Záchrana elektromobility? Na-ion batérie vyriešia nielen nedostatok lítia

Podľa prognostikov majú v roku 2040 jazdiť po svetových cestách až tri miliardy elektromobilov, čo je problém. Pri súčasných technológiách by sa na výrobu batérií pre ne spotrebovali všetky dostupné zásoby lítia.

Prakticky všetky elektromobily dnes používajú lítium-iónové batérie. Ich výroba bola vždy drahá kvôli vysokým nákladom na lítium a ďalšie kovy (kobalt, mangán) použité v ich konštrukcii, ale pri súčasnom boome elektromobility a obmedzenej kapacite existujúcich lítiových baní, ich cena ďalej rastie.

Východiskom z tejto situácie môžu byť sodíkovo-iónové (sodium-ion) batérie (SIB, alebo tiež Na-ion). Sodík (natrium, Na) je v zemskej kôre bohato zastúpený. S podielom 2,36 % je šiestym najrozšírenejším prvkom na Zemi a dostupný je v podobe chloridu sodného aj v morskej vode. Naproti tomu podiel lítia v zemskej kôre sa odhaduje na 0,006 %.

SIB batérie sa dajú vyrábať prakticky identickými technológiami ako Li-ion batérie, takže nie je potrebné vyvíjať nové výrobné postupy. Ťažba sodíka je oproti lítiu lacná, rýchla a oveľa menej zaťažuje životné prostredie. SIB batérie navyše nepotrebujú ďalšie drahé suroviny, ako kobalt, preto sú vo finále lacnejšie ako, ako lítiové batérie.

Majú však jednu dôležitú nevýhodu. Sodík je ťažší ako lítium a sodíkové ióny sú zhruba 3x väčšie, ako lítiové, takže sa ťažšie pohybujú medzi anódou a katódou. Kladie to vyššie nároky na separátor, ale hlavne to znamená nižšiu energetickú hustotu SIB batérií.

Kým špičkové Li-ion batérie dnes dosahujú gravimetrickú hustotu energie viac ako 260 Wh/kg a lacnejšie LiFePO₄ batérie okolo 200 Wh/kg, sodíkovo-iónové batérie donedávna končili na úrovni 160 Wh/kg. Rok 2023 však bude zrejme prelomový, pretože čínsky batériový gigant CATL ohlásil SIB batérie 2. generácie s energetickou hustotou 200 Wh/kg.

Zároveň čínska jednotka v oblasti sodíkových batérií, HiNa Battery, dokonca v spolupráci s čínskou automobilkou JAC Group predstavila na druhej čínskej národnej konferencii o Na-ion batériách vo februári kompaktný elektromobil napájaný sodíkovými batériami. Päťmiestne elektrické vozidlo s názvom Hua Xianzi (kvetinová víla) má dojazd viac ako 249 km na jedno nabitie. Nie je to veľká sláva, ale pre menšie mestské auto to postačuje.

Sodíkovo-iónové batérie však majú oproti lítium iónovým aj viacero výhod. Na poprednom mieste je to dlhá životnosť, až 6 000 nabíjacích cyklov (pri najnovšej generácii). To v prípade elektromobilu, aj záložných batérií znamená prakticky doživotnú trvanlivosť. Ďalšou výhodou je odolnosť voči požiaru a v neposlednom rade aj oveľa nižšia strata kapacity pri nízkych teplotách. Majitelia súčasných elektromobilov dobre poznajú úskalia dojazdu v mrazivých podmienkach.

Sodno-iónové batérie neobsahujú lítium, meď, ani kobalt, vďaka čomu je ich výroba nezávislá od kritických surovín. Namiesto grafitu sa na anódy používa negrafitizovaný tvrdý uhlík, ktorý je takisto lacnejší a dá sa získavať aj z bioodpadu.

SIB batérie nie sú nejakou „laboratórnou senzáciou“, ktorú delia roky od komerčného nasadenia. Viacerí veľkí výrobcovia batérií vo svete (TOP 10 čínskych výrobcov nájdete tu) už spúšťajú ich hromadnú výrobu.

HiNa Battery už 10 rokov vyvíja dokonalejšie sodíkovo-iónové batérie pre autobusy, malé vozidlá a domáce úložiská energie. Vlani spustila prvú prevádzku na svete na hromadnú výrobu materiálov sodíkových batérií. Firma sa aktuálne zameriava na zlepšenie dizajnu a efektivity batérií, aby sa stali široko použiteľnou alternatívou voči Li-ion batériám.