باتری‌های سدیم یون با استفاده از نمک، در حال تغییر قواعد بازی در صنعت خودروهای الکتریکی هستند. این فناوری که توسط غول‌هایی مثل CATL و بی‌وای‌دی پشتیبانی می‌شود، ارزان‌تر، پایدارتر و مقاوم‌تر در سرما است.
وقتی CATL، بزرگ‌ترین تولیدکننده باتری‌های لیتیوم یون جهان که ۴۰ درصد بازار را در اختیار دارد، اعلام کرد نیمی از آینده خود را به فناوری سدیم یون اختصاص می‌دهد، توجه همه به مادهٔ ساده‌ای بنام نمک جلب شد. امروزه باتری‌های لیتیوم یون در همه‌چیز از گوشی‌های هوشمند تا خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند، اما مشکلات آن‌ها مثل کمیابی، تأثیرات زیست‌محیطی و ناپایداری، صنعت را به سمت جایگزین‌های بهتر سوق داده است. سدیم یون که از نمک خوراکی (کلرید سدیم) بهره میبرد، در حال تبدیل شدن به اتفاقی بزرگ در دنیای باطری‌ها است.
چرا سدیم یون؟ مزایای نمک در باتری‌ها
سدیم در جدول تناوبی درست زیر لیتیوم قرار دارد و مثل آن، به‌راحتی الکترون از دست می‌دهد که آن را برای باتری‌ها ایده‌آل می‌کند؛ اما اتم‌های سدیم سنگین‌تر و بزرگ‌تر هستند که باعث کاهش چگالی انرژی می‌شود. باتری‌های سدیم یون فعلی ۱۶۰ تا ۲۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم انرژی ذخیره می‌کنند، درحالی‌که لیتیوم به ۳۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم می‌رسد. این یعنی باتری‌های سدیم یون برای خودروهای الکتریکی سنگین‌ترند و برد کمتری ارائه می‌دهند.
بااین‌حال، سدیم مزایای چشمگیری دارد:
- فراوانی بی‌نهایت: اقیانوس‌های زمین حدود ۱۸۰ میلیارد تن سدیم دارند درحالی‌که لیتیوم در مناطق محدودی مثل معادن آفریقا یافت می‌شود.
- تأثیر زیست‌محیطی کمتر: استخراج لیتیوم به آب زیادی نیاز دارد و در مناطق خشک، مشکلات زیست‌محیطی و اجتماعی ایجاد می‌کند. سدیم اما از آب دریا یا معادن نمک به‌راحتی استخراج می‌شود.
- هزینه پایین: سدیم بسیار ارزان است. بی‌وای‌دی پیش‌بینی می‌کند باتری‌های سدیم یون ۳۰ تا ۷۰ درصد ارزان‌تر از لیتیوم باشند که در صنعت خودرو، مزیت بزرگی خواهد بود.
عملکرد در سرما؛ برتری سدیم در زمستان
یکی از نقاط قوت باتری‌های سدیم یون، عملکرد عالی در دماهای پایین است. باتری‌های لیتیوم در دماهای کمتر از منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد دچار مشکل می‌شوند چون یون‌های لیتیوم روی آند رسوب می‌کنند که ظرفیت را کاهش داده و حتی خطرات ایمنی ایجاد می‌کند اما یون‌های سدیم به دلیل اندازه بزرگ‌تر و خواص شیمیایی متفاوت، این مشکل را ندارند.
CATL ادعا می‌کند نسل دوم باتری‌های سدیم-یون تا دمای منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد عملکرد قابل‌اعتمادی دارند. این برای مناطق سردسیر مثل شمال اروپا یا کانادا، تفاوت بزرگی است و برای ناوگان حمل‌ونقل، برد ثابت در تمام فصول را تضمین می‌کند. علاوه بر این، باتری‌های سدیم یون در دماهای بالا نیز پایداری حرارتی بهتری دارند و کمتر در معرض «فرار حرارتی» (خطر آتش‌سوزی) هستند. این ویژگی برای ذخیره‌سازی انرژی در مناطق گرم و مستعد آتش‌سوزی مثل استرالیا یا کالیفرنیا بسیار اهمیت دارد.
پیشرفت‌های تجاری
CATL و بی‌وای‌دی در خط مقدم توسعه سدیم-یون هستند. CATL باتری هیبریدی Freevoy را معرفی کرده که ترکیبی از سلول‌های لیتیوم و سدیم است و برای خودروهای الکتریکی با برد بلند طراحی شده است. نسل دوم باتری سدیم یون CATL که امسال عرضه می‌شود، چگالی انرژی بیش از ۲۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم خواهد داشت که فاصله با لیتیوم را کمتر می‌کند. بی‌وای‌دی هم در حال ساخت یک گیگافکتوری سدیم یون با ظرفیت ۳۰ گیگاوات ساعت در سال است که تا سال ۲۰۲۷ می‌تواند برای ۶۰۰ هزار خودروی الکتریکی باطری تولید کند.
نوآوری MIT: کاتد ارگانیک TAQ
محققان دانشگاه MIT ماده کاتدی ارگانیک به نام TAQ توسعه داده‌اند که می‌تواند چگالی انرژی سدیم یون را متحول کند. برخلاف کاتدهای سنتی که از فلزات کمیاب مثل کبالت و نیکل استفاده می‌کنند، TAQ از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن می‌کند که عناصری فراوان و ارزان هستند. این کاتد عملکردی مشابه کاتدهای کبالتی دارد اما هزینه آن یک‌سوم است. جالب اینجاست که این پروژه توسط لامبورگینی حمایت شده است.
چالش‌ها، موانع پیش روی سدیم
با وجود پیشرفت‌ها، سدیم یون با چالش‌هایی روبه‌روست:
- کاهش قیمت لیتیوم: قیمت لیتیوم در سه سال گذشته ۷۰ درصد کاهش یافته که مزیت اقتصادی سدیم را تضعیف کرده است.
- مقیاس تولید: تولیدکنندگان سدیم یون هنوز به تولید انبوه نرسیده‌اند و برای رقابت با لیتیوم به حجم تولید بیشتری نیاز دارند.
- مقاومت صنعت: زنجیره تأمین لیتیوم با سرمایه‌گذاری‌های کلان، باعث ایجاد مقاومت در برابر تغییر شده است.
این چالش‌ها باعث شد شرکت سوئدی نورث‌ولت که باتری سدیم یون امیدوارکننده‌ای را در سال ۲۰۲۳ معرفی کرد، به دلیل مشکلات مالی ورشکست شود.
نتیجه‌گیری
باتری‌های سدیم یون شاید لیتیوم را کاملاً کنار نزنند اما با هزینه پایین، پایداری زیست‌محیطی و عملکرد عالی در شرایط سخت، مکمل قدرتمندی هستند. حمایت غول‌هایی مثل CATL و بی‌وای‌دی نشان می‌دهد که این فناوری در آستانه تحولی بزرگ است. برای مصرف‌کنندگان، این یعنی خودروهای الکتریکی ارزان‌تر و قابل‌اعتمادتر و برای کره زمین راهی پایدارتر به‌سوی آینده‌ای پاک. بنابراین، دفعه بعد که نمکدان را برمی‌دارید، به این فکر کنید که شاید در حال لمس آینده انرژی جهان هستید.
پاندا
۷ اردیبهشت ۱۴۰۴امریکا و چین وقتی میبینن کشورهای که نمک زیاد دارن.
سلام بهونه قشنگ من🗿🎀