Čínsky gigant CATL predstavil výsledky svojho výskumu, vývoja a výroby Na-Ion batérií. Sodíkové batérie môžu spôsobiť zemetrasenie vo svete elektromobility.
Nová generácia sodíkovo-iónových batérií pod názvom CATL Naxtra je tým, na čo sme čakali dlhé roky – náhrada drahých lítiových batérií, ktoré sú navyše až extrémne neekologické.
Zatiaľ čo svet rieši environmentálne dopady ťažby lítia, grafitu a kobaltu (mimochodom, ak ste čítali článok kolegu spred pár rokov, viete, že len EÚ bude potrebovať stovky nových baní), CATL ide úplne iným smerom. Sodík je totiž chemický brat lítia – patrí do tej istej skupiny alkalických kovov, no na rozdiel od neho sa nachádza prakticky všade. Doslova.
Sodík je napríklad základným stavebným kameňom obyčajnej kuchynskej soli (NaCl), ktorú nájdeme v moriach, oceánoch a slaných jazerách v takých množstvách, že keby sa z toho dalo ťažiť auto na každého obyvateľa planéty, stále by nám ostalo obrovské množstvo sodíka na iné použitie (práve spomínaná soľ).
Odhaduje sa, že sodík je približne 1000-krát dostupnejší než lítium, a to takmer kdekoľvek na planéte. Teda aj tam, kde dnes žiadne ťažobné impérium nehrozí – čo z neho robí ideálnu surovinu pre skutočne masové a demokratické riešenia.
V praxi to znamená, že sodíkové batérie môžu byť výrazne lacnejšie než tie lítiové, keďže vstupné suroviny sú jednoduchšie a lacnejšie dostupné, bez potreby náročnej ťažby. Menšia záťaž na ekosystém neznamená len menej odpadu či menšiu uhlíkovú stopu, ale aj menej zničené územia, menej vody použitej pri extrakcii a menší geopolitický tlak na krajiny bohaté na nerasty.
CATL odhaduje, že výroba Na-Ion batérií môže byť až o 30 až 40 % lacnejšia, najmä vďaka nižším nákladom na suroviny a jednoduchšej logistike. Ak by lítium-iónová batéria do elektromobilu stála 5 000 €, ekvivalentná sodíková verzia by mohla vyjsť približne na 3 000 €. Takýto cenový rozdiel môže znamenať zníženie ceny elektromobilu o tisíce eur.
Ako vyzerá výroba Li-Ion batérie? Takto:
A čo je možno najdôležitejšie – ak sa sodík presadí ako plnohodnotná alternatíva, globálny trh s batériami sa môže otvoriť novým hráčom. Produkcia batérií by sa totiž nemusela sústreďovať len v krajinách s prístupom k lítium bohatým ložiskám, ale kdekoľvek, kde je prístup k soli – či už z morskej vody, slaných púští alebo priemyselných odpadov.
Čítate správne – ak sa sodík uchytí, z Číny sa možno nestane monopol, ale katalyzátor decentralizovanej revolúcie v batériách, ktorá by mohla zmeniť nielen technológiu, ale aj ekonomickú mapu sveta.
CATL Naxtra
CATL už v roku 2022 predstavila prvú generáciu sodíkovo-iónových batérií, čím naznačila svoj záujem o túto technológiu. Odvtedy pokračovala vo vývoji a vylepšovaní, čo vyústilo do súčasnej verzie Naxtra s vyššou energetickou hustotou a lepšími výkonovými parametrami.
CATL však teraz uviedla, že nové sodíkovo-iónové batérie Naxtra dosahujú energetickú hustotu 175 Wh/kg. Pre porovnanie, najčastejšie používané NMC (nikel-mangán-kobalt) batérie dosahujú hodnoty okolo 250-300 Wh/kg, pričom najpokročilejšie prototypy solid-state batérií prekračujú hranicu 400 Wh/kg. Proti nim NIB, alebo Na-Ion batérie nemajú šancu.
Na druhej strane oproti LFP (lítium-železo-fosfát) batériám, ktoré sa používajú v lacnejších elektromobiloch a úžitkových vozidlách, už áno. Ich energetická hustota sa pohybuje v pásme 160 až 180 Wh/kg – teda presne tam, kde sa momentálne nachádza sodíková technológia od CATL. Čo to znamená v praxi?
V malom mestskom elektromobile s efektívnou aerodynamikou a hmotnosťou pod 1 300 kg môže takáto batéria zabezpečiť dojazd približne 250 až 300 km na jedno nabitie. Pri väčších vozidlách alebo SUV sa dojazd zníži, no stále bude dostatočný pre každodenné potreby. To je síce menej než špičkové NMC batérie, no porovnateľné s bežnými LFP (lítium-železo-fosfátovými) článkami, ktoré dnes nájdete v množstve elektromobilov. Výhodou je, že cena článkov Na-Ion batérií by mala byť výrazne nižšia a tiež ich odolnosť voči teplotám.
A práve tu začína byť Naxtra zaujímavá. Batéria Naxtra si udrží až 93 % kapacity aj pri teplotách -30 až -40 °C. Navyše dokáže nabiť z 30 % na 80 % za 30 minút, a to aj v hlbokom mraze! Pre porovnanie – bežné lítium-iónové batérie v chlade výrazne strácajú výkon a nabíjanie je extrémne pomalé, často úplne neefektívne.
CATL tvrdí, že nová verzia sodíkovej batérie má potenciál dojazdu až 500 km (no iba podľa CLTC) a až 10 000 nabíjacích cyklov, čo dramaticky znižuje náklady na údržbu. Prvými elektromobilmi s touto batériou majú byť modely od čínskeho Chery. Automobilka Chery má totiž s CATL úzku spoluprácu a v roku 2025 sa práve modely iCar sa stanú prvými modelmi, ktoré dostanú produkčne nasadenú sodíkovo-iónovú batériu v sériovom aute.
Maximálna bezpečnosť
No to nie je všetko. CATL zároveň predstavil Freevoy Dual-Power Battery, inovatívnu architektúru, ktorá spája dve nezávislé chemické zóny v jednej batérii. Táto architektúra podporuje päťnásobnú duálnu funkcionalitu: dual high-voltage, dual low-voltage, dual structure, dual thermal management a dual thermal runaway protection. Výsledkom je vyššia stabilita, kontinuálne dodávanie energie a bezpečnosť aj v náročných podmienkach autonómnej jazdy. CATL ukázalo tri hlavné riešenia:
NCM-LFP/NCM-NCM batéria – dosahuje výkon vyše 1 MW a kapacitu do 180 kWh
Sodík-LFP batéria – kombinuje výhody sodíka v chlade a výdrž LFP článkov
LFP-LFP batéria – umožňuje dosah 1 000 km pri sedanoch
Tieto dve technológie sa v rámci batérie rozdelia na samostatné moduly, ktoré sú riadené sofistikovaným BMS (Battery Management System). Systém dynamicky určuje, kedy má ktoré články zaťažiť. Výhodou má byť nielen širší rozsah prevádzkových podmienok, ale aj vyššia stabilita celého systému. Nevýhodou môže byť zložitejšia logistika výroby a potreba optimalizovaného softvéru, ktorý dokáže riadiť dve rozdielne chémie s rôznou charakteristikou nabíjania, vybíjania a životnosti.
Cieľ je ale jednoduchý – získať výhody oboch technológií. LFP sú relatívne lacné a stabilné, sodík zas funguje v zime. Spolu môžu vytvoriť batériu, ktorá zvládne extrémne podmienky za rozumnú sumu. Ako už naznačil náš starší článok, sodíkové batérie, hoci na báze síry, majú veľký potenciál aj v stacionárnych úložiskách energie. Výskumné tímy už preukázali, že v porovnaní s klasickými lítium-iónovými batériami dokážu nové sodíkové batérie uložiť až 4-násobne viac energie v určitých aplikáciách, pri podobnej cene a vyššej bezpečnosti.
Pre elektroenergetiku je to dobrá správa. Sodík totiž nehorí ako lítium, nie je toxický a batérie z neho nevyžadujú špeciálnu manipuláciu či chladenie. Práve bezpečnosť je jednou z najväčších výhod sodíkovo-iónových batérií – pri ich poškodení nehrozí samovznietenie ako pri niektorých typoch lítium-iónových článkov, ktoré pri skrate alebo mechanickom poškodení môžu viesť k tzv. tepelnému úniku (thermal runaway).
Sodíkové články majú navyše vyšší bod vznietenia a neobsahujú horľavé elektrolyty v takom rozsahu, ako lítium-iónové batérie. Výsledkom je, že riziko požiaru je výrazne nižšie, čo z nich robí ideálnych kandidátov nielen pre domáce úložiská energie, ale aj pre aplikácie v blízkosti verejných priestorov, nemocníc či školských zariadení, kde je bezpečnosť na prvom mieste.
CATL si to uvedomovala už dávno – už v roku 2022 predstavila svoju prvú generáciu sodíkovo-iónových batérií, čím ukázala, že nejde o krátkodobý trend, ale o dlhodobú stratégiu. To, čo bolo v roku 2022 prototypom, je dnes realitou pripravenou na masové nasadenie, a to nielen v autách.
Sodíkové batérie majú ale svoje limity – ich najväčšou nevýhodou je stále relatívne nízka energetická hustota v porovnaní s NMC článkami, ktorá obmedzuje maximálny dojazd elektromobilov. Problémom je aj mierne vyššia hmotnosť a objem batériových článkov, čo znamená, že pri rovnakom dojazde musia mať vozidlá väčší priestor na batérie.
Výrobný proces sodíkových článkov je v princípe podobný ako pri lítiových, ale technológia ešte nie je optimalizovaná na masovú výrobu. Cena materiálov síce klesá, no náklady na vývoj, integráciu do existujúcich platforiem a prispôsobenie riadiacich systémov sú stále významné. Zlatý grál tu teda zatiaľ nemáme, no pre mestské vozidlá, mikroautá, hybridy, úžitkové vozidlá alebo stacionárne riešenia môžu byť zlatým stredom medzi cenou, výkonom a bezpečnosťou.
Zároveň ak si vezmeme do úvahy, že väčšina ľudí denne nenajazdí viac než 50 km, je úplne jedno, či v aute je LFP, NMC či SIB batéria. Podstatne dôležitejšie je, koľko bude elektromobil stáť (Na-Ion, resp. SIB by mala byť o 40 % lacnejšia). A tiež to, či bude fungovať v zime rovnako ako v lete a ako dlho vydrží. A tu má sodík veľkú budúcnosť.