Bezpieczne akumulatory sodowo-jonowe do odnawialnych źródeł energii i przemysłu
Akumulatory litowo-jonowe (LIB) zrewolucjonizowały przenośne urządzenia elektroniki użytkowej i są wykorzystywane w większości współczesnych pojazdów elektrycznych. Zasilają również urządzenia do transportu materiałów, takie jak małe wózki widłowe lub roboty przemysłowe, a także umożliwiają magazynowanie energii w zastosowaniach związanych z energią odnawialną. Z LIB wiążą się jednak liczne wyzwania, w tym dotyczące niestabilności łańcucha dostaw, której sprzyja gwałtownie rosnący popyt, bezpieczeństwa związanego z niekontrolowaną reakcją chemiczną zwaną ucieczką termiczną, która powoduje zapalenie się urządzenia, oraz niespójnych procesów recyklingu. Aby rozwiązać te problemy, finansowany przez UE projekt NAIMA przeprowadził z laboratorium do przemysłu obiecującą technologię akumulatorów sodowo (Na)-jonowych, alternatywę dla LIB, w dwóch bardzo udanych i aktualnych obszarach zastosowania: Przemyśle 4.0 i energii odnawialnej.
Zwiększanie skali i prototypowanie aktywnych materiałów
Zespół NAIMA opracował i udoskonalił materiały na anody, katody i elektrolit, w tym prekursory suchej biomasy do anod i tlenków polianionowych i warstwowych stanowiących aktywne materiały katodowe. Naukowcom udało się zwiększyć skalę ich produkcji z laboratoryjnej do przemysłowej, sięgającej kilku kilogramów. Koordynator projektu John Abou-Rjeily z TIAMAT tłumaczy: „Dostępność w UE surowców wymaganych do produkcji anod, katod i elektrolitu decyduje o wykonalności procesów produkcyjnych, a także przyczynia się do zwiększenia europejskiej niezależności w tej dziedzinie. Ponadto jony Na mogą być przechowywane przy napięciu 0 V, co chroni akumulatory przed zagrożeniami typowymi dla LIB”. „Wyprodukowaliśmy kilka kilogramów naszych surowców – jest to produkcja na skalę przemysłową – co pomogło w zbudowaniu prototypów dwóch różnych konfiguracji ogniw akumulatorów sodowo-jonowych: wysokiej gęstości mocy (związanej z tym, jak szybko urządzenie może się ładować i uwalniać energię) i wysokiej gęstości energii (będącej miarą tego, ile energii urządzenie może przechowywać)”, tłumaczy Abou-Rjeily. Pierwszy z prototypów osiągnął 100 watogodzin/kg (Wh/kg), a drugi 140 Wh/kg, co oznacza osiągi znacznie lepsze od pozostałych alternatywnych akumulatorów i szybko zbliżające się do obecnych ogniw LIB.
Przypadki użycia dotyczące Przemysłu 4.0 i wytwarzania energii odnawialnej
Wyprodukowano kilka zestawów akumulatorów Na-ion 48 V z ponad 500 ogniwami Na-ion NAIMA i najnowszej klasy systemem sterowania. Zostały one przetestowane w dwóch scenariuszach w różnych krajach europejskich. Zastosowanie dotyczące Przemysłu 4.0 ukierunkowane było na efektywne zarządzanie szczytowym zapotrzebowaniem na moc oraz na redukcję kosztów energii. Zastosowanie w zakresie energii odnawialnej pozwoliło zmniejszyć niestabilność dostarczania energii fotowoltaicznej lub wiatrowej. Wyniki testów pokazały, że technologia akumulatorów Na-ion jest solidną alternatywą dla LIB zarówno jeśli chodzi o energię odnawialną, jak i zastosowania przemysłowe. Akumulatory Na-ion są mniej skomplikowane, co ułatwia obsługę i konserwację, a także są odpowiednie do stosowania w pojazdach elektrycznych, gdzie mogą również działać wspólnie z LIB w konfiguracjach hybrydowych.
Akumulatory sodowo-jonowe przyspieszają europejską transformację energetyczną
Odznaczająca się doskonałymi parametrami technologia akumulatorów Na-ion przyczynia się do zwiększenia europejskiej niezależności technologicznej, a ponadto spełnia wszystkie wymagania w zakresie zrównoważonego rozwoju, ekoprojektu i gospodarki o obiegu zamkniętym. O korzystnym wpływie tych nowych akumulatorów na zrównoważony rozwój w porównaniu z LIB decyduje europejskie pochodzenie użytych do ich produkcji surowców, takich jak bioprekursory suchej biomasy, twardy węgiel i sole. „Oprócz zrównoważonego europejskiego łańcucha dostaw i przyjaznych dla środowiska materiałów warto wspomnieć o przyjętym przez nas podejściu na zasadach ekoprojektu, rozwoju produktu łączącym zrównoważony rozwój i strategie techniczne (LCA i LCC) oraz badaniu rzeczywistych zastosowań po recyklingu, w tym procesów ponownego użycia i ponownego montażu. Nasz indywidualnie dostosowany proces recyklingu pozwala na odzyskanie aż 51% surowców”, dodaje Abou-Rjeily. Współpraca projektu NAIMA z ponad 100 specjalistami z 15 różnych zakładów w dziewięciu krajach europejskich przyczynia się do budowy bezpiecznego, zrównoważonego i konkurencyjnego systemu energetycznego, którego technologia Na-ion może stać się podstawą.
Słowa kluczowe
NAIMA, energia, akumulator, energia odnawialna, akumulator Na-ion, akumulatory sodowo-jonowe, biomasa, ogniwo akumulatora, zestaw akumulatorów, polianionowe, akumulatory litowo-jonowe
