Dodajanje soli v mešanico za baterije

Zamisel o izdelavi baterij na osnovi natrija je prisotna že stoletja. V romanu Julesa Verna iz leta 1870 z naslovom Dvajset tisoč milj pod morjem kapitan Nemo vozi električno podmornico, ki jo poganja sol. Medtem ko raziskovalci že leta eksperimentirajo z uporabo tega cenenega in dostopnega materiala za shranjevanje energije, se natrij-ionske baterije nikoli ne bi mogle primerjati z energijsko zmogljivostjo drugih vrst baterij, zlasti tistih s formulami na osnovi litija. Trenutne naraščajoče potrebe po energiji in svetovne trgovinske napetosti pa pomenijo, da se dolgo zanemarjena tehnologija končno prebija v ospredje.  

Podjetje Natron Energy, ki je nastalo na podlagi doktorske disertacije ustanovitelja Colina Wessellsa iz leta 2012, je eno od redkih podjetij na svetu, ki množično proizvaja natrij-ionske baterije, in edino, ki se tega loteva v ZDA. Njihova prva tovarna v kraju Holland v Michiganu se je odprla aprila 2024, naknadno opremljanje obstoječega objekta v vrednosti 300 milijonov dolarjev pa je stalo še dodatnih 40 milijonov dolarjev. Do konca leta 2025 naj bi podjetje letno proizvedlo za 600 megavatov baterij, kar skorajda zadostuje za napajanje mesta v velikosti San Diega. Podjetje za dodatno tovarno zbira sredstva v vrednosti 1,4 milijarde dolarjev – stala naj bi v okrožju Edgecombe v Severni Karolini, proizvodno zmogljivost podjetja pa bi povečala za približno 40-krat. V Natronu pravijo, da dodatno tovarno potrebujejo za zadovoljitev povpraševanja svojih strank, med katere prištevajo podatkovne centre in podjetja za računalništvo v oblaku, še zlasti zdaj, ko umetna inteligenca požira vse več energije. "Povpraševanje po energiji bo šlo v višave," pravi glavni izvršni direktor podjetja Wendell Brooks. 

Na splošno so natrij-ionske baterije cenejše in manj gorljive od litij-ionskih, vendar pa lahko v enaki količini prostora shranjujejo manj energije, kar je veljalo za pomanjkljivost pri izdelkih, kot so električna vozila in pametni telefoni. A nekatera najhitreje rastoča področja potrebe po shranjevanju energije, vključno s podatkovnimi centri in drugimi industrijskimi obrati, niso posebej občutljiva glede prostornine ali teže baterij, kot pravi Evelina Stoikou, vodja oddelka za baterijske tehnologije in dobavne verige na BloombergNEF. Zaradi tega postaja ta tehnologija bolj privlačna: BNEF napoveduje, da bodo natrij-ionske baterije do leta 2035 obsegale 15 odstotkov trga za shranjevanje energije v primerjavi z današnjim približno enim odstotkom. 

Negotovost glede dobave materialov, ki so potrebni za izdelavo litij-ionskih baterij, prav tako spodbuja iskanost natrija. Skok cen litija v letu 2022 je povzročil pravo norišnico med vlagatelji in zagonskimi podjetji, ki iščejo alternativne rešitve. Na Kitajskem sta baterijska velikana Contemporary Amperex Technology in BYD v tem času začela razvijati natrij-ionske baterije za shranjevanje in električna vozila. "Kitajska poskuša prevzeti vodstvo v vseh pomembnih tehnologijah, preostali ji poskušajo slediti," pravi Marcel Weil, raziskovalec na Inštitutu za ocenjevanje tehnologije in sistemsko analizo, neodvisnem nemškem raziskovalnem centru, ki ocenjuje tehnologije v baterijah. Od takrat so cene litija padle, kar za nastajajoča zagonska podjetja z natrij-ionskimi baterijami pomeni izziv, a analitiki BNEF pričakujejo, da bo cena surovine še naprej nihala. 

Nove carine predsednika Donalda Trumpa na kitajsko blago so še en dejavnik, ki vlagatelje in kupce spodbuja, da se ozirajo za natrijem. Na Kitajskem se rafinira večinski svetovni delež litija, obenem pa Kitajska proizvaja večino svojega grafita, ki je sestavni del litij-ionskih baterij. Če država preneha izvažati grafit ali če bo Trumpova administracija carine še naprej zviševala, bi bilo to za proizvajalce litij-ionskih baterij po vsem svetu resen udarec. Natrij-ionske baterije so način, kako lahko proizvajalci to dobavno verigo zaobidejo: za svoje elektrode pogosto uporabljajo trdi ogljik, veliko bolj dostopen material, ki spominja na oglje. 

Depositphotos

 

Zanimanje za varnejše alternative je spodbudila tudi vnetljivost nekaterih vrst litij-ionskih baterij. Natrij-ionske baterije je mogoče shranjevati v izpraznjenem stanju, kar zmanjšuje tveganje požara v primerjavi z njihovimi vrstnicami na osnovi litija, kot pravi Andy Leach, sodelavec na področju shranjevanja energije pri BNEF. 

Komplet desetih baterij proizvajalca Natron – ki se prilega v standardno strežniško omarico – je velik približno kot hladilnik in lahko shrani 250 kilovatov moči, kar zadostuje za oskrbo več kot sto kalifornijskih domov z elektriko. Gostota energije je tu nižja kot pri litij-ionskih baterijah. Natrij-ionske baterije so – po mnenju podjetja – za podatkovne centre še zlasti primerne zaradi njihove izjemno visoke hitrosti sproščanja energije. Pri litij-ionski bateriji lahko traja eno uro, da ta sprosti vso svojo moč, baterija podjetja Natron pa lahko to doseže v pičlih dveh minutah, pravijo v podjetju. Ta hitrost bi bila lahko ključnega pomena ob izpadu električne energije; scenariju, ki zaradi vse pogostejših ekstremnih vremenskih razmer postaja vse bolj verjeten. Natronove baterije bi lahko omogočile, da obrat še nekaj minut nemoteno deluje, medtem ko se aktivirajo rezervni generatorji. 

Čeprav so cene baterij podjetja Natron trenutno primerljive s cenami litij-ionskih baterij, Brooks pričakuje, da se bodo ti stroški prepolovili, ko bo njihov objekt v Severni Karolini dosegel polno zmogljivost, četudi ni jasno, kdaj bi to lahko bilo. Poleg podatkovnih centrov Natron meri še na druge panoge, na primer rafiniranje nafte in plina ter vojaške operacije, kot so protidronski in protiraketni sistemi, ki prav tako zahtevajo kratke, intenzivne izbruhe moči in možnost hitrega polnjenja. Strankam v vseh teh sektorjih podjetje na poskusni ravni že pošilja izdelke in pričakuje, da bo s komercialno prodajo izdelkov začelo do konca drugega četrtletja. 

Natrij-ionske baterije igrajo vedno pomembnejšo vlogo tudi na kitajskem trgu električnih vozil, kjer se proizvajalci avtomobilov osredotočajo na potrošnike, ki jih ne moti manjši doseg, če tega spremlja nižja cena. Tehnologijo najdemo v električnih vozilih proizvajalca Yiwei, hčerinske družbe skupine JAC (ki jo podpira Volkswagen), ki stanejo le sedem tisoč dolarjev in katerih doseg znaša približno 230 kilometrov (143 milj). Nekateri proizvajalci natrij-ionskih baterij na Kitajskem merijo tudi na električna orodja. Znanstveniki so se z mislijo na uporabnost v baterijah sprehodili po celotnem periodnem sistemu in med drugim proučili kalcij, kalij in magnezij, "vendar pa je natrij tisti sistem, ki je najbližje resničnemu preboju na trg", pravi Weil, raziskovalec baterij. 

To ne pomeni, da bo kadarkoli tako vseprisoten kot litij. Minglong He, glavni znanstvenik v raziskovalnem centru ABB Corporate Research Center v Švici, ki vlaga v zagonska podjetja z natrij-ionskimi baterijami, vključno z Natronom, ne pričakuje, da bo tehnologija na trgu kdaj prevladovala. Napoveduje namreč prihodnost, v kateri baterije, kot je Natronova, služijo podatkovnim centrom in drugim specifičnim trgom, medtem ko se kemikalije z večjo gostoto energije, kot je litij-železov fosfat, uporabljajo za električna vozila ali pametne telefone. Tržni delež litij-ionov lahko na nekaterih nišnih področjih še naprej zmanjšujejo druge različice, vse od baterij železo-zrak za dolgoročno shranjevanje energije pa do toplotnih baterij za domove. "Mislim, da ena sama tehnologija baterij, ena celična kemija za vse načine uporabe ne obstaja," pravi.