepertiga baterai Lithium-ion. Karena biaya bahan baku.

Risiko Rantai Pasokan yang Lebih Rendah

Berbeda dengan Litium, yang hanya ditambang dan dimurnikan di beberapa negara, Natrium mudah tersedia di seluruh dunia. Hal ini mengurangi risiko rantai pasokan bahan mentah secara signifikan.

Baterai Natrium Ion Vs Baterai Lithium Ion

Sebagai konsumen, atau investor, jika Anda harus memilih di antara keduanya, mana yang akan Anda pilih? Anda akan melihat manfaat langsung dan fitur kinerja sebagai konsumen, sedangkan sebagai investor Anda akan melihat masalah yang lebih besar dan berjangka panjang.

Mari kita bandingkan kedua jenis baterai dalam beberapa parameter utama, yang relevan bagi konsumen dan juga investor.

Baterai Sodium Ion-Sekarang dan Masa Depan

Baterai Sodium-Ion hadir pada saat yang tepat, ketika perhatian global terfokus pada dekarbonisasi energi. Baterai Sodium-ion generasi pertama telah menunjukkan beberapa keunggulan dibandingkan Lithium-ion, terutama dalam hal biaya dan parameter keamanan.

Namun, permintaan baterai isi ulang saat ini didorong oleh kendaraan listrik dan perangkat elektronik pribadi, dimana baterai Lithium mendominasi pasar. Karena kepadatan daya yang lebih rendah dan bobot yang lebih besar, Sodium-ion akan sulit bersaing dengan baterai generasi pertama. Oleh karena itu, banyak upaya penelitian dan pengembangan dilakukan untuk meningkatkan kepadatan daya baterai Sodium-ion. Faktanya, terobosan mungkin sudah dekat CATL mengumumkan bahwa baterai Sodium-ion generasi berikutnya akan mencapai 200 kwh/kg. Peningkatan kepadatan energi dengan biaya yang kompetitif, akan menjadi tantangan yang tiada akhir bagi semua jenis baterai. Misalnya CATL kembali menetapkan langkah di sini dengan mengerjakan berbasis Lithium yang futuristik Baterai bahan kental 500 kwh/kg.  

Dalam jangka menengah, peningkatan investasi energi terbarukan oleh negara-negara di seluruh dunia akan meningkatkan permintaan terhadap sistem penyimpanan energi. Produsen baterai natrium-ion melihat ini sebagai pilihan terbaik, setelah diluncurkan.

Selain kepadatan energi dan daya, teknologi baterai Sodium-ion terus berkembang, untuk menutup kesenjangan dengan teknologi Lithium-ion. Para ilmuwan memecahkan masalah yang berkaitan dengan degradasi material, mengembangkan anoda, katoda, dan elektrolit yang lebih murah dan lebih baik, serta meningkatkan keselamatan dan kemampuan daur ulang.

Rantai pasokan baterai Sodium-ion juga harus diperluas, sehingga investasi yang diperlukan harus dilakukan.

Kesimpulannya, baterai Sodium ion telah muncul sebagai pesaing serius bagi baterai Lithium-ion. Namun, diperlukan waktu bertahun-tahun dalam pengembangan dan kesuksesan komersial sebelum seseorang dapat mengatakan bahwa baterai Sodium-ion mewakili masa depan energi.