Sodiwm-ion vs batris cyflwr solid a fydd yn disodli lithiwm-ion

Mae cynnydd ynni adnewyddadwy (AG) a thwf cyflym cerbydau trydan wedi codi disgwyliadau ar gyfer y diwydiant storio ynni - gan gynnwys effeithlonrwydd uwch, mwy o ddiogelwch, mwy o ddwysedd ynni, ac yn ddelfrydol, costau is. Nod batris sodiwm-ion a chyflwr solid yw cynnig atebion amgen. Mae gan bob un ei fanteision ei hun a gallai o bosibl ddisodli'r technolegau storio lithiwm-ion presennol yn y blynyddoedd i ddod.

Yn yr erthygl hon, rydym yn archwilio pam y gallai batris lithiwm -ion fod mewn perygl o gael eu diddymu'n raddol - hyd yn oed os yw'r risg honno'n dal i ymddangos yn fach iawn heddiw. Rydym yn canolbwyntio ar ddwy dechnoleg sy'n dod i'r amlwg gyda'r potensial cryfaf i ddominyddu dyfodol storio ynni: batris sodiwm-ion a batris cyflwr solid.

Ar hyn o bryd mae batris lithiwm-ion yn dominyddu'r sector storio ynni a disgwylir iddynt gynnal y sefyllfa hon yn y tymor canolig. O ddyfeisiau cludadwy i brosiectau ynni adnewyddadwy ar raddfa fawr + storio, mae technoleg lithiwm-ion yn arwain y ffordd ar draws yr holl brif dueddiadau.

Yn ôl adroddiad diweddar, mae marchnad Deunyddiau Batri Lithiwm-Ion yn ehangu'n gyflym oherwydd galw cynyddol ar draws sawl diwydiant. Rhagwelir y bydd yn tyfu o USD 41.9 biliwn yn 2024 i dros USD 120 biliwn erbyn 2029, gyda chyfradd twf blynyddol cyfansawdd (CAGR) o oddeutu 23.6%.

Heddiw, mae'r farchnad batri lithiwm-ion yn cael ei harwain gan chwaraewyr mawr fel Tesla, Panasonic, LG Chem, CATL, a BYD. Yn nodedig, mae'r ddau gwmni Tsieineaidd olaf wedi gwneud cynnydd sylweddol dros y ddwy flynedd ddiwethaf.

Er bod cynnydd cerbydau trydan yn ysgogydd mawr y twf hwn, mae'rstorio ynni llonyddDisgwylir i'r farchnad gynhyrchu mwy fyth o alw yn y blynyddoedd i ddod.

Mae'n hysbys bod batris lithiwm-ion yn dibynnu'n fawr ar fwynau critigol fel lithiwm, ac yn aml hefyd cobalt a nicel. Mae cyfyngiadau cyflenwi wedi arwain at gyfnewidioldeb prisiau sylweddol. Er enghraifft, mae cost lithiwm carbonad gradd batri wedi amrywio o tua USD 5.8 y cilogram i mor uchel ag USD 80 yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae'r anwadalrwydd a'r prinder hwn wedi cynyddu cost batris lithiwm-ion ac yn peri risg cyflenwi tymor hir.

Un mater brys yw diffyg cadwyn gyflenwi lithiwm gadarn mewn marchnadoedd mawr y tu allan i China. Er enghraifft, mae tua 77% o'r graffit a ddefnyddir mewn batris lithiwm-ion yn dod o China. Mae hyn yn tynnu sylw at y ddibyniaeth drom ar gyflenwad Tsieineaidd mewn oes o densiynau masnach fyd -eang ac yn tanlinellu pwysigrwydd arallgyfeirio cyflenwad.

Mae risgiau diogelwch, fel tanau batri mewn cerbydau trydan a achosir gan ffo thermol, yn ychwanegu haen arall o bryder.

Mae'r ffactorau hyn yn paratoi'r ffordd ar gyfer cenhedlaeth newydd o dechnolegau storio ynni. Er bod cwmnïau y tu allan i China wrthi'n ceisio dewisiadau amgen nad ydynt yn dibynnu ar lithiwm, mae arweinwyr marchnad Tsieineaidd hefyd yn ymwybodol y gallai eu goruchafiaeth fod mewn perygl. Mewn gwirionedd, mae llawer ohonynt eisoes wedi symud yn gyflym i sodiwm-ion a datblygiad batri cyflwr solid i sicrhau eu bod yn aros ar y blaen.

Mae batris cyflwr solid (SSBs) yn disodli'r electrolytau hylif a ddefnyddir mewn batris lithiwm-ion gydag electrolytau solet-fel cerameg, gwydr, neu bolymerau solet. Trwy ddileu'r anod graffit swmpus a defnyddio deunyddiau solet trwchus, gall SSBs storio llawer mwy o egni yn yr un gyfrol, gan ymestyn yr ystod o gerbydau trydan (EVs) o bosibl o bell ffordd.

Mae sawl chwaraewr allweddol yn y diwydiant eisoes wedi cydnabod potensial trawsnewidiol y dechnoleg hon. Er enghraifft, yn 2024, dadorchuddiodd Quantumscape ei batri cyflwr solid prototeip (qse -5) gyda dwysedd egni o 844 WH/L-yn sylweddol uwch na'r 300-700 WH/L sy'n nodweddiadol o fatri lithiwm-ion masnachol. Mae'r cwmni'n bwriadu cyflwyno ei gelloedd haen 100+ cyntaf (qse -5) yn 2025. Mae'r dwysedd egni hwn tua 1.5 gwaith yn fras o'r celloedd lithiwm-ion gorau, a allai drosi i gynnydd o 20-50% yn yr ystod yrru heb gynyddu maint na phwysau batri.

Mae cawr batri China, CATL (Cyfoes Amperex Technology Co Ltd.), hefyd wedi cynyddu ei fuddsoddiad yn y datblygiad SSB yn sylweddol, gan ehangu ei dîm Ymchwil a Datblygu pwrpasol i dros 1, 000 o bobl. Mae CATL yn targedu cynhyrchu batris holl-solid-wladwriaeth erbyn 2027.

Mae Toyota wedi cyhoeddi llinell amser masnacheiddio ar gyfer EVs teithwyr sydd â batris cyflwr solid rhwng 2027 a 2028. Mae'r cwmni'n honni y gallai'r arloesedd hwn hybu ystod yrru hyd at 20%. Yn 2023, roedd pŵer solet yn cyflenwi celloedd sampl i BMW i'w defnyddio yn ei raglen cerbydau arddangos. Mae arweinwyr mawr eraill y diwydiant - gan gynnwys Volkswagen, Hyundai, Nissan, BMW, a Toyota - hefyd wedi gwneud buddsoddiadau strategol yn y gofod batri cyflwr solid.

Y tu hwnt i fwy o ystod, mae batris cyflwr solid hefyd yn dangos galluoedd gwefru cyflym uwch. Diolch i sefydlogrwydd thermol rhagorol a dargludedd ïonig, gall SSBs gefnogi cyfraddau codi tâl cyflym iawn heb niweidio'r celloedd. Mae Toyota, er enghraifft, yn disgwyl i'w dechnoleg batri cyflwr solid alluogi ailwefru amrediad 300 km mewn dim ond 15 munud-dwy i dair gwaith yn gyflymach na chyflymder gwefru cyflym cyfredol y mwyafrif o EVs lithiwm-ion, sydd fel rheol yn cymryd tua 30 munud i wefru o 10% i 80%.

Mae'r defnydd o electrolytau solet, nad ydynt yn fflamadwy, yn dileu un o risgiau diogelwch allweddol celloedd batri traddodiadol. Nid yw electrolytau cerameg neu wydr solet yn mynd ar dân a gallant weithredu ar draws ystod tymheredd ehangach. Maent hefyd yn parhau i fod yn sefydlog ar folteddau uwch, gan alluogi defnyddio deunyddiau catod gallu uchel ac atal twf dendrite lithiwm - a thrwy hynny wella bywyd beicio a diogelwch.

Yn ogystal, efallai y bydd SSBs yn haws eu hailgylchu oherwydd eu dyluniad symlach - heb yr angen am gymysgeddau toddyddion a rhwymwr cymhleth - ac osgoi defnyddio ychwanegion a gludyddion problemus.

Gyda chymaint o fanteision, gallai rhywun dybio y byddai batris cyflwr solid yn disodli batris lithiwm-ion yn hawdd ac yn gyflym. Fodd bynnag, os nad ameu cost uchel, Efallai y byddai SSBs eisoes wedi cymryd yr awenau.

Cost yw'r rhwystr mwyaf arwyddocaol o hyd i fabwysiadu eang. Mae BMW Group, er enghraifft, wedi cydnabod yr her hon. Er bod disgwyl i'r cwmni ddadorchuddio cerbyd prototeip sydd â batris cyflwr solid yn ddiweddarach eleni, mae wedi nodi bod lansiad masnachol cerbydau trydan sy'n cael eu pweru gan SSB yn annhebygol o fewn y degawd nesaf.

Mae'r gwneuthurwr batri Tsieineaidd Sunwoda wedi amcangyfrif y gallai batris cyflwr solid gostio o gwmpas$ 275 y kWh, yn fras ar yr un lefel â batris lled-solid-wladwriaeth. Fodd bynnag, oherwyddcostau prosesu deunydd uchelacynnyrch gweithgynhyrchu isel, gallai'r gost wirioneddol fod yn sylweddol uwch yn ymarferol.

Hyd nes yr eir i'r afael â'r heriau hyn - yn enwedig wrth gynyddu cynhyrchiant a lleihau costau deunydd - mae batris cyflwr solid yn debygol o aros yn segment cam cynnar neu bremiwm y farchnad, yn hytrach na sicrhau defnydd masnachol eang.

Mewn cymhariaeth, ym mis Rhagfyr 2024, roedd pris cyfartalog pecynnau batri lithiwm-ion yn Tsieina wedi gostwng i$ 94 y kWh. Mae prisiau yn yr UD ac Ewrop yn aros30% i 50% yn uwch, ond yn dal yn sylweddolyn is na rhai batris cyflwr solid.

Fel y cyfryw,mae'r gost yn parhau i fod yn dagfa fawrbod yn rhaid i wrthwynebwyr technoleg batri cyflwr solid oresgyn er mwyn tarfu ar y farchnad storio ynni yn wirioneddol. Yn hyn o beth,Mae batris sodiwm-ion a lithiwm-ion ymhell ar y blaeno fatris cyflwr solid.

Mae heriau critigol eraill yn cynnwysCynyddu Cynhyrchu, yn enwedig yn yGweithgynhyrchu torfol electrolytau ceramega'rCynulliad Dibynadwyo gelloedd cyflwr solid. Rheoli'rrhyngwyneb rhwng electrolytau solet ac electrodauhefyd yn bryder, oherwydd gall arwain at wrthwynebiad rhyngwynebol uchel neu gracio dros sawl cylch rhyddhau gwefr-y mae'r ddau ohonynt yn rhwystro masnacheiddio ar raddfa lawn.

Ar ben hynny, sicrhaugwydnwch o dan amodau straen yn y byd go iawn, megis dirgryniad, amrywiadau tymheredd, a gwefru cyflym, yn parhau i fod yn un o'r rhwystrau technegol mwyaf dybryd.

Mae batris cyflwr solid yn gwella ar dechnoleg lithiwm-ion trwy newid yr electrolyt a chynyddu dwysedd ynni, ond mae eu cost uchel yn parhau i fod yn her fawr. Mewn cyferbyniad, mae batris sodiwm-ion (Na-ion) yn wynebu'r mater arall. Trwy geisio disodli'r elfennau a ddefnyddir mewn batris lithiwm-ion â deunyddiau mwy cyffredin, gallai cost batris sodiwm-ion ostwng yn sylweddol, ond maent yn wynebu heriau o ran dwysedd ynni.

Mae batris sodiwm -ion yn gweithredu yn yr un ffordd â batris lithiwm -ion - ïonau gwennol rhwng y catod ac anod - ond maen nhw'n defnyddio ïonau sodiwm yn lle ïonau lithiwm. Mae'r newid hwn yn newid popeth, o'rRhwyddineb cyrchu deunydd craii'rfforddiadwyedd- sy'n un o'r ffactorau allweddol a fydd yn pennu technoleg batri prif ffrwd yn y dyfodol.

Mae cost isel batris sodiwm-ion yn golygu y byddant erbyn 2030, y byddant yn cyfrif amdanyntllai na 10% o fatris cerbydau trydan, ond eu cyfran ynStorio YnniDisgwylir i geisiadau gynyddu'n sylweddol. Batris sodiwm-ion yn defnyddiodeunyddiau rhatachac nid oes angen lithiwm arnynt, sy'n golygu y gallai eu costau cynhyrchu fod30% yn is na ffosffad haearn lithiwm (LFP)batris.

Mae apêl fwyaf technoleg sodiwm-ion yn gorwedd yn ei allu i drosolideunyddiau toreithiog a rhadi ddisodli rhai mwy prin. Mae cronfeydd wrth gefn sodiwm yng nghramen y ddaear yn1, 000 gwaith yn fwyna rhai lithiwm. Gellir tynnu sodiwm hyd yn oed yn rhad oDŵr y môr cymharol ddixhustible.

Diolch i arloesiadau yn y maes, mae batris sodiwm-ion gradd fasnachol (NA-ion) bellach wedi cyflawni dwysedd ynni o gwmpas130-160 wh/kg, sy'n ymwneuddwy ran o dairBatris nodweddiadol lithiwm-ion NMC (cobalt manganîs nicel). Fodd bynnag, maent eisoes wedi cyrraedd neu hyd yn oed ragori ar ddwysedd ynnibatris asid plwm, ac yn agosáu at hynnyffosffad haearn lithiwm (LFP)batris.

Mae arbenigwyr yn honni y bydd y genhedlaeth nesaf o fatris sodiwm-ion yn cyflawnidros 200 wh/kg, o bosibl yn rhagori ar derfyn dwysedd ynni damcaniaetholBatris LFP. Mae hyd oes nodweddiadol batris sodiwm-ion yn amrywio o100 i 1, 000 cylchoedd, ac mae datblygwr Indiaidd KPIT yn honni bod ei fatris yn ei gynnalCadw Capasiti 80% ar ôl 6, 000 Cylchoedd, yn debyg i berfformiad batri lithiwm-ion.

Mae batris sodiwm-ion hefyd yn rhagoriPwer a pherfformiad tymheredd isel. Mae rhai dyluniadau yn gallu gwneudtua 1 kW/kg dwysedd pŵer, sy'n llawer mwy na hynnybatris lithiwm-ion nmc neu lfp. Yn ogystal, mae batris sodiwm-ion yn arddangosdiraddio perfformiad lleiaf posiblar dymheredd mor isel âGradd -20, tra bod batris lithiwm-ion yn ei chael hi'n anodd cynnal gwefr neu wefru'n gyflym yn gyflym mewn amodau mor oer.

Gall batris sodiwm-ion fod hefydRhyddhawyd yn llawn i 0 vheb achosi difrod, gan eu gwneud yn hynod ddiogelcludo a storio. Oherwydd y cynhyrchu gwres is a'r defnydd o ddeunyddiau nad ydynt yn fflamadwy mewn llawer o ddyluniadau, mae batris sodiwm-ion hefyd yn dangosSefydlogrwydd Thermol Superior. Yn wir, mae'rRisg Tânmae disgwyl i becynnau batri sodiwm-ion fodyn sylweddol isna phecynnau batri lithiwm-ion, gan welladiogelwchmewn cymwysiadau fel cerbydau trydan a storio grid.

Mae'r nodweddion hyn yn gwneud batris sodiwm-ion yn opsiwn deniadol, hyd yn oed i arweinwyr batri lithiwm-ion yn Tsieina. Y llynedd, cychwynnodd gorsaf storio ynni batri sodiwm-ion ar raddfa fawr gyntaf Tsieina weithrediadau-a10 MWH Cyfleuster Storio Batri Sodiwm-Ion, rhan o brosiect 100 MWh. Mae'r cyfleuster hwn, a adeiladwyd gan China Southern Power Grid210 ah celloedd sodiwm-ionac mae ganddo rywfaint o ddata trawiadol: gall y batri fodcodir ar 90% mewn dim ond 12 munud.

Cawr Gweithgynhyrchu Batri Byd -eangCyfoes Amperex Technology Co Limited (CATL)yn amlwg yn awyddus i archwilio potensial batris sodiwm-ion. Er enghraifft, mae'n integreiddio batris sodiwm-ion yn eiseilwaith a chynhyrchion batri lithiwm-ion. Datgelodd y cwmni hynny yn2023, Automaker TsieineaiddCeiriosdaeth y cwmni cyntaf i ddefnyddio batris sodiwm-ion CATL.

YnIonawr 2024, yr automaker mwyaf yng Nghanol Asia ac un o'r cyflenwyr batri mwyaf,By, cyhoeddodd gynlluniau i adeiladu a$ 1.4 biliwnffatri batri sodiwm-ion gyda chynhwysedd cynhyrchu blynyddol o30 GWH.

Mae cwmnïau Ewropeaidd hefyd yn archwilio'r dechnoleg hon. Y gwneuthurwr batri sydd bellach yn bancioNorthvoltCity name (optional, probably does not need a translation)lansio aBatri sodiwm-ion 160 wh/kgym mis Tachwedd 2023, a ddilyswyd ar gyfer perfformiad. Yn y DU,Faradionwedi bod yn arloeswr mewn technoleg batri sodiwm-ion ers dros ddegawd. A gafwyd gan IndiaDiwydiannau RelianceYn 2021, datblygodd Faradion aBatri 160 wh/kgac mae bellach yn cyflwyno fersiwn well sy'n brolioDwysedd Ynni Uwch 20%a30% Bywyd Beicio Hirach. Mae Reliance Industries hefyd wedi cyhoeddi cynlluniau i adeiladu aFfatri Batri Sodiwm-Ion Aml-GWHyn India, gyda'r cynhyrchiad yn debygol o ddechrau2025.

Mae'r datblygiadau hyn yn dangos yn gryf bod batris sodiwm-ion ar fin dod yn dechnoleg sy'n gallu herio goruchafiaeth batris lithiwm-ion.

Wrth dechnolegau batri sy'n dod i'r amlwg -batris sodiwm-ionabatris cyflwr solid- Dangos potensial addawol, mae'n anodd rhagweld pa un a fydd yn dominyddu yn y pen draw. O ystyried eu priod fanteision, gall y ddwy dechnoleg chwarae rolau hanfodol wrth symud ymlaenynni glânaCludiant Glânyn y dyfodol.

Os yw costau batri cyflwr solid yn gostwng - o bosibl yn gollwng o'r cerrynt$ 150+/kWhar gyfer batris lithiwm-ion i o gwmpas$ 80- $ 100/kWh- Gallai batris cyflwr solid ddominyddu'rsegmentau perfformiad uchel, fel cerbydau trydan, o fewn y degawd nesaf. Mae hon yn senario credadwy. YAsiantaeth Ynni Rhyngwladol (IEA)yn cael golwg optimistaidd ar ycostau batris cyflwr solid post -2030, gan dynnu sylw bod technoleg cyflwr solid yn debygol o sicrhau hyfywedd masnachol.

Ar y llaw arall, mae batris sodiwm-ion yn fwycost-gystadleuol, eu gwneud yn addas iawn ar gyferStorio Gridamarchnadoedd sy'n dod i'r amlwg, a disgwylir iddynt sicrhau llwyddiant yn gyflymach. Mae llawer o gefnogwyr yn pwyso am adeiladuprosiectau ar raddfa fawrYn y nesafdwy i dair blynedd. Yn 2024, mae'rMarchnad System Storio Ynni Batri (BESS)tyfodd gan44%, gyda chynhwysedd gosodedig a swm gollwng yn cyrraedd69 GW/161 GWH. Yn nodedig, gan2030, mae disgwyl i fatris yrru90% o dwf storioi gwrddtargedau net-sero.

O ganlyniad, bydd ystod o dechnolegau batri yn dod i'r amlwg yn y dyfodol, gydasolidabatris sodiwm-ionyn debygol o arwain y ffordd.