باتری سدیم یون چیست؟ آیا این فناوری شانسی در برابر رقبا دارد؟

باتری سدیم‌یونی محصولی ارزان‌تر و قدرتمندتر برای خودروهای برقی است که هنوز بلوغ لازم را برای ورود به صنعت ندارد.

شرکت باتری‌سازی چینی CATL قصد دارد به‌زودی از باتری‌های سدیم‌یونی خود که با نام SI یا Na+ هم شناخته می‌شوند، رونمایی کند؛ اما مزایای و معایب این باتری‌های تازه چیست و آیا می‌توانند جایگزین مناسبی برای نمونه‌های متداول‎‌تر لیتیوم‌یونی باشند؟ متخصصان حوزه باتری از مجموعه‌های «P3 Automotive» و «ZSW» توضیح می‌دهند.

پتانسیل بالا

شرکت کانتمپورری آمرپکس تکنولوژی یا همان CATL در زمینه ساخت پایه سلول باتری سدیم‌یونی پیشرفت چشمگیری داشته است. این مجموعه با استناد به تحقیقاتش، معتقد است که استفاده از سدیم می‌تواند هزینه‌های ساخت باتری را بار دیگر کاهش دهد. چینی‌ها در مراسم اعلام این رخداد به جزئیات طرح خود هم توجه کرده و سلول‌ها و سیتسم باتری را به نمایش گذاشتند. CATL برای جبران نقوص نسل نخست سلول‌های سدیم‌یون، از ترکیب سدیم‌یون و لیتیوم‌یون برای تهیه نخستین بسته باتری خود استفاده کرده است.

باتری‌ساز چینی اعلام کرده که چگالی انرژی باتری‌های سدیمی کنونی برابر ۱۶۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم است اما در نسل بعدی به بیش‌از ۲۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم خواهد رسید.

آنود سخت کربنی

دکتر «هِتزله»، یک متخصصان باتری از «ZSW»، می‌گوید:

احتمالا توسعه‌دهندگان CATL مشکلات شناخته‌شده سلول‌های سدیم‌یونی را حل کرده‌اند که مورد تازه‌ای نیست. برای نمونه، ۲۰ درصد گنجایش باتری در طول نخستین شارژ از دست می‌رود.

موفقیت شرکت چینی به‌خاطر رفع مشکل کربن آمورف در بخش آنود است که با نام کربن سخت نیز شناخته می‎‌شود؛ چراکه افت ظرفیت غیرقابل برگشت و قابلیت شارژ سریع دارد. تلاش CATL در حوزه مواد اولیه به نتیجه رسیده است که موجب ساخت نمونه‌های اولیه باتری‌ها و عقد قراردادهای گوناگون میان این شرکت و خودروسازان شده است.

هتزله در ادامه می‌گوید که مزیت اصلی فناوری یادشده آن است که از مواد اولیه کم‌هزینه در سراسر باتری استفاده شده است. نه‌تنها لیتیوم بلکه کاتودهای متداول فلزی مانند نیکل و کوبالت هم جایگزین شده‌اند. او تصور می‌کند که سدیم‌یون باوجود معایبی چون چگالی پایین انرژی، همچنان می‌تواند در انواع وسایل نقلیه با ابعاد و وزن‌های گوناگون مورداستفاده قرار گیرد؛ هتزله عنوان می‌کند که صنایع درصورتی به این مهم پی خواهند برد که هزینه‌ها و مزایای این فناوری را سبک‌سنگین کنند.

سدیم‌یون زودتر از آنچه وارد خودروهای برقی شود، به باتری‌های ایستگاه‌های ثابتی چون سیستم‌های خورشیدی ورود می‌کند چون چگالی انرژی در این محصولات نقش چندان اساسی ندارد. نتیجه این متخصص از این صحبت‌ها این است:

به نظر من CATL وارد فاز تولید انبوه خواهد شد چراکه با اختلاف زیاد مالک این بازار در چین به شمار می‌رود و هدف مسلم آن هم تبدیل شدن به قهرمان جهانی باتری است. چند صد دانشمند در مراکز تحقیقاتی این شرکت به‌صورت همزمان روی این فناوری کار می‌کنند که با توجه به ابعاد و شهرت CATL طبیعی است.

رقیبی دیگر به نام سلول LFP

شرکت مشاوره «P3» که کار بنچمارک و تست تمام باتری‌های بازار را انجام می‌دهد، دیدگاه دکتر هتزله و ZWS را تایید می‌کند. این شرکت می‌گوید که مزایای سدیم در برابر لیتیوم هنگام استفاده از آن‌ها در باتری‌ها شامل قدرت عملکردی شارژ و دشارژ بیشتر و امکان استفاده از قدرت بالاتر در محصولات کوچک‌تر و ایستگاه‌های ثابت است؛ هرچند که هنوز برای تعبیه در خودروها آمادگی لازم را ندارند. این مجموعه رقیب اصلی سدیم‌یون را در بخش چگالی انرژی، LFP (لیتیوم-آهن فسفات) می‌داند.

سلول‌های لیتیوم‌یون با کاتودهای نیکلی، کوبالتی و منگنزی به جز چند استثنای کوچک در خودروهای برقی استفاده می‌شوند و تمام انواع آن نیز ساختار کلی یکسانی دارند. کمتر از یک سال است که تسلا به استفاده باتری‌های لیتیوم-آهن فسفات مشغول شده است. این نوع شیمی سلول باتری به سازنده اجازه می‌دهد تا بسته‌بندی کوچک‌تر و قیمت بهتری داشته باشد و پایداری بیشتری هم در چرخه عمر خود دارد. اما از معایب آن می‌توان به گستره مسافت قابل‌پیمایش کمتر و عملکرد ضعیف در هوای سرد نام برد.

هنوز خبری از توسعه صنعتی نیست

به‌گفته مجموعه P3، سازندگان هنوز با بلوغ فناوری باتری‌های سدیم‌یون فاصله زیادی دارند چون طبق یک تحقیق تازه، این باتری‌ها کاربرد صنعتی ندارند. گویا هنوز هیچ‌یک از توسعه‌دهندگان تجاری باتری سدیم‌یونی به موفقیت دست نیافته است. اگر هم سدیم‌یون با وضعیت کنونی تجاری شود، ۱۰ تا ۲۰ درصد هزینه بیشتری را نسبت‌به LFP روی دوش سازنده خواهد گذاشت. P3 معتقد است که استفاده این باتری‌ها در خودروهای آینده ممکن است اما فعلا تمرکز روی ایستگاه شارژ ثابت است.

تجهیز فرایند تولید کنونی

به احتمال زیاد، باتری‌های سدیم‌یون زودتر از باتری‌های افسانه‌ای حالت جامد آماده ورود به بازار شوند. با این وجود کسی درباره قیمت احتمالی این محصولات سخن به میان نمی‌آورد. در حالت خوش‌بینانه می‌توان تصور کرد که در باتری سدیم‌یونی، هزینه هر کیلووات ساعت انرژی برابر ۳۰ دلار باشد.

CATL احتمالا به‌عنوان پیشتاز سازندگان باتری‌های سدیم‌یونی پس از ۲۰۲۳ کار تولید انبوه خود را آغاز کند؛ درحالی‌که در کشورهایی چون آلمان، باتری‌های LFP راه خود را به خودروهای برقی بیشتری باز می‌کنند. باتری‌های سدیم‌یونی می‌توانند پس از سال ۲۰۲۵ و با شعار هماهنگی بیشتر با محیط‌زیست، هزینه کمتر و عملکرد بهتر رقیب جدی فناوری LFP شوند. سرانجام تمام صنعت حمل‌ونقل برقی روی کاهش هزینه‌ها تمرکز دارد. حال دیدگاه شما درباره باتری‌های سدیم‌یونی چیست؟ آیا این فناوری درصورت ورود هم شانسی برای ادامه حیات خود  در کنار باتری‌های حالت جامد دارد؟