Terwijl lithium-ionbatterijen momenteel de voorkeurstechnologie voor energieopslag zijn, hebben universitaire onderzoekers de krachten gebundeld om natrium-ion te testen als potentiële concurrent, meldt Electronics Point. 

De opkomst van natrium-ionbatterijen (SIB's), ook bekend onder hun chemische formule Na-ion, “heeft groot potentieel als mogelijke ‘opvolger’ van LIB's: ze zijn goedkoop, milieuvriendelijk en hebben diverse belangrijke prestatie-indicatoren om aan een groot aantal verschillende toepassingen te voldoen”.

Hoewel SIB's het potentieel hebben om de dominante positie van de lithium-ionbatterij uit te dagen, merken de onderzoekers op dat er een aantal uitdagingen moet worden aangepakt, waaronder “de vorming van zoutkristallen, die zich opstapelen binnen de structuur van SIB's en deze uiteindelijk vernietigen”.

Enkele van de voordelen van natrium-ionbatterijen zijn:

•  Goedkoop

•  Milieuvriendelijk

• , Diverse belangrijke prestatie-indicatoren om aan een groot aantal verschillende toepassingen te voldoen.

Om het potentieel te testen, “is een team van deskundige wetenschappers op het gebied van Na-ion-technologie aan de University of Warwick, Engeland, samen met collega's van vooraanstaande instellingen in Duitsland, Frankrijk, Noorwegen en Spanje, bijeengekomen om de huidige status van Na-ion-technologie te beoordelen.”

 

Een afbeelding van een Na-ion (natrium-ion) batterij. Het midden van de afbeelding is voorzien van twee microscopiefoto's om de chemische samenstelling van de batterij weer te geven. Beeld: de University of Warwick via ScienceDirect.

 

De onderzoekers beschreven hun bevindingen in hun paper, ‘Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics’, gepubliceerd in het Journal of Power Sources op 18 september 2020.

Op natrium gebaseerde batterijen zijn er in verschillende vormen:

• NaO2 (natrium-lucht)

• Na/S (natrium-zwavelopslag).

 Naar verwachting groeit de markt voor natrium-ionbatterijen met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 5%, en het zijn vooral stationaire energieopslagtoepassingen waar Na-ion-batterijen het meeste potentieel hebben.

 

 

Een verzameling afbeeldingen die verschillende natriumgebaseerde batterijchemieën weergeven. Links op deze afbeelding staan enkele voorgestelde toepassingen van natrium-ionbatterijen, waaronder het aandrijven van elektrische voertuigen. Beeld: de University of Warwick.

 

Gelaagde oxiden, polyanionische verbindingen (afgeleid van het woord ‘polyanion’, wat een molecuul of chemisch complex betekent dat op meerdere plaatsen negatieve ladingen heeft) en Prussisch-blauw-analogen werden door de onderzoekers genoemd als de meest veelbelovende materialen voor positieve elektroden, naast titaniumgebaseerde oxiden, koolstof en legeringsverbindingen voor op insertie gebaseerde negatieve elektroden.

 “Op dit gebied hebben natrium-ionbatterijen het potentieel om de toekomstige markt te domineren, als het meest veelbelovende systeem om de kloof tussen energieproductie en -gebruik te overbruggen door de energievoorziening te waarborgen,”  verklaarde Ivana Hasa, co-auteur van het onderzoekspaper,  die toepassingen met hoog vermogen in elektrische voertuigen aanwijst als een mogelijke niche-toepassing voor SIB's. Ze wees er ook op dat meer werk nodig is “om de hoogspannings-, capaciteits-, levensduur- en efficiëntieprestaties van natrium-ionapparaten te verbeteren”.

Dit is goed nieuws voor de markt van energieopslagsystemen, waar een opvolger van Li-ion-technologie hard nodig is om de kosten te verlagen en de levensduur (cyclusduur) te verbeteren.