باتریهای سدیم-یون با هزینه کمتر، ایمنی بیشتر، مواد اولیه فراوان، بهعنوان رقیبی جدی برای باتریهای لیتیوم-یون در آستانه تولید انبوه قرار گرفتهاند.
- باتریهای سدیم-یون بهدلیل هزینه کمتر، ایمنی بیشتر و فراوانی مواد اولیه، گزینهای امیدوارکننده برای آینده صنعت باتری هستند.
- شرکت CATL قصد دارد تولید انبوه این باتریها را پیش از پایان سال ۲۰۲۶ آغاز کند.
- در حال حاضر، رقیب اصلی باتریهای سدیم-یون، باتریهای لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) هستند، نه باتریهای پیشرفته NMC.
باتریهای سدیم-یون؛ رقیبی جدی برای سلطه باتریهای لیتیوم-یون
باتریهای سدیم-یون در آستانه ورود به مرحله تولید انبوه قرار دارند و کارشناسان معتقدند این فناوری میتواند به یکی از مهمترین رقبای باتریهای لیتیوم-یون تبدیل شود. هزینه کمتر، ایمنی بالاتر، فراوانی مواد اولیه، مزایای زیستمحیطی از مهمترین عواملی هستند که توجه صنعت باتری را به این فناوری جدید جلب کردهاند.
با وجود اینکه باتریهای لیتیوم-یون همچنان نقش اصلی را در تلفنهای هوشمند، رایانههای قابل حمل، خودروهای برقی، سامانههای ذخیرهسازی انرژی ایفا میکنند، پیشرفتهای اخیر در فناوری باتریهای سدیم-یون نشان میدهد این فناوری میتواند در سالهای آینده جایگاه مهمی در بازار جهانی باتری به دست آورد.
آغاز عصر جدید باتریهای سدیم-یون
یکی از مهمترین اتفاقات در مسیر توسعه این فناوری، اعلام شرکت چینی CATL، بزرگترین تولیدکننده باتری جهان، بود. این شرکت اعلام کرد پیش از پایان سال ۲۰۲۶ تولید انبوه باتریهای سدیم-یون را آغاز خواهد کرد.
همچنین CATL خبر داد که برای عرضه این نسل جدید از باتریها، با یک خودروساز، همچنین یک ارائهدهنده سامانههای ذخیرهسازی انرژی برای شبکههای برق قرارداد همکاری امضا کرده است.
افزایش سریع توجه به فناوری سدیم-یون
براساس گزارشی که در نشریه Nature منتشر شده است، فناوری باتریهای سدیم-یون نخستین بار در دهه ۱۹۸۰، همزمان با توسعه باتریهای لیتیوم-یون معرفی شد.
با این حال، نمونههای اولیه به دلیل مشکلاتی مانند ظرفیت انرژی پایین، عمر کوتاه، نتوانستند با فناوری لیتیوم-یون رقابت کنند و برای سالها در حاشیه باقی ماندند.
طی پنج سال گذشته، افزایش سرمایهگذاریها، پیشرفتهای فنی، بهبود عملکرد این باتریها باعث شده است علاقه صنعت به فناوری سدیم-یون بار دیگر رشد چشمگیری داشته باشد.
در حال حاضر در چین، موتورسیکلتها، خودروهای کوچک مجهز به باتریهای سدیم-یون وارد چرخه استفاده شدهاند. همچنین شرکت بزرگ خودروسازی برقی BYD نیز سرمایهگذاری گستردهای روی این فناوری انجام داده است.
Auke Hoekstra، تحلیلگر حوزه انرژی از دانشگاه فناوری آیندهوون هلند، درباره سرعت پیشرفت این فناوری گفت:
«هرگز انتظار نداشتم این فناوری تا این اندازه سریع پیشرفت کند.»
مهمترین مزیت باتریهای سدیم-یون؛ کاهش هزینه تولید
به اعتقاد کارشناسان، بزرگترین مزیت باتریهای سدیم-یون استفاده از مواد اولیهای است که نسبت به لیتیوم بسیار ارزانتر، فراوانتر هستند.
اگرچه هزینه تولید باتریهای لیتیوم-یون طی ۱۵ سال گذشته بیش از ۹۰ درصد کاهش یافته است، اما با ارزانتر شدن فرآیندهای تولید، سهم هزینه مواد اولیه در قیمت نهایی باتریها افزایش پیدا کرده است.
بهویژه فلزاتی مانند:
- نیکل
- منگنز
- کبالت
که در باتریهای با عملکرد بالا استفاده میشوند، قیمت بالایی دارند، منابع آنها نیز محدود است؛ موضوعی که کاهش بیشتر هزینه تولید را دشوار کرده است.
به همین دلیل طی سالهای اخیر بسیاری از تولیدکنندگان به سمت استفاده از باتریهای لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) حرکت کردهاند.
اگرچه باتریهای LFP از نظر چگالی انرژی نسبت به پیشرفتهترین باتریهای لیتیوم-یون عملکرد پایینتری دارند، اما در خودروهای برقی شهری، همچنین سامانههای بزرگ ذخیرهسازی انرژی بهطور گسترده مورد استفاده قرار گرفتهاند.
به گفته Auke Hoekstra، با کاهش هزینه فناوری LFP، اکنون لیتیوم به یکی از مهمترین بخشهای هزینه تولید ارزانترین باتریها تبدیل شده است؛ موضوعی که قدرت رقابتی فناوری باتریهای سدیم-یون را بیش از گذشته افزایش میدهد.
چرا باتریهای سدیم-یون اهمیت پیدا کردهاند؟
به گفته کارشناسان، یکی از مهمترین دلایل افزایش توجه به فناوری باتریهای سدیم-یون، مشکلات زنجیره تأمین در دوران همهگیری کرونا بود.
با افزایش سریع تقاضا برای خودروهای برقی، بازار لیتیوم با نوسانات شدید قیمتی مواجه شد. اگرچه تصور میشود ذخایر لیتیوم در بلندمدت پاسخگوی نیاز بازار باشند، اما همچنان درباره اینکه آیا ظرفیت تولید میتواند همگام با رشد تقاضا افزایش یابد یا خیر، ابهامهایی وجود دارد. همین مسئله شرکتهای چینی را به سمت جستوجوی جایگزینهای مناسب سوق داده است.
Yun Zhao، پژوهشگر Imperial College London، معتقد است شرکتها با هدف ایجاد زنجیره تأمین پایدارتر، سرمایهگذاری در فناوری سدیم را افزایش دادهاند.
سدیم؛ مادهای فراوان، ارزان، در دسترس
سدیم از کربنات سدیم که یکی از مواد اولیه مورد استفاده در تولید باتری است، بهسادگی استخراج میشود.
Zhang Yizhi، سخنگوی شرکت CATL، سدیم را «منبعی تقریباً پایانناپذیر» توصیف کرده و اعلام کرده است که میزان سدیم موجود در پوسته زمین حدود هزار برابر لیتیوم است. همچنین در اقیانوسها، این عنصر تقریباً ۶۰ هزار برابر بیشتر از لیتیوم یافت میشود.
تفاوت چشمگیر قیمت مواد اولیه
اختلاف قیمت میان مواد اولیه مورد استفاده در این دو فناوری نیز قابل توجه است.
- قیمت هر تن کربنات سدیم صنعتی بین ۲۰۰ تا ۲۸۰ دلار است.
- قیمت هر تن کربنات لیتیوم مورد استفاده در تولید باتری حدود ۲۰ تا ۲۵ هزار دلار برآورد میشود.
این اختلاف قیمت یکی از مهمترین عواملی است که میتواند در آینده هزینه تولید باتریهای سدیم-یون را کاهش دهد.
مواد اولیه سادهتر، هزینه کمتر، اثرات زیستمحیطی پایینتر
یکی دیگر از مزیتهای مهم باتریهای سدیم-یون، نوع مواد اولیه مورد استفاده در ساخت آنها است.
برخلاف بسیاری از باتریهای لیتیوم-یون، این باتریها حاوی مقادیر زیاد فلزات سنگین گرانقیمتی مانند نیکل، کبالت نیستند.
در باتریهایی که شرکت CATL برای تولید انبوه آماده کرده است، از ماده کاتدی با نام Prussian White استفاده میشود که از ترکیب عناصر زیر تشکیل شده است:
- سدیم
- آهن
- کربن
- نیتروژن
آلومینیوم جایگزین مس میشود
در بخش آند این باتریها نیز به جای استفاده از مس، از آلومینیوم ارزانتر استفاده میشود.
همچنین به جای گرافیت، از مواد مبتنی بر کربن بهره گرفته شده است.
این تغییرات دو مزیت مهم ایجاد میکنند:
- کاهش هزینه تولید باتری
- کاهش اثرات زیستمحیطی ناشی از استخراج گرافیت
ایمنی بیشتر، عملکرد بهتر در سرمای شدید
شرکت CATL اعلام کرده است که باتریهای سدیم-یون در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یون، خطر آتشسوزی کمتری دارند.
این شرکت همچنین اعلام کرده است که این باتریها حتی در دمای منفی ۴۰ درجه سانتیگراد نیز قادر به فعالیت هستند.
این ویژگیها میتواند باتریهای سدیم-یون را به گزینهای مناسب برای استفاده در شرایط آبوهوایی سخت، همچنین سامانههای ذخیرهسازی انرژی تبدیل کند.
چالشهای باتریهای سدیم-یون؛ چگالی انرژی هنوز پایینتر از لیتیوم-یون است
با وجود مزایای متعدد، باتریهای سدیم-یون همچنان با یک محدودیت مهم روبهرو هستند. مهمترین نقطه ضعف این فناوری، پایینتر بودن چگالی انرژی آن نسبت به باتریهای لیتیوم-یون است.
به همین دلیل، خودروهای برقی مجهز به باتریهای سدیم-یون در حال حاضر نمیتوانند به برد حرکتی خودروهایی که از باتریهای پیشرفته NMC (نیکل-منگنز-کبالت) استفاده میکنند، دست پیدا کنند.
چگالی انرژی باتریهای جدید CATL به چه میزان رسیده است؟
شرکت CATL اعلام کرده است باتریهای سدیم-یونی که برای تولید انبوه آماده کرده، به چگالی انرژی ۱۷۵ واتساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) رسیدهاند.
این شرکت همچنین اعلام کرد با ادامه تحقیقات و توسعه، هدف آن افزایش این عدد به ۲۰۰ واتساعت بر کیلوگرم است.
این سطح از عملکرد تقریباً معادل باتریهای لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) است که امروزه بهطور گسترده در خودروهای برقی و سامانههای ذخیرهسازی انرژی مورد استفاده قرار میگیرند.
با این حال، این میزان همچنان حدود دو سوم چگالی انرژی باتریهای پیشرفته لیتیوم-یون محسوب میشود.
رقیب واقعی باتریهای سدیم-یون کدام فناوری است؟
کارشناسان معتقدند در شرایط فعلی، رقیب اصلی باتریهای سدیم-یون، باتریهای پیشرفته NMC نیستند.
در واقع، این فناوری بیش از هر چیز با باتریهای LFP رقابت خواهد کرد؛ زیرا هر دو فناوری با هدف ارائه راهکاری اقتصادیتر برای خودروهای برقی، همچنین سامانههای ذخیرهسازی انرژی توسعه یافتهاند.
آیا باتریهای سدیم-یون واقعاً ارزانتر خواهند شد؟
شرکت CATL پیشبینی میکند هزینه تولید باتریهای سدیم-یون تا پایان سال ۲۰۲۶ به سطح باتریهای LFP برسد.
با این حال، همه کارشناسان با این ارزیابی موافق نیستند.
بسیاری از مؤسسات تحقیقاتی معتقدند باتریهای سدیم-یون در شرایط فعلی هنوز از ارزانترین باتریهای لیتیوم-یون نیز گرانتر هستند. علاوه بر این، هنوز مشخص نیست ظرفیت تولید انبوه این فناوری با چه سرعتی افزایش خواهد یافت.
پیشبینی Wood Mackenzie
شرکت تحقیقاتی Wood Mackenzie مستقر در بریتانیا برآورد میکند که برابری هزینه میان باتریهای سدیم-یون و باتریهای LFP احتمالاً تا سال ۲۰۳۵ محقق نخواهد شد.
نظر BloombergNEF
Evelina Stoikou، تحلیلگر حوزه باتری در BloombergNEF، تأکید میکند از آنجا که فناوری باتریهای سدیم-یون هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، تمام برآوردهای مربوط به هزینه تولید با دامنه قابل توجهی از عدم قطعیت همراه هستند.
دیدگاه شرکت Alsym
در مقابل، Mukesh Chatter، مدیرعامل استارتاپ آمریکایی Alsym، معتقد است استفاده از مواد اولیه ارزانتر باعث خواهد شد با افزایش مقیاس تولید، هزینه ساخت باتریهای سدیم-یون در نهایت از باتریهای LFP نیز کمتر شود.
جمعبندی
باتریهای سدیم-یون بهدلیل استفاده از مواد اولیه فراوان، هزینه بالقوه کمتر، ایمنی بالاتر، آثار زیستمحیطی محدودتر، بهعنوان یکی از مهمترین فناوریهای آینده صنعت باتری شناخته میشوند. هرچند این فناوری هنوز از نظر چگالی انرژی با پیشرفتهترین باتریهای لیتیوم-یون فاصله دارد، اما بسیاری از متخصصان معتقدند میتواند در حوزههایی مانند خودروهای برقی شهری، همچنین سامانههای ذخیرهسازی انرژی به جایگزینی جدی برای باتریهای LFP تبدیل شود.
با آغاز تولید انبوه توسط شرکتهایی مانند CATL، سالهای آینده نقش تعیینکنندهای در مشخص شدن جایگاه واقعی این فناوری در بازار جهانی باتری خواهد داشت.
سؤالات متداول
باتری سدیم-یون چیست؟
باتری سدیم-یون نوعی فناوری ذخیرهسازی انرژی است که بهجای لیتیوم از یونهای سدیم استفاده میکند و بهدلیل فراوانی مواد اولیه، هزینه بالقوه پایینتر و ایمنی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
مهمترین مزیت باتریهای سدیم-یون نسبت به لیتیوم-یون چیست؟
مهمترین مزیت این فناوری، استفاده از مواد اولیه ارزانتر و فراوانتر، همچنین ایمنی بیشتر و عملکرد مناسب در دماهای بسیار پایین است.
آیا باتریهای سدیم-یون جایگزین کامل باتریهای لیتیوم-یون خواهند شد؟
بر اساس اطلاعات موجود، کارشناسان این فناوری را در حال حاضر بیشتر رقیبی برای باتریهای LFP میدانند، نه جایگزینی کامل برای باتریهای پیشرفته NMC.
چه شرکتهایی روی باتریهای سدیم-یون سرمایهگذاری کردهاند؟
در متن به شرکتهای CATL و BYD بهعنوان سرمایهگذاران و توسعهدهندگان اصلی این فناوری اشاره شده است.
اگر به جدیدترین فناوریهای باتری، خودروهای برقی، تحول صنعت انرژی علاقهمند هستید، مطالب تخصصی ما را دنبال کنید تا از مهمترین نوآوریهای این حوزه مطلع بمانید.
منابع
منبع اصلی این مقاله، گزارش منتشرشده در Nature است که اطلاعات آن بر اساس اظهارات شرکت CATL، پژوهشگران Imperial College London، دانشگاه فناوری آیندهوون، تحلیلگران BloombergNEF، همچنین گزارشهای Wood Mackenzie تهیه شده است.
جمعبندی نهایی
ورود باتریهای سدیم-یون به مرحله تولید انبوه میتواند یکی از مهمترین تحولات صنعت ذخیرهسازی انرژی طی سالهای آینده باشد. فراوانی مواد اولیه، هزینه بالقوه پایینتر، ایمنی بیشتر، عملکرد مناسب در دماهای بسیار پایین از مهمترین مزیتهای این فناوری محسوب میشوند.
با این حال، پایینتر بودن چگالی انرژی نسبت به باتریهای پیشرفته لیتیوم-یون باعث شده است این فناوری فعلاً بیشتر بهعنوان جایگزینی برای باتریهای لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) مطرح شود، نه باتریهای NMC.
در صورت تحقق برنامههای شرکت CATL برای آغاز تولید انبوه تا پیش از پایان سال ۲۰۲۶، بازار جهانی باتری وارد مرحله تازهای از رقابت خواهد شد؛ رقابتی که میتواند هزینه تولید خودروهای برقی، سامانههای ذخیرهسازی انرژی را در سالهای آینده تحت تأثیر قرار دهد.
