مع تحول العالم إلى مصادر جديدة للطاقة، تشتد المنافسة بين بطاريات أيونات الصوديوم وأيونات الليثيوم. في الوقت الحالي، تتصدر بطاريات أيون الليثيوم السوق، لكن بطاريات أيون الصوديوم تكتسب الاهتمام بسبب بعض المزايا الجذابة. دعونا نستكشف ما الذي يجعل كل منها فريدًا، وإيجابياته وسلبياته، واتجاهاته المستقبلية المحتملة.
ما هي بطاريات أيون الصوديوم؟
بطارية أيون الصوديوم (SIB) عبارة عن بطارية مُعاد شحنها باستخدام أيونات الصوديوم (Na⁺) كحاملات شحن. وهو يتألف من كاثود يحتوي على الصوديوم، وأنود، وإلكتروليت سائل. أثناء الشحن، يتم استخراج أيونات الصوديوم وإدخالها في الأنود، بينما يحدث التفريغ بشكل عكسي.
هناك أنواع مختلفة من بطاريات أيون الصوديوم، بما في ذلك NaMnO2 وNa3V2(PO4)2F3 وNa2FeFe(CN)6.
NaMnO₂ (أكسيد ذو طبقات)
- جهد العمل: 3.2 فولت؛ نطاق التشغيل: -40 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية.
- دورة الحياة: ما يصل إلى 4500 دورة في النماذج الأولية المعملية مع التحسين الهيكلي (على سبيل المثال، تطعيم البورون).
- التحديات: الاضمحلال السريع للقدرة (20 دورة) بسبب تحولات الطور Mn³⁺؛ تعمل المتغيرات المعدلة على تحسين الاستقرار.
Na₃V₂(PO₄)₂F₃ (NVPF، نوع NASICON)
- كثافة الطاقة: 75 وات/كجم بمعدل 1 درجة مئوية؛ هضاب الجهد العالي عند 3.7 فولت و 4.2 فولت.
- استقرار الدورة: أكثر من 4000 دورة في تكوينات الخلية الكاملة بسبب الطلاءات الكربونية والمواد المضافة بالكهرباء (مثل FEC).
- التطبيقات: مناسبة لتخزين الشبكة والمركبات الكهربائية بسبب المرونة الحرارية والعمر الطويل.
Na₂FeFe(CN)₆ (أبيض بروسي)
- الأداء: يحقق كثافة طاقة تبلغ 160 وات/كجم مع 3000 دورة عند إقرانه بأنودات الكربون الصلب؛ يستفيد من الانتشار السريع لـ Na⁺ في إطار مكعب.
- المزايا: التوافق مع درجات الحرارة المنخفضة (-20 درجة مئوية مع الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 80%) والتوليف القابل للتطوير، والذي يتم تسويقه بواسطة CATL.
ما هي بطاريات الليثيوم أيون؟
تطورت بطاريات الليثيوم أيون بشكل ملحوظ على مر السنين، حيث تم تطوير أولها في السبعينيات. وهي تتكون من أربعة مكونات رئيسية: الكاثود، الأنود، المنحل بالكهرباء، والفاصل.
يحدد الكاثود السعة والجهد، بينما يقوم الأنود بتوجيه الإلكترونات عبر سلك. ال المنحل بالكهرباء تمكن حركة أيون الليثيوم بين الكاثود والأنود لتدفق الكهرباء بشكل آمن. تسهل المواد ذات الموصلية الأيونية العالية هذه الحركة، والتي تختلف باختلاف نوع المنحل بالكهرباء.
هناك ستة أنواع رئيسية من بطاريات الليثيوم؛ يمكن العثور على مزيد من المعلومات هنا.
بطارية أيون الصوديوم مقابل بطارية ليثيوم أيون
عند مقارنة بطاريات أيون الصوديوم وبطاريات أيون الليثيوم، يقدم جدول المقارنة رؤية واضحة للاختلافات بينهما.
| سمات | بطارية أيون الصوديوم | بطارية ليثيوم أيون |
| توافر المواد | وفير | محدود |
| التأثير البيئي | صديقة للبيئة | أقل صديقة للبيئة |
| يكلف | رخيص | عالي |
| نطاق درجة حرارة التشغيل | أعلى | عالي |
| دورة الحياة | عالي | عالي |
| كثافة الطاقة | قليل | عالي |
| وقت الشحن | أسرع | سريع |
تحديات بطارية أيون الصوديوم
يواجه تصنيع بطاريات أيون الصوديوم العديد من التحديات قبل أن يتمكن من استبدال بطاريات أيون الليثيوم.
- لا توجد سلسلة توريد راسخة للمواد، ولا يشارك فيها سوى عدد قليل من الشركات، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف.
- لا تزال التكنولوجيا قيد التطوير، مما يحد من مرونة التصميم ويؤدي إلى انخفاض الكثافة والقدرة التخزينية مقارنة ببطاريات الليثيوم.
- تتمتع بطاريات أيون الصوديوم بعمر دورة يصل إلى 5000 دورة، وهو أقل بكثير من 6000 دورة لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم التجارية.
هل يمكن لبطاريات الصوديوم أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون؟
يمكن أن تكون بطاريات أيونات الصوديوم بديلاً رائعًا لبطاريات أيونات الليثيوم، لكنها تواجه بعض العقبات قبل أن تتمكن من الإقلاع حقًا.
لكي تصبح الخيار الأمثل لتخزين الطاقة، فإنها تحتاج إلى تحسين أدائها الفني. ويعمل الباحثون جاهدين لجعل هذه البطاريات أكثر استقرارًا وبأسعار معقولة، بينما تنشغل الشركات في إنشاء سلسلة توريد قوية للمواد الضرورية.
