Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια, στον κόσμο της αποθήκευσης ενέργειας έχει εμφανιστεί μια τεχνολογία που προορίζεται να αλλάξει ριζικά τις ισορροπίες: η μπαταρία ιόντων νατρίου (SIB, μπαταρία ιόντων νατρίου). Αν και η τεχνολογία αυτή είναι γνωστή πειραματικά εδώ και δεκαετίες, είναι τελικά ώριμη για εμπορική αξιοποίηση χάρη στις νέες χημικές μεθόδους, τις βελτιώσεις των υλικών και τις επιδόσεις που είναι πλέον συγκρίσιμες με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Η Heiwit είναι από τους πρώτους κατασκευαστές στην Ευρώπη που ανέπτυξε και δοκίμασε σε μεγάλη κλίμακα μια μπαταρία ιόντων νατρίου υψηλής χωρητικότητας, υιοθετώντας κυψέλες με κάθοδο οξειδίου στρώματος της τελευταίας γενιάς. Σε αυτό το τεχνικό άρθρο, εξετάζουμε σε βάθος την τεχνολογία SIB, συγκρίνουμε τις κύριες οικογένειες κυψελών που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά, εξηγούμε γιατί επιλέξαμε τη χημεία στρωματοποιημένου οξειδίου για τα προϊόντα μας και παρουσιάζουμε πραγματικά δεδομένα από τις κυψέλες μας, οι οποίες είναι πιστοποιημένες για βιομηχανικές εφαρμογές αποθήκευσης.

1. Τι είναι η μπαταρία ιόντων νατρίου

Η μπαταρία ιόντων νατρίου είναι μια επαναφορτιζόμενη ηλεκτροχημική συσκευή στην οποία το ιόν νατρίου (Na+) παίζει τον ίδιο ρόλο όπως και στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που καταλαμβάνεται από το ιόν λιθίου (Li+). Και στις δύο τεχνολογίες, τα ιόντα κινούνται μεταξύ ανόδου και καθόδου κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, δημιουργώντας διαφορά δυναμικού που χρησιμοποιείται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας.

Γιατί νάτριο;

• Το νάτριο είναι άφθονο (το 6ο πιο άφθονο στοιχείο στη Γη, πάνω από 1000 φορές περισσότερο από το λίθιο).

• Διανέμεται παντού (δεν εξαρτάται από στρατηγική εξόρυξη όπως το λίθιο).

• Δεν ενέχει κίνδυνο έλλειψης ή κερδοσκοπίας σε πρώτες ύλες.

• Μειώνει το κόστος και τη μεταβλητότητα των τιμών σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού.

2. Δομή μιας μπαταρίας ιόντων νατρίου

A μπαταρία ιόντων νατρίου αποτελείται, κατ' αρχήν, από τα ίδια βασικά στοιχεία με ένα Li-ion:

• Άνοδος (συνήθως “σκληρός άνθρακας” που λαμβάνεται από βιομάζα)

• Κάθοδος (διατίθενται διάφορες χημικές ουσίες: πολυστρωματικό οξείδιο, πολυανιόντα, ανάλογα του μπλε της Πρωσίας, οξείδια μαγγανίου/σιδήρου κ.λπ.)

• Ηλεκτρολύτες (υγρό διάλυμα με βάση άλατα νατρίου σε οργανικό διαλύτη)

• Διαχωριστής (πολυμερής μεμβράνη)

Κάθε υλικό και χημεία που υιοθετείται επηρεάζει σημαντικά την απόδοση, την ασφάλεια, την αντοχή και το τελικό κόστος της μπαταρίας.

3. Οι κύριες τεχνολογίες καθόδου στις μπαταρίες ιόντων νατρίου

Σήμερα, η αγορά προσφέρει κυρίως τρεις μεγάλες οικογένειες κυψελών SIB, η καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα και ελλείψεις:

3.1 Στρωμένο οξείδιο

Περιγραφή
Τα πολυστρωματικά οξείδια (Layered Oxide) αποτελούν το τεχνολογικό σύνορο των μπαταριών SIB. Σε αυτή τη χημεία, η κάθοδος αποτελείται από ένα μεταλλικό οξείδιο με εναλλασσόμενη δομή στρωμάτων, στο οποίο εισάγονται και εξάγονται ιόντα νατρίου κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης.

Παραδείγματα:

• NaNixCoyMnzO2 (διάφορες παραλλαγές με Ni, Co, Mn)

• NaFeO2 και παράγωγα

Κύρια χαρακτηριστικά

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα: φτάνει και ξεπερνά τα 140 Wh/kg (ορισμένα μοντέλα φτάνουν τα 160 Wh/kg)

• Υψηλή κυκλική διάρκεια: έως και 6.000 κύκλους (οι δοκιμασμένες κυψέλες μας)

• Καλή θερμική σταθερότητα

• Εξαιρετική απόδοση ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες

• Τάση λειτουργίας που μοιάζει με λιθίου (μεταξύ 2,5 και 3,8 V ονομαστικά)

• Χαμηλό κόστος, χωρίς κρίσιμο μέταλλο

3.2 Πολυανιόντα (NASICON, Na3V2(PO4)3, NaFePO4, Na2Fe2(SO4)3 κ.λπ.).

Περιγραφή
Κάθοδοι με βάση πολυανιονικές ενώσεις, όπως φωσφορικά, θειικά ή άλλες ενώσεις, με πολύ σταθερή κρυσταλλική δομή.

Χαρακτηριστικά

• Πολύ μεγάλοι κύκλοι ζωής

• Πολύ υψηλή θερμική ασφάλεια

• Γενικά χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (100-120 Wh/kg)

• Χαμηλότερη τάση λειτουργίας

Τυπικές χρήσειςΔημιουργία αντιγράφων ασφαλείας, σταθερές εφαρμογές, τηλεπικοινωνίες.

3.3 Ανάλογα του μπλε της Πρωσίας (PBA, εξακυανοφερικά άλατα)

Περιγραφή
Κάθοδοι που αποτελούνται από δομές που μοιάζουν με το “μπλε της Πρωσίας” (σύνθετα σιδηροκυανίδια/μεταλλοκυανίδια).

Χαρακτηριστικά

• Κύτταρα χαμηλού κόστους

• Εξαιρετική κυκλική σταθερότητα

• Εξαιρετική απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες

• Μέτρια ενεργειακή πυκνότητα (80-110 Wh/kg)

• Περιορισμένη τάση λειτουργίας

Τυπικές χρήσειςμεγάλη αποθήκευση, συστήματα χαμηλού κόστους.

4. Γιατί η Heiwit χρησιμοποιεί κυψέλες οξειδίου του στρώματος

Μετά από μια μακρά φάση έρευνας, δοκιμών και επικύρωσης, η Heiwit επέλεξε το χημεία πολυεπίπεδων οξειδίων για τις μπαταρίες ιόντων νατρίου, βασιζόμενη σε πρισματικό στοιχείο υψηλής χωρητικότητας που παράγεται από κορυφαίο ασιατικό προμηθευτή, πιστοποιημένο σύμφωνα με όλα τα σημαντικά διεθνή πρότυπα (UN 38.3, GB/T 31484/5/6, QB/T 2502-2000).

Οι λόγοι είναι πολλαπλοί:

• Πραγματική ενεργειακή πυκνότητα άνω των 140 Wh/kgτιμή μεταξύ των υψηλότερων όλων των διαθέσιμων σήμερα SIB.

• Κύκλοι ζωής μεγαλύτεροι από 6.000 (με διατήρηση >70%)Αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τουλάχιστον 15 έως 20 χρόνια ακόμη και σε καθημερινούς κύκλους.

• Υψηλή ασφάλειαΠερνάει όλες τις δοκιμές ασφαλείας (δόνηση, κρούση, βραχυκύκλωμα, υπερφόρτωση, εξώθηση κ.λπ.) χωρίς κίνδυνο πυρκαγιάς ή έκρηξης.

• Υψηλή συμβατότητα με τα υπάρχοντα BMS και τάσεις παρόμοιες με τις κυψέλες LiFePO4, οπότε η μετασκευή είναι εύκολη σε πολλές εφαρμογές.

• Εξαιρετική απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίεςπάνω από 75% ονομαστικής χωρητικότητας ήδη στους -30°C, επομένως ιδανικά για τις ευρωπαϊκές αγορές.

• Απουσία κοβαλτίου, νικελίου και λιθίουσυνολική βιωσιμότητα.

5. Τεχνικές παράμετροι των κυψελών Heiwit (Layered Oxide)

Τα δεδομένα εξάγονται από το πρισματικό μας κύτταρο NaFP71/173/204CY-210:

• Στους -20°C: χωρητικότητα > 60% της ονομαστικής

• Σε -30°C: χωρητικότητα > 75%

• Σε -40°C: χωρητικότητα > 60%

Επιδόσεις ασφάλειας

• Δεν υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς/έκρηξης λόγω: βραχυκυκλώματος, υπερφόρτωσης, πτώσης, εξώθησης, θερμικού σοκ (οι δοκιμές έχουν περάσει σύμφωνα με τα πρότυπα UL1642 και GB380318).

Πραγματική διάρκεια

• 6.000 κύκλοι σε 0,5C/0,5C, διατήρηση >70%

• Ακόμη και με βαθιούς κύκλους φόρτισης (DoD 90%)

6. Σύγκριση τεχνολογιών SIB

6.1 Συγκριτικός πίνακας

6.2 Πλεονεκτήματα των κυττάρων μας

• Περισσότερη ενέργεια σε λιγότερο χώροιδανικό για μετασκευή ή αντικατάσταση 1:1 με μονάδες LiFePO4.

• Κύκλος ζωήςπερισσότεροι από 6000 κύκλοι σημαίνουν περισσότερα από 15 χρόνια χρήσης, ακόμη και υπό στρεσογόνες συνθήκες.

• Σταθερότητα και ασφάλειαΔεν υπάρχει κίνδυνος θερμικής διαφυγής, ακόμη και σε περίπτωση σοβαρής κακομεταχείρισης.

• Μηδενικό κοβάλτιο, νικέλιο και λίθιο100% “μπαταρία του μέλλοντος”.

7. Διεθνείς πιστοποιήσεις και πρότυπα

Οι κυψέλες μας συμμορφώνονται με τα κύρια παγκόσμια πρότυπα:

• UN 38.3 (ασφάλεια μεταφοράς)

• GB/T 31484/5/6 (απόδοση και ασφάλεια μπαταριών αποθήκευσης)

• QB/T 2502-2000 (γενικές τυποποιημένες μπαταρίες λιθίου, συμβατότητα)

• JBT 11137-2011 (συγκρότημα μπαταρίας)

Όλες οι κυψέλες δοκιμάζονται σε πραγματικούς κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης, ελέγχονται για αντοχή σε:

• Δονήσεις

• Μηχανικοί κραδασμοί

• Υπερφόρτιση/υπερεκφόρτιση

• Βραχυκύκλωμα

• Θερμικό σοκ (έως 130°C)

• Εξώθηση

• Ελεύθερη πτώση από 1 μέτρο

8. Απόδοση μπαταριών ιόντων νατρίου Heiwit σε πραγματικές εφαρμογές

Χάρη στα χαρακτηριστικά των κυψελών οξειδίου με στρώματα, οι μπαταρίες ιόντων νατρίου είναι ιδανικά για:

• Σταθερά συστήματα αποθήκευσης (BESS, C&I, δίκτυο, κατοικίες)

• Ενσωμάτωση με φωτοβολταϊκά συστήματα

• Εκτός δικτύου και μικροδίκτυο

• Βιομηχανικές εφαρμογές έντασης κύκλου

Τα βασικά πλεονεκτήματα έναντι του λιθίου είναι:

• Σταθερότητα σε μεγάλους κύκλουςΤα SIB δεν πάσχουν από τους περιορισμούς DoD (βάθος εκφόρτισης) των LFP.

• Απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίεςτο λίθιο πέφτει δραματικά κάτω από το μηδέν, τα SIB μας διατηρούν μεγαλύτερη χωρητικότητα από το 60% ακόμη και στους -20°C

• Βιωσιμότητα και τιμήη κυψέλη ιόντων νατρίου κοστίζει λιγότερο για την ίδια εγκατεστημένη kWh, δεν υπόκειται σε διακυμάνσεις των τιμών των πρώτων υλών

• Ασφάλειαδεν υπάρχει κίνδυνος διαφυγής, ούτε πυρκαγιά, ακόμη και σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή σύνθλιψης

9. Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις μπαταρίες ιόντων νατρίου

Είναι εναλλάξιμες οι μπαταρίες SIB με τις μπαταρίες λιθίου;
Ναι, η τάση λειτουργίας και οι λογικές BMS είναι συμβατές με τις μονάδες LiFePO4, γεγονός που επιτρέπει την εκ των υστέρων τοποθέτηση χωρίς σημαντικές τροποποιήσεις.

Διαρκούν πραγματικά 6.000 κύκλους;
Ναι, όλες οι δοκιμές μας επιβεβαίωσαν την ανώτερη διατήρηση της 70% μετά από 6.000 πλήρεις κύκλους, η οποία είναι ανώτερη από πολλές μπαταρίες λιθίου που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά.

Είναι ασφαλείς;
Ναι, περνούν όλες τις διεθνείς δοκιμές ασφαλείας, χωρίς κίνδυνο πυρκαγιάς ή έκρηξης.

Πόσο κοστίζουν σε σύγκριση με το λίθιο;
Ήδη σήμερα, το κόστος ανά kWh είναι περίπου 20% χαμηλότερο και θα μειωθεί περαιτέρω με τη μαζική παραγωγή.

Υποφέρουν από αυτοεκφόρτιση;
Όχι, ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης είναι παρόμοιος με αυτόν των καλύτερων κυψελών φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LiFePO4).

10. Γιατί να επιλέξετε μια μπαταρία ιόντων νατρίου Heiwit

Ο Heiwit επέλεξε να ποντάρει τα πάντα σε αυτό το νέο σύνορο:

• Μπαταρία ιόντων νατρίου παράγονται και συναρμολογούνται σύμφωνα με τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας

• Κυψέλες οξειδίου στρώματος τελευταίας γενιάς, με τις καλύτερες παραμέτρους πυκνότητας, αντοχής και ασφάλειας

• Έδρα στην Ευρώπη και ήδη λειτουργούν σε πραγματικές εγκαταστάσεις

• Άμεση τεχνική υποστήριξη από το ερευνητικό μας εργαστήριο

Είμαστε πεπεισμένοι ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου αντιπροσωπεύουν το μέλλον για την αποθήκευση ενέργειας, ιδίως στην Ευρώπη, όπου η βιωσιμότητα της αλυσίδας εφοδιασμού και η ανεξαρτησία από κρίσιμες πρώτες ύλες αποτελούν πλέον στρατηγική προτεραιότητα.

11. Συμπεράσματα

La μπαταρία ιόντων νατρίου είναι ήδη πραγματικότητα: αξιόπιστο, υψηλής απόδοσης, ασφαλές και προσιτό. Οι κυψέλες οξειδίου στρώματος που επιλέχθηκαν από την Heiwit αντιπροσωπεύουν την κορυφή της σειράς για όσους αναζητούν καθαρή ενέργεια και αποθήκευση μεγάλης διάρκειας ζωής χωρίς συμβιβασμούς.

Είτε είστε εγκαταστάτης, είτε σχεδιαστής συστημάτων αποθήκευσης, είτε εταιρεία που διψάει για ενέργεια, είτε απλά ενδιαφέρεστε για τις νέες τεχνολογίες, οι λύσεις μας είναι έτοιμες για την ενεργειακή μετάβαση.
Επικοινωνήστε μαζί μας για λεπτομερή δελτία δεδομένων, εργαστηριακές δοκιμές, παραδείγματα εγκατάστασης και ειδικές προσφορές.

Heiwit: το μέλλον της ενέργειας περνάει μέσα από την μπαταρία ιόντων νατρίου.