Miért pont a nátrium?
A lítium-ion technológia sikerét legfőképpen a nagy energiasűrűség, a könnyű súly és a gyorsan rendelkezésre álló teljesítmény garantálta. Az elmúlt évtizedek hullámzó világpiaci eseményei, a kritikus ásványkincsforrások szűkülése és az elektromobilitás robbanásszerű terjedése viszont új alternatívákat igényel. Itt jön képbe a nátrium: ez a Föld hatodik leggyakoribb eleme, természetes előfordulása 2 360 mg/l, szemben a lítium 20 mg/l értékével. A logika egyszerű: minél könnyebben és olcsóbban lehet kitermelni valamit, annál olcsóbb és fenntarthatóbb lesz belőle akkumulátort gyártani.
A nátrium-ionos akkumulátorok olcsóbb, könnyebben előállítható és földrajzilag kevésbé koncentrált alapanyagot igényelnek, mint a lítiumosok. Míg a lítium-ion akkukban a negatív elektródát csak drága és nehéz rézzel lehet kialakítani, a nátrium esetében elég az olcsóbb és könnyebb alumínium. A kémiai felépítésnek köszönhetően még szerves oldószerek is könnyen kiválthatók vizes elektrolittal, így a gyártás tovább egyszerűsödhet, olcsóbbá és környezetbarátabbá válhat.
Rendkívüli biztonság: vége a tűzveszélynek?
Az energiatárolók egyik rémisztő hibája az úgynevezett termikus elszabadulás: amikor a cellák túlmelegszenek, láncreakció indul, ami rövid idő alatt tüzet okozhat. Ilyen incidenseket lítium-alapú telepeknél sajnos láttunk már, legyen szó villanyautókról vagy egész energiatároló létesítményekről. A nátrium-ionos rendszerek itt komoly előnnyel bírnak. Mivel a nátrium ionjai nagyobbak és nehezebben mozdulnak el hirtelen, egy esetleges sérülésnél nem pörgetik fel annyira a cellát, így jóval kisebb a hirtelen hőemelkedés és a tűzeset kockázata.
Sőt, ezek az akkumulátorok még alacsony hőmérsékleten is stabilabban működnek: egy friss, decemberi tanulmány szerint, míg a lítium-ion cellák a szobahőmérsékleten mérhető kapacitásuknak csupán 20 százalékát tartják meg –20 °C-on, addig a nátrium-ionok ebben is erősebbek lehetnek.
Meggondolandó kompromisszumok: az energiasűrűség árnyoldala
A nagy kérdés ugyanakkor: kiválthatja-e a nátrium a lítiumot a járművekben? A válasz vegyes. Egyfelől az olcsóság, a gyártási könnyűség és a nagyobb biztonság tömeges gyártásra csábítja az ipart; Kínában már a világ legnagyobb akkugyára, a CATL is piacra dobott ilyen rendszert, például a Naxtra személyautóhoz 175 Wh/kg energiasűrűséggel. Másfelől a nátrium-ion energiasűrűsége – vagyis a tömeghez viszonyított tárolt energia mennyisége – jelentősen elmarad a lítiumétól: első generációs típusoknál legfeljebb 160 Wh/kg, szemben a lítium 100–300 Wh/kg tartományával.
Ezt azzal magyarázzák a kutatók, hogy a nátrium-ionok egyszerűen nagyobbak, így a mozgásuk is nehézkesebb. Emiatt adott tömegre kevesebb töltést képesek elraktározni, tehát egy autó ugyanakkora hatótávhoz nagyobb és nehezebb akkumulátort igényelne, ami főleg a hosszú távú, nagyobb járműveknél lehet akadály.
Hol bukkanhatnak fel először? Villanyautó, hálózat vagy otthoni energiatárolás?
A nátrium-ion akkumulátorok jelenleg főként olyan helyzetekben lehetnek igazán verhetetlenek, ahol nem a súly, hanem a hosszú távú biztonság, megbízhatóság és ár számít. Tipikusan ilyenek a hálózati energiatárolók, házi napenergia-rendszerek, sőt, akár gyárak vagy elektromos buszok, rövid távú városi közlekedéssel. A brit parlament és az amerikai szabályozók is emlegettek már több olyan BESS (Battery Energy Storage System) rendszert, ahol a nátrium-ion technológia kisebb energiasűrűsége nem jelent akkora problémát, viszont a tűzvédelem döntő előnyhöz juttathatja.
Jelenleg például a BYD cég MC Cube-SIB ESS nevű tárolója 2,3 MWh kapacitást kínál 6 méter hosszú konténerben – míg a hasonló lítiumionos rendszer 6,4 MWh-t. Ugyanakkor a nátrium-alapú rendszerek gyorsabban képesek energiát leadni, és jobban bírják a szélsőséges időjárási viszonyokat is.
Mikor lesz mindez valóság?
A technológia már most átlép a laborból a gyártósorra: a CATL tömegtermelésre készül, több elektromos autó-prototípus is nátrium-ion akkumulátorral készül. Ugyan a megfizethetőség és a gyárthatóság reménykeltő, gyakorlati tapasztalatból – például nagyvárosi vagy elzárt vidéki telepítésnél, meglévő elektromos rendszerekhez illesztve – egyelőre kevés van. A kutatók szerint a következő időszak nagy kérdése, hogy mennyire illeszthető a mostani infrastruktúrához, és realitás lesz-e, hogy a nátrium-ion technológia végleg átveheti a lítium helyét az energiatárolás frontján.
