Sodyum iyonları, şarj edilebilir pillerde Lityum iyonlarına alternatif olarak dünya çapında ilgi görüyor. Bu basit Sodyum Klorür ve Su pili deneyinde görebileceğiniz gibi, sodyum iyonları mükemmel yük taşıyıcılarıdır.
Pil endüstrisindeki küresel liderler, yeşil endüstriyel enerjinin gelecekteki omurgası olarak Sodyum-iyon pillere büyük yatırım yapıyor. Eğer dünyaya bakarsanız ilk 10 Sodyum iyon pil üreticisi, bunların aynı zamanda en büyük Lityum-iyon pil üreticilerini de içerdiğini fark edeceksiniz.
Sodyum iyon ve Lityum iyon pil kimyaları benzer olduğundan üreticiler, Sodyum iyon pillerin hızlı gelişimi için kanıtlanmış Lityum iyon bilgi birikiminden ve üretim ekipmanından yararlanıyor. Bunun iyi bir örneği, Çin'deki Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL)'dir. top10 Lityum iyon piller Çin'deki üreticiler. CATL başlattı 160 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip birinci nesil Sodyum İyon pil.
Sodyum-iyon piller, eşdeğer Lityum-iyon pillerden daha hacimli olduğundan, şu anda elektrikli araçlar için ideal değildir. Bu nedenle üreticiler, büyüklüğün önemli olmadığı ancak maliyet, performans ve güvenli tedarik zincirlerinin önemli olduğu enerji depolama pazarını hedefliyor. Bilim adamları buna inanıyor Sodyum iyon piller yenilenebilir enerji depolama sorununa yanıttır.
Gelecekte Sodyum-iyon pillerin daha hafif ve daha güçlü olmasını bekleyebilirsiniz. Bu da elektrikli araç pazarında bu pillerin cazip hale geleceği anlamına geliyor. Ancak son zamanlarda elektrikli araç pazarının pek de güçlü olmadığını fark etmişsinizdir. Elektrikli araç pazarı, yüksek maliyetleri, şarj altyapısının olmayışı ve birçok durumda mali teşviklerin geri çekilmesi nedeniyle dünya çapında durakladı. Daha öte, Taşımacılık sektöründe Lityum-iyon pillerin yerini Hidrojen Yakıt hücreleri alabilir. Lityum-iyon daha küçük elektronik ekipmanlarla sınırlı olduğundan, Sodyum-iyon teknolojisi uzun vadede ilerleyebilir.
Sodyum İyon Pil Nedir?
Sodyum iyon pil, pil içindeki elektrik yükünü taşımak için Sodyum iyonlarını kullanan şarj edilebilir bir pildir. Sodyum iyonları, her şarj ve deşarj döngüsü sırasında iç hücre akımını taşıyarak Anot ve Katot arasında gidip gelir.
Sodyum İyon pil nasıl çalışır?
Görebilirsiniz Sodyum iyon pilin altında yatan prensip Şekil 1'de. Pilin önemli çalışma parçaları şunlardır:
- Gözenekli bir anot elektrot yüzeyinde bol miktarda iyonlaşabilen Sodyum atomu bulunur;
- Anottan gelen Sodyum iyonlarını almak için yeterli yüzey alanına sahip, aynı zamanda gözenekli bir elektrot olan bir Katot;
- Anot ve Katot arasındaki fiziksel teması önleyen ancak Sodyum iyonlarının Anot ve Katot arasında geçiş yapmasına izin veren gözenekli bir ayırıcı;
- Çözünmüş Sodyum tuzları içeren sıvı elektrolit. elektrolit elektrotlar arasında bir voltaj farkı oluştuğunda dahili bir akımı başlatan Sodyum iyonlarının deposu olarak görev yapar.
Şekil 1'de sarı toplar pozitif yüklü Sodyum iyonlarını, kırmızı toplar ise nötr Sodyum atomlarını temsil etmektedir. Her nötr Sodyum atomu, en dıştaki elektron kabuğundan bir elektron çekildiğinde pozitif yüklü bir iyon haline gelir.
Böylece, bir şarj cihazı veya daha büyük bir pil yoluyla harici bir voltaj uygulandığında, elektronlar Anot'a bağlı Sodyum atomlarından çekilir. Bu elektronlar dış devreye akar ve Katoda ulaşır. Katot, elektronların birikmesi nedeniyle negatif potansiyel kazanır.
Eş zamanlı olarak Anottaki Sodyum atomları birer elektron kaybederek pozitif iyon haline gelerek Anottan ayrılır. Potansiyel fark nedeniyle elektrolit içerisinden Katoda doğru hareket ederler. Katotta pozitif Sodyum iyonları dış devreden buraya ulaşan elektronlar tarafından nötralize edilir. Ortaya çıkan nötr Sodyum atomları, şarj döngüsünün geri kalan kısmı sırasında kendilerini Katotta park eder.
Harici bir yük bağlandığında ve akü boşaldığında Katotta park edilen Sodyum iyonları için ters yolculuk başlar. Sodyum iyonları elektrolit yoluyla Anoda geri dönerken, Katottan gelen elektronlar harici yük üzerinden Anoda doğru hareket eder. Anot'a varıldığında, Sodyum iyonları dış devreden gelen elektronlar tarafından nötralize edilir. Nötr Sodyum atomları, deşarj döngüsünün geri kalanında kendilerini Anotta park ederler. Böylece, bu tür şarj edilebilir pillerdeki Sodyum iyonlarının tüm ömrü, Anot ve Katot arasında gidip gelmekle geçer!
Sodyum iyonlarının maksimum trafik yoğunluğu, elektrolitin özelliklerine ve ayrıca Anot ve Katot yapısına bağlıdır. Bunlar pil tasarımında enerji yoğunluğunu ve akımı belirleyen önemli parametrelerdir.
Uygulamalar
Uzmanlar, Sodyum iyon piller için ideal uygulamaların yenilenebilir enerji ve endüstriyel sektörlerde sabit enerji depolama uygulamaları. NAİMA Avrupa Birliği'ndeki proje, enerji depolama sektörü için çevre dostu, güvenli Sodyum iyon hücrelerinin iki konfigürasyonunun geliştirilmesine odaklanıyor.
Bu arada, otomotiv sektöründe Sodyum-iyon pillerin dünyadaki ilk ticari dağıtımı Çin'de gerçekleştirildi. A Çin'den JAC ile Almanya'dan Volkswagen arasındaki ortak girişim 25 kwh Sodyum iyon batarya ile çalışan, 250 km menzile sahip, beş kişilik binek aracını piyasaya sürdü.
Kişisel elektronik cihazlar için sodyum iyon piller de değerlendiriliyorDizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi. Lityum-iyon pillerden daha ağır olmalarına rağmen daha ucuz ve daha güvenlidirler; bunların her ikisi de tüketici açısından önemli hususlardır.
Sodyum iyon pillerin başka bir uygulaması da yedek güç sistemlerindedir. Natron Enerji'nin UPS'i .
Sodyum İyon Pil Oyunu Nasıl Değiştirir:
Sodyum iyon piller, şarj edilebilir pil pazarlarına birçok fayda sağlayacaktır. Bunlar şunları içerir:
Daha Yüksek Güvenlik
Lityum-iyon pillerle karşılaştırıldığında Sodyum-iyon pillerin alev alma olasılığı daha azdır. Gelecek nesil Sodyum-iyon, bu tehlikeden kesinlikle arınmış katı hal elektrolitlerini kullanabilir. Örneğin, Avustralyalı araştırmacılar yanıcı olmayan katı polimer elektrolit geliştirdi, Sodyum iyon pillerle kullanım için. Sodyum iyon pillerin termal risklerini azaltmak için çeşitli diğer stratejiler de araştırılmaktadır. Gelişmiş güvenlik için malzeme seçimi.
Daha Az Maliyet
Sodyum iyon pillerin kWh başına maliyeti Lityum iyon pillerin üçte birinden daha azdır. Hammadde maliyetinden dolayı.
Daha Düşük Tedarik Zinciri Riski
Yalnızca birkaç ülkede çıkarılan ve rafine edilen Lityumun aksine, Sodyum dünya çapında kolaylıkla bulunabilmektedir. Bu, hammadde tedarik zinciri risklerini önemli ölçüde azaltır.
Sodyum İyon Pil ve Lityum İyon Pil Karşılaştırması
Bir tüketici veya yatırımcı olarak ikisi arasında bir seçim yapmak zorunda kalsanız hangi yolu seçerdiniz? Bir tüketici olarak anlık faydalara ve performans özelliklerine bakarsınız, oysa bir yatırımcı olarak daha büyük, uzun vadeli konulara bakarsınız.
İki tip pili hem tüketiciler hem de yatırımcılar için önemli olan birkaç temel parametre açısından karşılaştıralım.
| Parametre | Lityum iyon batarya | Sodyum İyon Pil |
| Teknolojinin ve tedarik zincirlerinin olgunluğu | Teknoloji olgunlaştı, yerleşik küresel tedarik zincirleri var. | Birinci nesil teknoloji ticarileşiyor. Sınırlı tedarik zincirleri. |
| Ücret | ~ 130 $ - 180 $/kwh | ~ 40-55 $/kwh |
| Güvenlik | Kontrolsüz ısı üretimi nedeniyle hücre malzemelerinin alev alması nedeniyle yüksek termal kaçak riski | Sodyum iyon piller için termal kaçak riski mevcutturancak gelecekte hücre malzemesi seçimi ve tasarımıyla ortadan kaldırılabilir. |
| Enerji yoğunluğu | 150 -250 Wh/kg | 100-160 Wh / kg |
| Gerilim | 3.0 ~4.5 V | 2.8 ~3.5 V |
| Sıfır şarjla depolama | Tavsiye edilmez, pil ömrünü kısaltır | İzin verildi. Pil ömrünü etkilemez |
| Tedarik Zinciri Riski | Yüksek, Lityumun birkaç ülkede yoğunlaşan bir rafineri arzı nedeniyle. | Sodyum bol miktarda mevcut olduğundan ve rafine edilmesi kolay olduğundan düşük risk. |
Sodyum İyon Pillerin Bugünü ve Geleceği
Sodyum İyon piller, küresel ilginin enerjinin karbonsuzlaştırılmasına odaklandığı doğru zamanda piyasaya çıktı. Birinci nesil Sodyum-iyon piller, özellikle maliyet ve güvenlik parametreleri açısından Lityum-iyon pillere göre birçok avantaja sahip olduğunu zaten kanıtladı.
Ancak bu tür şarj edilebilir pillere olan mevcut talep, Lityum pillerin pazara hakim olduğu elektrikli araçlar ve kişisel elektronik cihazlardan kaynaklanmaktadır. Daha düşük güç yoğunluğu ve daha fazla ağırlık nedeniyle, Sodyum-iyon'un birinci nesil pillerle rekabet etmesi zor olacaktır. Bu nedenle Sodyum-iyon pillerin güç yoğunluğunun iyileştirilmesine yönelik birçok araştırma ve geliştirme çalışması yapılıyor. Aslında bir atılım yakın olabilir, çünkü CATL, yeni nesil Sodyum-iyon pilinin 200 kwh/kg'a ulaşacağını duyurdu. Rekabetçi maliyetlerle enerji yoğunluğunun iyileştirilmesi, tüm pil türleri için bitmek bilmeyen bir zorluk olacaktır. Örneğin CATL, fütürist Lityum tabanlı bir sistem üzerinde çalışarak yine burada tempoyu belirliyor. 500 kwh/kg yoğun madde bataryası.
Orta vadede dünya genelinde ülkelerin yenilenebilir enerji yatırımlarını artırması, enerji depolama sistemlerine olan talebi artıracaktır. Sodyum iyon pil üreticileri bunu, kullanıma sunulduktan sonra en iyi seçenek olarak görüyor.
Enerji ve güç yoğunluğunun yanı sıra, Sodyum-iyon pil teknolojisi, Lityum-iyon teknolojisi ile aradaki farkı kapatmak için gelişmeye devam ediyor. Bilim adamları, malzeme bozulmasıyla ilgili sorunları çözüyor, daha ucuz ve daha iyi anotlar, katotlar ve elektrolitler geliştiriyor, güvenliği ve geri dönüşüm yeteneğini artırıyor.
Sodyum-iyon pillere yönelik tedarik zincirlerinin de genişlemesi gerekiyor ve bunun için gerekli yatırımların yapılması gerekiyor.
Sonuç olarak, Sodyum iyon piller, Lityum iyon muadillerine karşı ciddi bir rakip olarak ortaya çıkmıştır. Ancak Sodyum-iyon pillerin enerjinin geleceğini temsil ettiğini söyleyebilmek için uzun yıllar süren geliştirme ve ticari başarı gerekecektir.
