Liitiumioonakud on muutunud kuumaks teemaks seoses elektrisõidukite ja taastuvenergia salvestamise kiire arenguga. Kuid mitmed olulised probleemid muudavad selle tehnoloogia keerulisemaks, eriti kuna ülemaailmne nõudlus kasvab kiiresti. McKinsey prognooside kohaselt ulatub liitiumioonakude turg 2030. aastaks 4,7 TWh-ni, mis teeb nende probleemide lahendamise ülimalt kiireloomuliseks.
Tarneahela ja eetilised probleemid
Maailma liitiumivarud on ohus, kuna enamiku tootmisest kontrollivad vaid mõned riigid. Austraalia, Tšiili ja Hiina katavad 90% globaalsest liitiumi tootmisest. Kongo Demokraatlik Vabariik toodab 70% koobaltist – veel üks võtmekomponent akudes. Selline jaotus jätab tootjad haavatavaks hinnakõikumiste ja tarnehäirete suhtes.
Tarneahelaid painavad ka tõsised eetilised probleemid, eriti koobalti kaevandamisel. Üle 70% liitiumioonakude tarneahelast võib olla seotud sundtööga, mis rikub USA ja ELi seadusi.
Ettevõtetel on keeruline tagada eetiline hankimine, kuna nende tarneahelad on läbipaistmatud. Paljud suured autotööstuse ja energiasalvestuse ettevõtted ei tea isegi, et nad kasutavad akusid, mille osad pärinevad inimõiguste rikkumisega seotud piirkondadest, eelkõige Hiina Xinjiangi regioonist.
Taaskasutuse probleemid ja madalad taastetasemed
Liitiumioonakude eluiga lõppedes tekitab olulisi probleeme. Tänased taaskasutusmeetodid suudavad tagasi võita vaid väikese osa materjalidest. Maailma keskmine liitiumi taastetase kasutatud akudest on alla 1%. Tehnilised raskused, nõrk infrastruktuur ja rahastamisprobleemid halvendavad olukorda veelgi.
Akude keerukas koostis teeb taaskasutuse keeruliseks. Keemia muutub pidevalt ning paljud seadmed sisaldavad raskesti eemaldatavaid akusid. Tavalised taaskasutusmeetodid kuumutavad materjale üle 1000°C, mille käigus liitium kaob räbustesse ja suitsugaasidesse.
Naatriumioonakud ja energiasalvestuse peamised probleemid
Naatriumioonakud muutuvad kiiresti tugevaks alternatiiviks traditsioonilistele liitiumioonakudele, kuna energiasalvestuse vajadus kasvab üle maailma. See tehnoloogia pakub uusi võimalusi paljude probleemide lahendamiseks tänu parematele materjalidele, suuremale ohutusele ja tõhusamatele tootmismeetoditele.
Rohked ja odavad toorained
Naatrium on maakoores kuuendaks kõige levinum element ja seda leidub ligi 1000 korda rohkem kui liitiumi. Erinevalt liitiumist, mille varud on koondunud teatud piirkondadesse, on naatriumi allikad laialdaselt levinud, peamiselt merevees ja soolaladestustes. Majanduslik kasu on selge – naatriumühendid on oluliselt odavamad kui liitiumühendid.
Säästud ei tule ainult naatriumist. Akutootjad kasutavad katoodides materjale, mis on paremini kättesaadavad, näiteks naatrium, raud ja mangaan. Lisaks kasutatakse anoodide voolukollektores alumiiniumi vase asemel, mis vähendab kulusid ja kaalu.
Põlemiskindlad elektrolüüdid ohutumaks salvestuseks
Ohutus on üks naatriumioontehnoloogia suuremaid eeliseid. Nende akude keemia ei allu termilisele käestminekule – need ei sütti ega plahvata isegi läbistamisel, kuumutamisel, surve või elektriliste rikete korral. Ohutus tuleneb osaliselt spetsiaalsetest elektrolüüdi omadustest.
Naatriumioonakude elektrolüüdid taluvad kuumust paremini kui liitiumioonide omad. Näiteks vabastavad mõned naatriumioon-elektrolüüdid energiat 90°C kõrgemal temperatuuril kui sarnased liitiumioonlahused. Lisaks saab neid transportida täielikult tühjaks laetuna (null volti), vähendades lühise ohtu.
Kus liitiumitehnoloogia töötab paremini
Vaatamata naatriumi eelistele on liitium endiselt parem teatud rakendustes. Naatriumioonakude energiatihedus on umbes 30% väiksem, kuna naatrium on raskem ja selle redoksipotentsiaal on madalam. See teeb liitiumist eelistatuima valiku elektrisõidukite jaoks, kus läbisõit on oluline.
Tänased naatriumitehnoloogiad saavutavad energiatiheduse umbes 160 Wh/kg, samas kui arenenud liitiumakud suudavad rohkem. Kaalule ja suurusele tundlikes rakendustes on liitiumakud tõhusamad.
Naatriumioonakude 5 peamist eelist liitiumakude ees
Naatriumioonakud pakuvad viis olulist eelist liitiumakude ees, mis muudavad nad sobivaks paljude rakenduste jaoks. Need eelised ei piirdu ainult tooraine kättesaadavusega, vaid hõlmavad ka tegelikku jõudlust.
Madalam hind ühe kWh kohta võrgu salvestuses
Naatriumakude hind on umbes £69.09/kWh, samal ajal kui liitiumioonakud maksavad £70.68/kWh. Hindade vahe suureneb veelgi – prognooside kohaselt maksab naatriumtehnoloogia 2028. aastaks vaid £7.94/kWh. Võrgutasemel salvestuseks peab hind jääma alla £39.71/kWh, mida naatriumtehnoloogia suudab saavutada. Akukvaliteediga naatriumkarbonaat maksab vahemikus £476.50–£516.20 tonni kohta, mis on oluliselt odavam kui liitiumiühendid.
Parem jõudlus äärmuslikes temperatuurides
Naatriumioonakud töötavad hästi laias temperatuurivahemikus:
-
- Toimivad temperatuuril -30°C kuni 60°C, samal ajal kui liitiumakud töötavad -20°C kuni 45°C
- Ei vaja keerulisi jahutussüsteeme
- Säilitavad laengu hästi ka äärmustes
Ohutumad koduseks ja tööstuslikuks kasutuseks
Ohutus on naatriumitehnoloogia oluline eelis. Need akud ei sütti ega plahvata isegi läbistamisel, kuumutamisel või elektririketel. Neid saab transportida null volti juures, mis võimaldab saatmist tingimustes, kus liitiumakusid ei saa. Mõned naatriumsüsteemid kasutavad mittesüttivaid elektrolüüte, mis suurendavad ohutust.
Lihtsam taaskasutada tänu lihtsamale keemiale
Naatriumakude taaskasutus on tulusam – £2.99/kg kasum võrreldes liitiumakude £2.10/kg-ga. Selle põhjuseks on lihtsam keemiline koostis ja paremini sobivus olemasolevate taaskasutussüsteemidega. Lisaks sisaldavad need vähem toksilisi aineid, mis teeb nad keskkonnasõbralikumaks kogu elutsükli jooksul.
Suuremahuline taastuvenergia salvestus
Naatriumakud sobivad suurepäraselt taastuvenergia võrgu salvestuseks. Aastaks 2027 toodavad need 3,8 TWh energiat, kuigi see ei kata kogu nõudlust. Naatriumakud taluvad hästi kuumust, mis muudab nad sobivaks ohutuskriitiliste süsteemide jaoks.
Liitiumakude peamised eelised naatriumakude ees
Naatriumioonakudel on palju eeliseid, kuid liitiumtehnoloogia jääb mitmes olulises valdkonnas siiski ülekaalu. Need tugevused teevad liitiumakud eelistatuks suure jõudlusega rakendustes.
Pikem elutsükkel
Liitiumakud kestavad kauem kui nende naatriumpõhised analoogid. Praegune liitiumtehnoloogia suudab läbida 2 000–5 000 täielikku laadimis- ja tühjendustsüklit, enne kui mahtuvus langeb alla 80% esialgsest väärtusest. Freeni liitiumaku pakub isegi rohkem – kuni 10 000 tsüklit. Enamik naatriumakusid peab vastu vaid 1 000–2 000 tsüklit.
Pikem elutsükkel tuleneb stabiilsematest elektroodistruktuuridest, mis ei lagune korduva laadimise käigus. See teeb liitiumakud pikemas perspektiivis kuluefektiivsemaks hoolimata kõrgemast algkulust.
Suurem energiatihedus
Energiatihedus on üks tugevaim argument liitiumitehnoloogia kasuks. Tänapäeva liitiumakud saavutavad 250–300 Wh/kg, samas kui naatriumakud suudavad ainult 160–170 Wh/kg. See 40–45% vahe tähendab, et liitiumakud salvestavad rohkem energiat samas ruumis ja kaaluga.
See eelis on eriti oluline elektrisõidukite ja kaasaskantavate seadmete puhul, kus suurus ja kaal on määravad. Naatriumaku peaks olema peaaegu 50% suurem ja raskem, et saavutada sama sõiduulatus nagu liitiumakuga.
Parem jõudlus madalatel temperatuuridel
Vaatamata hiljutistele arengutele ei toimi naatriumakud eriti hästi külmas. Liitiumakud säilitavad -20°C juures umbes 80% oma toatemperatuuri mahtuvusest, samas kui naatriumsüsteemid jäävad 50–60% juurde.
See muudab liitiumakud väärtuslikuks põhjapoolsetes piirkondades ja kõrgmäestiku tingimustes, kus külmakindlus on oluline.
Suurem laadimistõhusus
Liitiumakud laevad tõhusamalt. Kaasaegsed süsteemid saavutavad 95–98% coulombi efektiivsuse (laadimis- ja tühjendusmahtuvuse suhe). Naatriumalternatiivid saavutavad vaid 90–93% parimates tingimustes. See tähendab, et liitiumakud raiskavad vähem energiat ja laevad kiiremini.
