Les batteries sodium-ion sont prêtes à changer le monde

Il semble toujours y avoir une nouvelle technologie de batterie « révolutionnaire » juste au coin de la rue, mais ils ne se matérialisent jamais dans les produits réels que vous ou moi utilisions. Ce n'est pas le cas pour les batteries sodium-ion, qui ont déjà un impact, et sont probablement quelque chose sur lequel vous dépendrez le plus tôt possible.

Il y a de fortes chances que vous n'ayez même pas entendu parler de cette technologie avant ce moment même, donc il peut sembler qu'il soit apparu de nulle part, mais en fait, les ions sodium-ions ont été un domaine d'intérêt prometteur depuis un certain temps. Maintenant, grâce à plusieurs percées importantes, l'âge du sel est là.

Pourquoi nous avons besoin d'une alternative au lithium

Les batteries au lithium alimentent notre monde. Leur densité de puissance rend réalisable des appareils comme les smartphones et les ordinateurs portables. La plupart des véhicules électriques les utilisent également. Cependant, ils viennent également avec une longue liste d'inconvénients; Coûts matériels élevés, chaînes d'approvisionnement fragiles, questions environnementales et éthiques et politiques à démarrer.

Il devient de plus en plus clair que si nous voulons passer complètement aux énergies renouvelables (qui doivent être stockées) et laisser des véhicules de glace derrière, alors la technologie de batterie au lithium ne peut pas vraiment être mise à l'échelle efficace. Nous avons besoin de batteries en fonction de quelque chose d'abondant et de répandu. Nous avons besoin de batteries plus sûres et plus stables que la chimie du lithium-ion notoirement volatile.

C'est là que l'humble batterie sodium-ion (Na-ion) entre en jeu.

Ce qui rend le sodium-ion spécial

Les principes de base d'une batterie de sodium-ion sont les mêmes qu'une batterie lithium-ion. C'est juste que nous utilisons un matériau différent pour rejeter les ions d'un terminal à l'autre. Le sodium est extrêmement Abondant, bon marché et facile à extraire, et vous pouvez le trouver n'importe où dans le monde. Ce qui signifie qu'il ne peut pas être tenu en otage par des nations avec des pratiques minières éthiques douteuses.

Ce n'est pas seulement le sodium. Le fer et le manganèse sont de bons matériaux pour les cathodes sodium-ion, et ce sont des matériaux bon marché et abondants. Comparez cela au nickel et au cobalt coûteux et relativement rares utilisés dans les batteries lithium-ion, et vous commencerez à obtenir l'image.

Les batteries Na-ion sont beaucoup plus sûres que celles Li-ion. Cela les rend attrayants pour les batteries EV, par exemple, où vous ne voulez pas que vos batteries explosent dans un accident. Les batteries Na-Ion fonctionnent également mieux dans des environnements à basse température. C'est bien, car certaines parties du monde ne peuvent pas utiliser actuellement des véhicules électriques Li-ion, car il fait trop froid!

Cette vidéo de Two Bit Da Vinci fait un excellent travail de déballage des détails du fonctionnement de ces batteries et de ce qui les rend si importants.

De toute évidence, les chercheurs qui ont continué à éloigner les problèmes étaient sur quelque chose!

Les percées entraînant une élan na-ion

Donc, si les batteries Na-ion sont si excellentes, pourquoi ne les utilisons-nous pas tout ce temps? Eh bien, comme vous pouvez vous y attendre, il y avait des problèmes avec ces batteries qui les rendaient inadaptés – jusqu'à maintenant.

La densité énergétique était grande. Il est inutile d'avoir besoin de deux fois la quantité de batterie pour la même puissance, en particulier dans quelque chose comme une voiture. Cependant, les batteries Na-ion modernes ont désormais des densités d'énergie comparables à certaines batteries Li-ion EV.

Comme indiqué sur le blog de la société, China's Catl, le plus grand fabricant de batteries au monde, a lancé sa plate-forme sodium-ion de deuxième génération, Naxtra, signalant une densité d'énergie d'environ 175 WH / kg et des plans de production de masse. CATL vante des améliorations de la durée de vie et de la sécurité du cycle qui rendent Naxtra comparable aux batteries LFP pour de nombreuses applications EV de passagers. Cela ne fait encore pas les meilleures batteries Li-ion dans les véhicules électriques qui offrent au nord de 100 wh / kg, mais c'est assez bon pour le rendre possible. De plus, si les batteries sont moins chères, vous peut Ajoutez-en plus pour augmenter la plage.

Ce n'est pas seulement la Chine qui fait de grands mouvements. Tel que rapporté par Reuters, Natron Energy a annoncé un gigafactory prévu de 1,4 milliard de dollars en sodium-ion en Caroline du Nord (une décision destinée à renforcer l'approvisionnement intérieur et à réduire la dépendance à l'égard de la production à l'étranger). Les plans d'usine et d'autres investissements publics comme celui-ci sont essentiels car les coûts de batterie s'effondrent lors des échelles de fabrication. Les États-Unis n'ont pas à importer de sodium ou de fer. Bien que le manganèse ne soit pas exploité commercialement aux États-Unis en fonction de ma recherche Web certes brève sur le sujet.

Nous ne parlons pas seulement des batteries à échelle EV ici. Comme on le voit dans New Atlas, le fabricant de matériel japonais Elecom a lancé ce qu'il appelle la première banque d'énergie grand public à l'aide d'une cellule sodium-ion, commercialisée pour une durée de vie cyclable considérablement plus longue et des températures de fonctionnement plus larges.

Bien qu'une certaine forme de batterie Na-Ion semble maintenant être prête à être placée dans nos voitures et notre électronique, il y a beaucoup de travail à faire pour améliorer encore plus ces batteries. Il s'agit notamment d'améliorations dans les matériaux d'anode, les formulations d'électrolyte et les conceptions «sans anode» ou à graphites réduites qui améliorent la densité et la durée de vie énergétiques. Bien sûr, la technologie Li-Ion progresse également, avec des produits comme une batterie de lithium en métal sans anode, mais cela nous lie toujours à l'élément problématique.

Où le sodium-ion correspond le mieux

Les batteries na-ion ne seront pas (et ne devraient vraiment pas) remplacer complètement les batteries Li-ion. Il est préférable d'utiliser une technologie où elle a le plus d'impact avec le moins d'inconvénients, et pour les batteries Na-ion, cela comprend:

• Stockage d'énergie de la grille. Nous avons besoin de beaucoup, et beaucoup, et beaucoup de stockage d'énergie. Surtout pour tamponner contre les caprices des énergies renouvelables.

• EV légers et voitures de la ville. Si nous voulons que tout le monde change en véhicules électriques, nous devons rendre les batteries bon marché, abondantes et améliorer la durée de vie et les performances de température extrême. Les EV peuvent être le meilleur cas d'utilisation pour Na-ion.

• Les dispositifs à cycle élevé à faible énergie tels que les banques d'alimentation, les outils électroniques et certaines applications IoT bénéficient d'une durée de vie à long cycle et de températures de fonctionnement larges.

• Applications hybrides. Il existe des conceptions intéressantes qui mélangent le lithium et les cellules de sodium. Surtout pour les véhicules électriques. Cela vous permet de créer une batterie hybride qui peut s'appuyer sur les combinaisons fortes des deux types de batteries.

La route à venir

Les recherches d'analystes publiées par IDTechex suggèrent que les coûts au niveau des cellules pourraient tomber à environ 40 $ US / kWh à l'échelle pour la chimie du Na-ion traditionnelle à l'aide de cathodes en fer / manganèse. C'est chemin En dessous du coût de Li-ion, et les analystes s'attendent à ce que la demande de batteries Na-ion monte en flèche à mesure que les véhicules électriques deviennent plus populaires et baissent en prix, en partie grâce à ces batteries moins chères.

Les batteries de sodium deviendront probablement une technologie complémentaire majeure aux batteries Li-ion, ce qui réduira la rareté et les pressions d'approvisionnement sur les technologies de lithium. Dans un pincement, la technologie de la batterie Na-ion pourrait même prendre le relais complètement pour Li-ion s'il devient trop cher ou trop dur pour obtenir les matériaux, mais seul le temps nous dira comment la géopolitique secoue. Pour l'instant, je m'attends à une révolution dans la technologie des batteries à grande échelle pour les voitures, le stockage du réseau et les centrales électriques, et les usines pour pomper ces batteries sont déjà construites.