Bevezetés

Az elmúlt években az energiatárolás világában egy olyan technológia jelent meg, amely gyökeresen megváltoztatja az egyensúlyt: a nátrium-ion akkumulátor (SIB, nátrium-ion akkumulátor). Bár ez a technológia már évtizedek óta ismert kísérletileg, az új kémiai eljárásoknak, az anyagfejlesztéseknek és a hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz hasonló teljesítménynek köszönhetően végre megérett a kereskedelmi forgalomba hozatalra.

A Heiwit Európában az első gyártók között van, amely nagy kapacitású nátriumion-akkumulátort fejlesztett ki és tesztelt nagy mennyiségben, és alkalmazza a következő módszereket cellák réteges oxid katóddal a legújabb generáció. Ebben a műszaki cikkben részletesen megvizsgáljuk a SIB-technológiát, összehasonlítjuk a jelenleg a piacon lévő főbb cellafamíliákat, elmagyarázzuk, miért választottuk termékeinkhez a réteges oxidkémia technológiát, és bemutatjuk az ipari tárolási alkalmazásokhoz tanúsított celláink tényleges adatait.

1. Mi az a nátrium-ion akkumulátor

A nátriumion-akkumulátor olyan újratölthető elektrokémiai eszköz, amelyben a nátriumion (Na+) ugyanazt a szerepet tölti be, mint a lítiumion-akkumulátorokban a lítiumion (Li+). Mindkét technológiában az ionok töltés és kisütés közben az anód és a katód között mozognak, potenciálkülönbséget generálva, amelyet elektromos energia előállítására használnak fel.

Miért nátrium?

• A nátrium nagy mennyiségben fordul elő (a 6. leggyakoribb elem a Földön, több mint 1000-szer több, mint a lítium).

• Mindenhol elterjedt (nem függ a stratégiai bányászattól, mint a lítium esetében).

• Nem áll fenn a nyersanyaghiány vagy a spekuláció veszélye.

• Csökkenti a költségeket és az áringadozást az egész ellátási láncban.

2. A nátrium-ion akkumulátor felépítése

A nátrium-ion akkumulátor elvileg ugyanazokból a kulcselemekből áll, mint a Li-ion:

• Anód (jellemzően biomasszából nyert “kemény szén”)

• Katód (különböző vegyületek állnak rendelkezésre: réteges oxid, polianionok, poroszkék analógok, mangán/vas-oxidok stb.).

• Elektrolit (nátriumsókon alapuló folyékony oldat szerves oldószerben)

• Elválasztó (polimer membrán)

Az egyes anyagok és vegyületek erősen befolyásolják az akkumulátor teljesítményét, biztonságát, tartósságát és végső költségét.

3. A nátrium-ion akkumulátorok fő katódtechnológiái

Ma a piac elsősorban három nagy SIB-cellacsaládot kínál, amelyek mindegyike rendelkezik saját előnyeivel és hiányosságaival:

3.1 Réteges oxid

Leírás
A réteges oxidok (réteges oxid) jelentik a SIB akkumulátorok technológiai határát. Ebben a vegyületben a katód egy váltakozó réteges szerkezetű fémoxidból áll, amelybe a töltési és kisütési ciklusok során nátriumionok kerülnek be és vonódnak ki.

Példák:

• NaNixCoyMnzO2 (különböző Ni, Co, Mn változatai)

• NaFeO2 és származékai

Fő jellemzők

• Nagy energiasűrűség: eléri és meghaladja a 140 Wh/kg-ot (egyes modellek akár 160 Wh/kg-ot is elérhetnek).

• Nagy ciklikus időtartam: akár 6000 ciklusig (tesztelt celláink)

• Jó hőstabilitás

• Kiváló teljesítmény még alacsony hőmérsékleten is

• Lítium-szerű üzemi feszültség (2,5 és 3,8 V névleges feszültség között)

• Alacsony költség, nincs kritikus fém

3.2 Polianionok (NASICON, Na3V2(PO4)3, NaFePO4, Na2Fe2(SO4)3 stb.).

Leírás
Polianionos vegyületeken, például foszfátokon, szulfátokon vagy más, nagyon stabil kristályszerkezetű vegyületeken alapuló katódok.

Jellemzők

• Nagyon hosszú életciklusok

• Nagyon magas termikus biztonság

• Általában alacsonyabb energiasűrűség (100-120 Wh/kg)

• Alacsonyabb üzemi feszültség

Tipikus felhasználási módokBiztonsági mentés, helyhez kötött alkalmazások, távközlés.

3.3 Poroszkék analógok (PBA, hexacianoferrátok)

Leírás
“Poroszkék”-szerű struktúrákból (komplex ferrocianidok/metallocianidok) álló katódok.

Jellemzők

• Alacsony költségű cellák

• Kiváló ciklikus stabilitás

• Kiváló teljesítmény alacsony hőmérsékleten

• Szerény energiasűrűség (80-110 Wh/kg)

• Korlátozott üzemi feszültség

Tipikus felhasználási módoknagy tárolókapacitású, alacsony költségű rendszerek.

4. Miért használ a Heiwit réteges oxid cellákat?

Hosszú kutatási, tesztelési és validálási fázis után Heiwit a réteges oxidok kémiája nátriumion-akkumulátoraihoz egy vezető ázsiai beszállító által gyártott, nagy kapacitású prizmaelemre támaszkodik, amely minden fontos nemzetközi szabványnak (UN 38.3, GB/T 31484/5/6, QB/T 2502-2000) megfelel.

Az okok sokrétűek:

• Több mint 140 Wh/kg valós energiasűrűséga jelenleg rendelkezésre álló SIB-ek közül az egyik legmagasabb érték.

• 6 000-nél nagyobb élettartamú ciklusok (>70% megtartással)Ezért az akkumulátor legalább 15-20 évig használható, még napi ciklusokban is.

• Magas biztonságMinden biztonsági vizsgálaton (rezgés, ütés, rövidzárlat, túlterhelés, extrudálás stb.) tűz- és robbanásveszély nélkül megfelel.

• Nagyfokú kompatibilitás a meglévő BMS-ekkel és a LiFePO4 cellákhoz hasonló feszültségek, így az utólagos felszerelés sok alkalmazásban egyszerű.

• Kiváló teljesítmény alacsony hőmérsékletentöbb mint 75% névleges kapacitás már -30°C-on, így ideális az európai piacokra.

• Kobalt, nikkel és lítium hiányateljes fenntarthatóság.

5. A Heiwit (réteges oxid) cellák műszaki paraméterei

Az adatokat a prizmatikus cellánkból nyertük ki. NaFP71/173/204CY-210:

• -20°C-on: névleges kapacitás > 60%

• -30°C-on: kapacitás > 75%

• -40°C-on: kapacitás > 60%

Biztonsági teljesítmény

• Nincs tűz/robbanásveszély: rövidzárlat, túlterhelés, leejtés, extrudálás, hősokk következtében (az UL1642 és GB380318 szerinti tesztek megfeleltek).

Tényleges időtartam

• 6000 ciklus 0,5C/0,5C, megtartás >70%

• Még mély kisütési ciklusok esetén is (DoD 90%)

6. A SIB-technológiák összehasonlítása

6.1 Összehasonlító táblázat

6.2 A celláink előnyei

• Több energia kevesebb helyentökéletes utólagos felszereléshez vagy LiFePO4 modulok 1:1 cseréjéhez.

• Életciklusa több mint 6000 ciklus több mint 15 éves használatot jelent, még stresszes körülmények között is.

• Stabilitás és biztonságNincs a termikus elszabadulás veszélye, még súlyos visszaélések esetén sem.

• Nulla kobalt, nikkel és lítium100% “a jövő akkumulátora”.

7. Nemzetközi tanúsítványok és szabványok

Celláink megfelelnek a legfontosabb globális szabványoknak:

• UN 38.3 (szállítási biztonság)

• GB/T 31484/5/6 (akkumulátorok teljesítménye és biztonsága)

• QB/T 2502-2000 (általános szabványos lítium akkumulátorok, kompatibilitás)

• JBT 11137-2011 (akkumulátor szerelvény)

Minden cellát valódi töltési/kisülési ciklusokon tesztelnek, ellenállást vizsgálnak:

• Vibrációk

• Mechanikus sokkhatások

• Túltöltés/túltöltés

• Rövidzárlat

• Hősokk (130°C-ig)

• Extrudálás

• Szabadesés 1 méterről

8. A Heiwit nátriumion akkumulátorok teljesítménye valós alkalmazásokban

A réteges oxid cellák jellemzőinek köszönhetően a mi nátrium-ion akkumulátorok ideálisak a következőkhöz:

• Helyhez kötött tárolórendszerek (BESS, C&I, hálózat, lakossági)

• Integráció fotovoltaikus rendszerekkel

• Hálózaton kívüli és mikrohálózat

• Ciklus-intenzív ipari alkalmazások

A lítiummal szembeni legfontosabb előnyei a következők:

• Stabilitás a mély ciklusokhozA SIB-ek nem szenvednek az LFP-k DoD (Depth of Discharge) korlátai miatt.

• Teljesítmény alacsony hőmérsékletenlítium drasztikusan nulla fok alá csökken, a mi SIB-jeink még -20°C-on is nagyobb kapacitást tartanak meg, mint a 60%.

• Fenntarthatóság és ára nátriumion-cella kevesebb költséggel jár ugyanannyi kWh-ért, és nem függ a nyersanyagár-sokkoktól

• Biztonságnincs kirobbanásveszély, nincs tűz, még rövidzárlat vagy összenyomás esetén sem.

9. Gyakran ismételt kérdések a nátrium-ion akkumulátorokról

A SIB-ek felcserélhetők a lítium akkumulátorokkal?
Igen, a működési feszültség és a BMS logika kompatibilis a LiFePO4 modulokkal, ami lehetővé teszi az utólagos felszerelést nagyobb módosítások nélkül.

Tényleg 6000 ciklust bírnak ki?
Igen, minden tesztünk megerősítette, hogy a 70% 6000 teljes ciklus után is kiválóan tartja a töltöttséget, ami sok, ma piacon lévő lítium akkumulátorhoz képest jobb.

Biztonságosak?
Igen, minden nemzetközi biztonsági vizsgálaton megfelelnek, és nem jelentenek tűz- vagy robbanásveszélyt.

Mennyibe kerülnek a lítiumhoz képest?
Az egy kWh-ra jutó költség már ma is körülbelül 20%-tal alacsonyabb, és a tömegtermeléssel tovább fog csökkenni.

Szenvednek önkisülésben?
Nem, az önkisülési sebesség hasonló a legjobb lítium-vas-foszfát (LiFePO4) cellákéhoz.

10. Miért válasszon Heiwit nátrium-ion akkumulátort?

Heiwit úgy döntött, hogy mindent feltesz erre az új határra:

• Nátrium-ion akkumulátor a legmagasabb minőségi szabványok szerint gyártják és szerelik össze

• Rétegezett oxid cellák a legújabb generáció, a sűrűség, a tartósság és a biztonság legjobb paramétereivel.

• Központja Európában van és már működőképes a valós üzemekben

• Közvetlen műszaki támogatás kutató laboratóriumunkból

Meggyőződésünk, hogy a nátrium-ion akkumulátorok jelentik az energiatárolás jövőjét, különösen Európában, ahol az ellátási lánc fenntarthatósága és a kritikus nyersanyagoktól való függetlenség ma már stratégiai prioritás.

11. Következtetések

La nátrium-ion akkumulátor már valóság: megbízható, nagy teljesítményű, biztonságos és megfizethető. A Heiwit által kiválasztott réteges oxidcellák jelentik a csúcsot azok számára, akik kompromisszumok nélkül tiszta energiát és hosszú távú tárolást keresnek.

Akár telepítő, akár tárolórendszer-tervező, akár energiaéhes vállalat, akár egyszerűen csak érdeklődik az új technológiák iránt, megoldásaink készen állnak az energiafordulatra.
Vegye fel velünk a kapcsolatot részletes adatlapokért, laboratóriumi tesztekért, beépítési példákért és dedikált ajánlatokért.

Heiwit: az energia jövője a nátriumion-akkumulátoron keresztül vezet.