Сви знамо колико су литијумске батерије ефикасне. Литијум је изузетно лак и мали елемент, са врло ниским електродним потенцијалом, што омогућава да се велика количина енергије спакује у малу масу. Захваљујући томе, литијум-јонске батерије су понудиле отприлике три пута већу енергетску густину од никл-кадмијумских батерија које су замениле.

У априлу ове године, CATL, највећа светска компанија за производњу батерија, потписала је историјски уговор који би могао да преобликује технолошки свет какав познајемо. Реч је о највећој поруџбини не-литијумских батерија икада забележеној – огромних 60 гигават-сати (GWh) капацитета натријум-јонских батерија, што је довољно енергије да се истовремено напуне сви паметни телефони на планети.

Литијум-јонске батерије су деценијама биле темељ модерног света, покрећући све, од наших телефона и лаптопова до електричних возила. Међутим, овај нови потез поставља питање: да ли смо стигли до краја пута за литијум?

Златно доба литијума и његове мане

Сви знамо колико су литијумске батерије ефикасне. Литијум је изузетно лак и мали елемент, са врло ниским електродним потенцијалом, што омогућава да се велика количина енергије спакује у малу масу. Захваљујући томе, литијум-јонске батерије су понудиле отприлике три пута већу енергетску густину од никл-кадмијумских батерија које су замениле. Средином 90-их (посебно од 1991. и првог Сонијевог камкордера), индустрија се у потпуности посветила литијуму, инвестирајући око 1 трилион долара у истраживање, развој и инфраструктуру у годинама које су уследиле.

Међутим, литијум има озбиљне проблеме који се више не могу игнорисати:

• Запаљивост и безбедност: Електролити у литијумским батеријама су органски растварачи који су високо запаљиви. Самсунг (Samsung) је то научио на тежи начин 2016. године са моделом Galaxy Note 7, што је резултирало глобалним повлачењем производа које је компанију коштало 5 милијарди долара. У градовима попут Њујорка, пожари изазвани литијум-јонским батеријама постали су водећи узрок смртоносних пожара.

• Осетљивост на ниске температуре: На тачки смрзавања (0°C), литијумске батерије губе 20% до 40% свог домета. На још нижим температурама, литијумски јони се крећу толико споро да почињу да стварају кристалне шиљке (дендрите) који могу изазвати кратак спој и пожар.

• Геополитички монопол и цена: Снабдевање литијумом је изузетно концентрисано. Само три државе – Аустралија, Чиле и Кина – контролишу 90% ископавања овог метала. Штавише, Кина прерађује око 65% светског литијума и производи око 75% свих литијум-јонских батерија. Ово чини индустрију рањивом. Примера ради, између 2020. и 2022. године, цена литијум-карбоната порасла је 8 пута, да би 2023. године пала за преко 70%.

Повратак натријума

Натријум се 1960-их сматрао водећим кандидатом за батерије. С обзиром на то да се и натријум и литијум налазе у истој групи алкалних метала у периодном систему (један изнад другог), деле многа својства. Ford Motor Company је још 1966. направио натријум-сумпорну батерију импресивне енергетске густине од 150 Wh/kg. Ипак, она је радила на непрактичних 300°C.

Када је графит постао стандардни материјал за аноде код литијума, натријум је одбачен. Натријумови јони су са пречником од 102 пикометра око 35% већи од литијумових јона и нису се могли правилно сместити између слојева графита.

Преокрет се догодио 2000-их када су научници открили „тврди угљеник“ (hard carbon). Његова неправилна структура са нанопорама омогућила је ефикасно складиштење већих натријумових јона, чиме су натријум-јонске батерије поново постале исплатива опција.

CATL-ова револуционарна „Nextra“ батерија

CATL је још 2016. године покренуо свој натријумски програм у који су инвестирали око 1,5 милијарди долара. Усавршавањем тврдог угљеника и прецизном контролом његових пора, CATL је направио натријум-јонску батерију названу Nextra, са спецификацијама које потпуно мењају игру:

• Енергетска густина: 175 Wh/kg, што је упоредиво са популарним LFP литијумским батеријама које се данас користе у приступачним електричним возилима.

• Домет и брзина пуњења: Обезбеђује домет возила од преко 500 km. Може се напунити до 80% капацитета за само 15 минута.

• Импресиван животни век: Nextra може издржати преко 10.000 циклуса пуњења пре значајне деградације. То је отприлике 27 година свакодневног пуњења, што је три пута дуже од просечних литијум-јонских ћелија.

• Отпорност на екстремну хладноћу: Захваљујући специјалним електролитима, батерија задржава импресивних 90% свог капацитета чак и на -40°C.

• Цена: Захваљујући јефтиним и доступним материјалима (натријум и алуминијум), цена производње ове батерије сведена је на око $19 по kWh. За поређење, литијум-јонске ћелије обично коштају између $55 и $70 по kWh.

Будућност: Синергија литијума и натријума

И поред свих предности, натријум неће потпуно избацити литијум са тржишта. Због незнатно ниже енергетске густине, индустрије које захтевају апсолутно минималну тежину (попут авијације или малих уређаја, тј. паметних телефона) остаће верне литијуму.

Међутим, аутомобилска индустрија већ усваја хибридне приступе. CATL је представио системе батерија које у истом возилу комбинују натријумске и литијумске модуле. Софтвер у реалном времену одлучује коју хемију да користи – натријум за хладне стартове и вожњу по зими, а литијум за дужи домет на отвореним путевима.

Захваљујући огромним пројектима као што је Hyperstrong уговор од 60 GWh, натријум-јонске батерије су у року од само 12 месеци прешле пут од пре-комерцијалне технологије до решења масовне производње. Доминација искључиво једне метрике (однос тежине и енергије) је прошлост, а ценовни шокови су напокон натерали индустрију да се окрене иновацијама које су деценијама стајале у фиоци.

Овај чланак је написан на основу информација из видеа:

Битка изван лабораторије и моћ капитала

Ипак, упркос свим очигледним предностима натријума, масовна транзиција неће бити ни брза ни једноставна. Литијум-јонске батерије су током деценија заузеле огромно глобално тржиште, градећи око себе читаве екосистеме, ланце снабдевања и инфраструктуру вредну хиљаде милијарди долара. Капитал и моћни лобији који тренутно контролишу ово тржиште немају економски интерес да преко ноћи дозволе прелазак на нову, јефтинију и доступнију технологију која би им директно угрозила профит и постојеће монополе.

Овакав отпор тржишта према иновацијама није ништа ново; механизам је веома сличан вишедеценијском одуговлачењу и опструкцијама са којима се суочава глобални прелазак са фосилних горива и нафте на електричну енергију. Индустријски гиганти ће максимизовати поврат својих досадашњих инвестиција у литијум до крајњих граница, што значи да ће права битка за будућност технологије складиштења енергије бити вођена не само у истраживачким центрима, већ пре свега у управним одборима великих корпорација.

Извор: YouTube

Ознаке: CATL, батерије, литијумске батерије