Байгальд ээлтэй, зардал бага натрийн ион батерей нь том хэмжээний систем, шугам сүлжээний хэмжээнд эрчим хүч хадгалах шийдэл болох бүрэн боломжтой.
Сүүлийн 30 орчим жилд литий ион батерейны хэрэглээ эрс нэмэгдэж, ахуйн хэрэглээ, цахилгаан машин, шугам сүлжээний хэмжээнд ашиглагдаж байгаа ч дараа үеийн батерейд орох химийн элементийн эрэл эрчээ авсаар байна. Тогтвортой хөгжил, байгаль орчны сорилт, нийлүүлэлтийн сүлжээний тасалдал, аюулгүй байдлын асуудал зэргээс шалтгаалж компаниуд бусад хувилбарыг, тухайлбал хатуу биет батерей (SSB), цахиурын анод технологийг сонирхож эхэлж байгаа төдийгүй ирэх жилүүдэд энэ төрлийн батерейгаар ажилладаг ухаалаг гар утас, хөдөлгөөнт төхөөрөмж, цахилгаан машинууд үйлдвэрлэгдэх магадлалтай байна.
Натрийн ион батерей бол литий ион батерейн зах зээлтэй өрсөлдөж, шуугиан дэгдээх магадлалтай төдийгүй ирэх 10 жилд SSB батерей, цахиурын анод батерейг бут цохин 2032 он гэхэд таван тэрбум ам.долларын зах зээл болно гэсэн хүлээлт олон улсад нэгэнт бий болжээ. Натрийн ион батерейг арилжааны зорилгоор борлуулах тал дээр БНХАУ-ын батерейны томоохон компани CATL, Их Британийн Faradion стартап тэргүүлэх байр суурьтай байна. Харин АНУ дахь анхны натрийн ион батерейны үйлдвэрийг Natron Energy компани өнгөрсөн зун ашиглалтад оруулж, цахилгаан түгээх сүлжээнд бүтээгдэхүүнээ нийлүүлж эхэлсэн.
Гэхдээ арилжааны чиглэлд ашиглах процесс нь судалгаа, хөгжүүлэлттэй зэрэг хөгжиж байгаа нь натрийн ион батерейн чанар, ашиглалтыг сайтар судлах шаардлага байгааг харуулж байна. Литий ион батерейтэй адилаар натрийн ион батерей нь цахилгаан түгээх сүлжээний операторууд, технологийн компаниуд, батерей үйлдвэрлэгч, эцсийн хэрэглэгч нарт аюулгүй ажиллагаа, ашиглалт, бүтээгдэхүүн/системийн интеграцтай холбоотой олон сорилтыг тулгах нь гарцаагүй юм. Натрийн ион батерейн бүтээгдэхүүнийг зах зээлд хурдацтай нэвтрүүлж байгаа болон оролцогч талууд энэ төрлийн бүтээгдэхүүн хэр найдвартай вэ гэдгийг бодит байдал дээр дөнгөж ойлгож эхэлж байгаа зэрэг нь энэхүү сорилтыг улам даамжруулж, хүндрүүлэх магадлалтай.
Нэмэгдэж буй хэрэгцээ болон тогтвортой нөөц
АНУ-ын дата төвүүдийн хэрэгцээ 2030 он гэхэд 35 гигаватт болж, 2022 оныхоос хоёр дахин өснө гэдгийг зах зээлийн судалгаа харуулж байна. Түүнчлэн, мөн хугацаанд том хэмжээний цахилгаан нөөцлүүрийн хадгалах хэмжээ 400 гигаваттад хүрч, 2023 оны суурилагдсан хүчин чадлаас 10 дахин өсөх тооцоо гарчээ. Энэхүү эрчтэй өсөн нэмэгдэж буй хэрэгцээг хангахын тулд урт хугацаанд илүү тогтвортой, зардал багатай ашиглаж болох батерейны химийн элементүүд чухал болно.
Литийгээс 1000 дахин их нөөцтэй, дэлхий дээрх зургаа дахь түгээмэл элемент болох натрий нь илүү олдоцтой сонголт гэдэг нь тодорхой юм. Натрийн ион батерей нь ерөнхийдөө натрий, хөнгөн цагаан болон бусад материалын хольцоос бүрдэх бөгөөд голдуу цахилгаан машинд ашигладаг литий ион батерейны нэг төрөл болох литий ион фосфат батерейтэй (литийгээс гадна кобальт, никель зэргийг ашигладаг) харьцуулбал материалын зардлыг 25-30 хувиар бууруулах боломжтой аж. XXI зууны төгсгөлд дэлхийн литийн нөөц дуусна, натрийн ион батерейн элементүүд нь литий ион батерейтэй харьцуулбал гуравны нэг хувиар хямд байх боломжтой гэдгийг бодолцож үзвэл натрийн ион батерей нь өдгөө батерей үйлдвэрлэгч нарт тулгараад буй сорилт, бэрхшээлийг шийдвэрлэх хамгийн боломжтой, сонирхолтой арга технологи болж байна.
Орцыг нь олон улсын зах зээлээс худалдан авах шаардлага гардаг ч натрийн ион батерей нь батерей үйлдвэрлэл цөөн хэдэн улсад төвлөрсөн байдлыг эрс өөрчилж, өмнө нь нийлүүлэлтийн цогц сүлжээнээс хамааралтай байсан улсуудад уг батерейг бөөнөөр үйлдвэрлэх боломжийг олгох юм. Натрийг аж үйлдвэрт ашиглах гол эх үүсвэр болох натрийн карбонатын хамгийн их нөөцийг АНУ эзэмшдэг бөгөөд энэ нь цаашид натрий ион технологийн хөгжүүлэлт, үйлдвэрлэлд Хойд Америк тив тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэх боломжтойг харуулж байна.
Сул тал, өсөлт үзүүлэх боломжууд
Зардал, нөөцөөс гадна натрийн ион батерей нь дулаан тэсвэрлэх чадвар өндөр, шатах эрсдэл бага зэрэг давуу талтай юм. Эдгээр онцлог шинж нь литий ион батерейтэй харьцуулбал илүү өндөр хэмд ажиллах, илүү тогтвортой цахилгаан гүйдэл гаргах боломжийг олгодог учраас натрийн ион батерей нь аюулгүй байдлын хувьд хавьгүй зөв сонголт болох бүрэн боломжтой.
Гэхдээ натрийн ион батерейн гол сул тал нь цахилгаан хадгалах сул чадвар юм. Ийм батерейн гравиметрийн нягтын хэмжээ нь кг тутамд 150 ватт-цаг байдаг бол литийн ион батерейных дунджаар 265 ватт-цаг байдаг. Гэхдээ ойрын хугацаанд натрийн ион батерейных кг тутамд 200 ватт-цаг болох бүрэн боломжтой гэж судлаачид төсөөлж байна. Натрийн ион нь литийн ионоос том, хүнд учраас ижил хэмжээний цэнэг үйлдвэрлэхийн тулд илүү их орон зай, илүү их материал шаарддаг, тиймээс нэгж масс эсвэл батерейн хэмжээнд ногдох энергийн хэмжээ нь харьцангуй хязгаарлагдмал байдаг.
Үүнээс шалтгаалж бага оврын, үнэтэй бус, аялах зай нь хязгаарлагдмал цахилгаан машинууд мөн батерей хангамж нь тогтвортой байх шаардлагатай дата төвүүд, түгээх сүлжээтэй холбогдсон том батерей нөөцлүүрүүдийн хувьд ийм төрлийн батерей нь аюулгүй байдал, гүйцэтгэл талаасаа давуу тал болдог. Харин натрийн ион технологи нь цэвэрхэн, хөнгөн цахилгаан бараа болон илүү өндөр хүчдэл шаарддаг хол зайд аялах боломжтой цахилгаан машинуудад илүү тохиромжтой юм.
Энэ мэт хязгаарлалт, сул талыг давж гарахын тулд натрийн ион батерейн дулаан дамжуулах чадвар, цахилгаан химийн тогтвортой байдлыг сайжруулах нь цаашид судалгаа, хөгжүүлэлтийн тал дээр анхаарах гол зүйл байх болно. Түүнчлэн батерей элементийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх үүднээс катодын сонголт, анодын материалын бүтэц дээр туршилт хийх шаардлага бий.
Катодын материал, тэр дундаа давхарга бүхий ислүүд, полианионы нэгдлүүд, Пруссийн цэнхэр аналог (PBA) мөн тугалга, сурьма, биметаллын хайлш, эсвэл висмут суурьтай зөөвөрлөгч метал халькогенид (TMD) зэрэг нь натрийн ионы нягт, цахилгаан химийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх боломжит шийдлүүд болох магадлалтай ч тус бүр өөрийн гэсэн сул тал, сорилтыг агуулж байдаг. Жишээлбэл, PBA нь өндөр хэмд хортой хий ялгаруулдаг. Тиймээс материал тус бүрийг хэрэглээний төрөл болон ашиглах нөхцөлөөс нь хамаарч сонгох нь илүү оновчтой юм. Мөн литий ион батерейны дизайн, үйлдвэрлэлийн арга зарчим нь натрийн ион батерейд тохирохгүй байж болох юм.
Натрийн ион батерейн ирээдүй, хөгжүүлэлт, сайжруулалт
Натрийн ион батерей зэрэг инновацлаг, зардал багатай, байгальд илүү ээлтэй шийдлүүд эрчээ авснаар үйлдвэрлэгч, түгээгч компани, лицензээр үйлдвэрлэгчид, цахилгаан барааны компаниудад батерейны цаашдын эрэлтээ хангах шинэ боломжийг олгох болно. Ялангуяа орон сууц, суурин газрууд, харилцаа холбоо болон дата хадгалах нэн чухал системүүдэд ашиглах батерейны орон зайг нөхөх шийдлүүд гарч байна.
Гэвч аливаа шинэ технологи нь өөрийн гэсэн эрсдэлийг дагуулдаг. Сүүлийн 30 жилд литийн ион батерейн хөгжүүлэлтээс олж авсан туршлагад тулгуурлаад оролцогч талууд натрийн ион батерейны болзошгүй, гэнэтийн сорилтуудтай тулгарахдаа бэлэн байх боломжтой. Электродын байнгын судалгаа, бүтээгдэхүүний интеграц болон чанар, эрсдэл, аюулгүй ажиллагааны хатуу чанд шалгалтууд нэгдсэнээр бодит амьдрал дээр ашиглаж болох найдвартай, чанартай батерейг үйлдвэрлэхэд тус болох юм.
Хэдий натрийн ион батерей нь литий ион батерейтай харьцуулбал байгаль орчин үзүүлэх сөрөг нөлөөлөл нь илт бага боловч натрийн ион батерейд ашигладаг олон төрлийн түүхий эд, материалын нийлүүлэлтийн сүлжээ дөнгөж хөлд орж байна. Чанар, найдвартай байдлыг хангахын тулд үйлдвэрлэгчид, бүтээгдэхүүн хөгжүүлэгч нар батерейны эд ангийн интеграцчилал, түүхий эд олборлох улсуудыг сонгох, нийлүүлэлтийн сүлжээний тасалдал, доголдлыг хэрхэн арилгах зэргийг нягт нямбай судалж, туршихаас өөр аргагүй болно. Түүнчлэн натрийн ион батерейг үйлдвэрлэх, тээвэрлэх, хадгалах үед гарч болзошгүй эрсдэлүүдийг тодорхойлох, борлуулалтын дараах судалгаа, байнгын сайжруулалт зэрэг нь энэ төрлийн батерейг зах зээлд бөөнөөр нийлүүлэх процесст нэн чухал нь гарцаагүй юм.
Эх сурвалж: Exponent
