Úvod

V posledních letech se ve světě skladování energie objevuje technologie, která má zásadně změnit rovnováhu: akumulace energie. sodíkové iontové baterie (SIB, sodíko-iontová baterie). Ačkoli je tato technologie experimentálně známá již desítky let, díky novým chemickým látkám, vylepšeným materiálům a výkonům, které jsou nyní srovnatelné s běžnými lithium-iontovými bateriemi, je konečně zralá pro komerční využití.

Společnost Heiwit je jedním z prvních výrobců v Evropě, kteří vyvinuli a ve velkém měřítku otestovali vysokokapacitní sodíko-iontovou baterii, která využívá články s vrstvenou oxidovou katodou nejnovější generace. V tomto technickém článku se podrobně podíváme na technologii SIB, porovnáme hlavní rodiny článků, které jsou dnes na trhu, vysvětlíme, proč jsme pro naše výrobky zvolili chemii vrstvených oxidů, a uvedeme skutečná data z našich článků, které jsou certifikovány pro průmyslové skladovací aplikace.

1. Co je sodíkový akumulátor

Sodíková baterie je dobíjecí elektrochemické zařízení, ve kterém sodíkový iont (Na+) hraje stejnou roli jako v lithiových bateriích, kde je obsazen lithiovým iontem (Li+). V obou technologiích se ionty během nabíjení a vybíjení pohybují mezi anodou a katodou a vytvářejí rozdíl potenciálů, který se využívá k získání elektrické energie.

Proč sodík?

• Sodík je hojně zastoupen (šestý nejrozšířenější prvek na Zemi, více než 1000krát více než lithium).

• Je rozšířeno všude (není závislé na strategické těžbě jako lithium).

• Nepředstavuje riziko nedostatku surovin ani spekulace s nimi.

• Snižuje náklady a volatilitu cen v celém dodavatelském řetězci.

2. Struktura sodíkové baterie

A sodíkové iontové baterie se v zásadě skládá ze stejných klíčových prvků jako Li-ion:

• Anoda (obvykle “tvrdý uhlík” získaný z biomasy)

• Katoda (k dispozici jsou různé chemické látky: vrstevnatý oxid, polyanionty, analogy pruské modři, oxidy manganu a železa atd.).

• Elektrolyty (kapalný roztok na bázi sodných solí v organickém rozpouštědle)

• Oddělovač (polymerní membrána)

Každý použitý materiál a chemie výrazně ovlivňuje výkon, bezpečnost, životnost a konečnou cenu baterie.

3. Hlavní katodové technologie v sodíkových bateriích

V současné době trh nabízí především tři hlavní skupiny článků SIB, z nichž každá má své přednosti a nedostatky:

3.1 Vrstvený oxid

Popis
Vrstvené oxidy (Layered Oxide) představují technologickou hranici SIB baterií. V této chemii se katoda skládá z oxidu kovu se střídavou vrstevnatou strukturou, do které se během nabíjecích a vybíjecích cyklů vkládají a odebírají ionty sodíku.

Příklady:

• NaNixCoyMnzO2 (různé varianty s Ni, Co, Mn)

• NaFeO2 a deriváty

Hlavní funkce

• Vysoká energetická hustota: dosahuje a překračuje 140 Wh/kg (některé modely až 160 Wh/kg).

• Vysoké cyklické trvání: až 6 000 cyklů (naše testované články).

• Dobrá tepelná stabilita

• Vynikající výkon i při nízkých teplotách

• Pracovní napětí podobné lithiovému (mezi 2,5 a 3,8 V nominálně)

• Nízké náklady, žádný kritický kov

3.2 Polyanionty (NASICON, Na3V2(PO4)3, NaFePO4, Na2Fe2(SO4)3 atd.).

Popis
Katody na bázi polyaniontových sloučenin, jako jsou fosforečnany, sírany nebo jiné sloučeniny, s velmi stabilní krystalovou strukturou.

Funkce

• Velmi dlouhé životní cykly

• Velmi vysoká tepelná bezpečnost

• Obecně nižší hustota energie (100-120 Wh/kg)

• Nižší pracovní napětí

Typická použitíZálohování, stacionární aplikace, telekomunikace.

3.3 Analogy pruské modři (PBA, hexakyanoželezitany)

Popis
Katody složené ze struktur podobných pruské modři (komplexní ferrokyanidy/metalokyanidy).

Funkce

• Nízkonákladové buňky

• Vynikající cyklická stabilita

• Vynikající výkon při nízkých teplotách

• Skromná hustota energie (80-110 Wh/kg)

• Omezené pracovní napětí

Typická použitívelkokapacitní a levné systémy.

4. Proč Heiwit používá vrstvené oxidové články?

Po dlouhé fázi výzkumu, testování a ověřování si společnost Heiwit vybrala produkt chemie vrstevnatých oxidů pro své sodíkové baterie sází na vysokokapacitní prizmatický článek vyrobený předním asijským dodavatelem, který je certifikován podle všech hlavních mezinárodních norem (UN 38.3, GB/T 31484/5/6, QB/T 2502-2000).

Důvody jsou různé:

• Skutečná hustota energie přes 140 Wh/kghodnota patří k nejvyšším ze všech v současnosti dostupných SIB.

• Životní cykly delší než 6 000 (s retencí >70%)To znamená, že baterie může být používána nejméně 15 až 20 let, a to i při každodenních cyklech.

• Vysoké zabezpečeníProchází všemi bezpečnostními testy (vibrace, rázy, zkrat, přetížení, protlačení atd.) bez rizika požáru nebo výbuchu.

• Vysoká kompatibilita se stávajícími systémy BMS a napětí podobné článkům LiFePO4, takže jejich dodatečná montáž je v mnoha aplikacích snadná.

• Vynikající výkon při nízkých teplotáchpřes 75% jmenovité kapacity již při teplotě -30 °C, což je ideální pro evropské trhy.

• Nepřítomnost kobaltu, niklu a lithiacelková udržitelnost.

5. Technické parametry článků Heiwit (Layered Oxide)

Data jsou získána z naší prizmatické buňky. NaFP71/173/204CY-210:

• Při -20 °C: kapacita > 60% jmenovité hodnoty

• Při -30 °C: kapacita > 75%

• Při -40 °C: kapacita > 60%

Bezpečnostní výkon

• Nehrozí nebezpečí požáru/výbuchu v důsledku: zkratu, přetížení, pádu, protlačení, tepelného šoku (testy proběhly podle norem UL1642 a GB380318).

Skutečná doba trvání

• 6 000 cyklů při 0,5C/0,5C, výdrž >70%

• I při hlubokých cyklech (DoD 90%)

6. Srovnání technologií SIB

6.1 Srovnávací tabulka

6.2 Výhody našich buněk

• Více energie na menším prostoruideální pro dodatečnou montáž nebo výměnu 1:1 s moduly LiFePO4.

• Životní cyklusvíce než 6000 cyklů znamená více než 15 let používání i v náročných podmínkách.

• Stabilita a bezpečnostNehrozí nebezpečí tepelného úniku ani v případě silného zneužití.

• Bez kobaltu, niklu a lithia100% “baterie budoucnosti”.

7. Mezinárodní certifikace a normy

Naše buňky splňují hlavní světové normy:

• OSN 38.3 (zabezpečení přepravy)

• GB/T 31484/5/6 (výkon a bezpečnost akumulátorů)

• QB/T 2502-2000 (obecné standardní lithiové baterie, kompatibilita)

• JBT 11137-2011 (sestava baterie)

Všechny články jsou testovány v reálných cyklech nabíjení/vybíjení, testuje se jejich odolnost vůči:

• Vibrace

• Mechanické nárazy

• Přebití/přebití vybití

• Zkrat

• Tepelný šok (až 130 °C)

• Vytlačování

• Volný pád z výšky 1 metr

8. Výkonnost sodíkových baterií Heiwit v reálných aplikacích

Díky vlastnostem vrstvených oxidových článků je náš sodíkové baterie jsou ideální pro:

• Stacionární úložné systémy (BESS, C&I, rozvodné sítě, obytné budovy)

• Integrace s fotovoltaickými systémy

• Mimo síť a mikrosíť

• Průmyslové aplikace náročné na cyklus

Hlavní výhody oproti lithiu jsou:

• Stabilita vůči hlubokým cyklůmSIB netrpí omezeními DoD (hloubka vybití), která mají LFP.

• Výkon při nízkých teplotáchlithium dramaticky klesne pod nulu, naše SIB si zachovávají větší kapacitu než 60% i při -20 °C.

• Udržitelnost a cenasodíkový iontový článek stojí méně za stejnou instalovanou kWh, nepodléhá cenovým šokům surovin.

• Zabezpečenížádné riziko úniku, žádný požár, a to ani v případě zkratu nebo rozdrcení.

9. Často kladené otázky o sodíkových bateriích

Jsou baterie SIB zaměnitelné s lithiovými bateriemi?
Ano, pracovní napětí a logika BMS jsou kompatibilní s moduly LiFePO4, což umožňuje dodatečnou montáž bez větších úprav.

Opravdu vydrží 6 000 cyklů?
Ano, všechny naše testy potvrdily vynikající výdrž baterie 70% po 6 000 kompletních cyklech, což je lepší než u mnoha lithiových baterií na současném trhu.

Jsou bezpečné?
Ano, prošly všemi mezinárodními bezpečnostními testy a nehrozí u nich nebezpečí požáru nebo výbuchu.

Kolik stojí ve srovnání s lithiem?
Již dnes jsou náklady na kWh zhruba o 20% nižší a s masovou výrobou budou dále klesat.

Trpí samovybíjením?
Ne, rychlost samovybíjení je podobná jako u nejlepších lithium-železo-fosfátových (LiFePO4) článků.

10. Proč si vybrat sodíkoiontovou baterii Heiwit?

Heiwit se rozhodl vsadit vše na tuto novou hranici:

• Sodíkové iontové baterie vyráběné a montované podle nejvyšších standardů kvality.

• Vrstvené oxidové články nejnovější generace, s nejlepšími parametry hustoty, trvanlivosti a bezpečnosti.

• Sídlo v Evropě a již fungují v reálných provozech

• Přímá technická podpora z naší výzkumné laboratoře

Jsme přesvědčeni, že sodíkové baterie představují budoucnost pro skladování energie, zejména v Evropě, kde je nyní strategickou prioritou udržitelnost dodavatelského řetězce a nezávislost na kritických surovinách.

11. Závěry

La sodíkové iontové baterie je již realitou: spolehlivý, vysoce výkonný, bezpečný a cenově dostupný. Vrstvené oxidové články vybrané společností Heiwit představují špičku pro ty, kteří hledají čistou energii a dlouhodobé skladování bez kompromisů.

Ať už jste instalatér, projektant skladovacích systémů, společnost, která touží po energii, nebo se prostě jen zajímáte o nové technologie, naše řešení jsou připravena na přechod na novou energetiku.
Kontaktujte nás a získejte podrobné datové listy, laboratorní testy, příklady instalace a specializované nabídky.

Heiwit: Budoucnost energie je v sodíkové baterii.