Harcba száll a nátrium-ion technológia a lítium-ion akkumulátorokkal

A brit start-up vállalat kifejlesztett egy új akkumulátortechnológiát, amely szerintük alkalmas a Tesla által nemrég bemutatott „Powerwall“-hoz hasonlóan a háztartásban való használatra, ám annak árának harmadáért. A vállalat szerint a Faradion-akkumulátorok, amelyek járművekben is használhatók, lényegesen biztonságosabbak, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok.

Az új technológia kulcsa abban rejlik, hogy a lítium-ion cellák helyett a Faradium akkumulátorai a nátrium-ion kölcsönhatására épülnek. A vállalat egy közleményben közzé tette a nátrium-nikel-cink-ón réteges struktúrájú összetétellel elért eredményeket. A nátrium és a lítium a periódusos rendszer ugyanazon csoportjába tartoznak: mindkettő alkáliföldfém (1. csoport), így nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.

A nátriumból azonban sokkal több található a földön, mint lítiumból, főként mivel a sós vízben is fellelhető, így a nátrium-ion cellák jóval olcsóbbak, mint a lítium-ion: a nátrium 90 százalékkal olcsóbb a lítiumnál, ráadásul fenntarthatóbb – mondta Jerry Barker, a Faradion technikai igazgatója. – Mindez azt jelenti, hogy a teljes költség közel 30-35 százalékkal alacsonyabb a nátrium-ion akkumulátor esetében – hangsúlyozta.

Faradion nátrium-ion cella a Williams Advanced Engineering akkumulátorával. Az egységben két tárolóban összesen 12 cella található

A Faradium céget 2010-ben alapították az angliai Sheffieldben. A vállalat vezető szerepet ölt be a nátrium-ion technológia fejlesztésében, és az elmúlt öt év során 18 szabadalmat jegyeztetett be. A fejlesztést részben az InnovateUK befektetési ügynökség finanszírozta a Williams Advancced Engineering és az Oxfordi Egyetem közreműködésével. A projekt gyümölcse egy elektromosan hajtott kerékpár, a világ első nátrium-ion akkumulátorral hajtott járműve, amelyet nemrég mutattak be a Williams Oxfordshire-ben található központjában.

Barker elmondása szerint a nátrium egyik előnye, hogy nem képez ötvözetet az alumíniummal. Ez azt jelenti, hogy a nátrium-ion cellában az áramgyűjtők a katód és az anód oldalán is alumínium fóliából készülhetnek. Mindez nagy jelentőséggel bír, mivel a lítium-ion cellákban a lítium ellentétes viselkedése miatt a negatív elektródának rézből kell készülnie, ami egyben a lítium-ion akkumulátorok egyik legnagyobb hátrányát, a teljes kisütés esetén tapasztalható negatív tulajdonságokat is eredményezi. Zéró töltöttségnél a réz elkezd feloldódni, ami csökkenti a cella teljesítményét. Emiatt a lítium-ion cellákat 20–40 százalék közötti töltöttségi szinten kell tárolni és szállítani, ám ez veszélyekkel járhat – emelte ki Barker.

Az akkumulátor belsejében található kémiai reakciók hőt generálnak, és ahogy nő a hőmérséklet a lítium-ion akkumulátorban, belép az úgynevezett önmelegítés állapotába. Mindez a cella összetételétől függően változhat, az LiCoO2 (LCO) cellák esetében például ez az állapot már 90°C-nál tapasztalható, a hőmérséklet pedig akár 4000°C/perc tempóval is emelkedhet és akár tüzet vagy robbanást is okozhat.

A LiFePO4 (LFP), úgynevezett „biztonságos“ lítium-ion cellák esetében ezt az állapotot csak 100°C felett éri, a hőmérséklet pedig csak 150°C/perc sebességgel nő. A nátrium-ion akkumulátorknál ez a tendencia szintén megfigyelhető, ám a Faradion cellái 150°C hőmérsékletnél lépnek be az önmelegedés állapotába, és a hőmérséklet csupán 52°C/perc sebességgel emelkedik. – Mindez remekül demonstrálja, hogy a nátrium-ion akkumulátorok lényegesen biztonságosabbak az LCO, illetve LFP technológiánál – hangsúlyozta Barker.

Emellett a nátrium-ion cellák a veszélyes kategóriába sorolt Li-ion akkuknál lényegesen egyszerűbb módon, rövidre zárt állapotban, energia tárolása nélkül is szállíthatók. A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet az egy szállítmányban található cellák mennyiségét és méretét is szigorúan szabályozza.

– A Li-ion akkumulátorok esetében többször előfordult, hogy füstöt, extrém magas hőmérsékletet, tüzet, sőt, akár robbanást is eredményeztek – figyelmeztetett Jerry Barker. – A Faradion olyan szállítmányozási módszereket szabadalmaztatott, amelyekkel kiküszöbölhetők az ehhez hasonló veszélyforrások – tette hozzá a Faradion technikai vezetője.

Barker szerint a teljesítmény terén a nátrium-ion technológia megközelíti a Li-ion akkumulátorokat. A katódspecifikus energia tekintetében a Faradion cellái 500Whr/kg-ot értek el, ami ugyan alacsonyabb, mint az LCO teljesítménye, az LFP-t máris túlszárnyalta. – Jelenleg is folynak a második generációs celláink feltöltés-kisütés ciklusos tesztjei, ám már most is kijelenthetjük, hogy az akkumulátorok kapacitása ezer ciklus után is 93 százalékos marad.

Barker szerint a nátrium-ion technológia egyből átveheti a Li-ion akkumulátorok helyét, mivel szinte alig vannak különbségek a használat és a gyártás terén. A gyártásfolyamatok mindkét cella esetében ugyanazokból a lépésekből állnak, a gyártósorokat pedig könnyedén hozzá lehet igazítani az új technológiához. A Faradion reméli, hogy a tömeggyártás helyett inkább a gyártóknak licenszelheti majd a technológiát.

A vállalat szerint a piacban rejlő legnagyobb potenciál a statikus városi energiatárolásban rejlik:

– Alkalmazhatók különálló, fotovoltaikus panelekből álló akkumulátorokhoz házak, de akár utcák vagy lakótömbök esetében is – nyilatkozta Chris Wright, a vállalat elnöke a The Engineer szakportálnak. – Hatalmas a benne rejlő potenciál. Az elmúlt időszakban számos megkeresést kaptunk az autóiparból is – hansúlyozta.

Az e-bike projekt során a Faradion feladata a cellák kifejlesztése volt, az akkumulátort és az ahhoz kapcsolódó rendszert a Williams tervezte és gyártotta le. A Faradion a jövőben szeretné a cellák méretét 20x10cm-ről 10x5cm-re csökkenteni, valamint célja, hogy a nátrium-ion cellákhoz szilárd szénből készült elektródákat fejlesszen.

Via theengineer.co.uk