Chińczycy przesuwają granice bezpieczeństwa baterii sodowych
Choć technologia sodowa od dawna jest postrzegana jako obiecująca alternatywa dla baterii litowo-jonowych, jej szerszą komercjalizację hamowały dotąd między innymi obawy o stabilność termiczną. Przełom, jakiego dokonał zespół naukowców z Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk, może zakończyć wątpliwości co do bezpieczeństwa tej technologii.
Badacze z Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk pod kierownictwem profesora Hu Yongshenga na łamach magazynu Nature Energy opisali stworzenie polimeryzowalnego, niepalnego elektrolitu (z ang. Polymerizable Non-flammable Electrolyte, PNE), który ma jako pierwszy na świecie całkowicie eliminować zjawisko ucieczki termicznej w ogniwach sodowych o pojemnościach stosowanych w skali przemysłowej.
Ograniczyć ryzyko jak najwcześniej
Kluczem do sukcesu jest przejście od pasywnych metod opóźniania zapłonu do aktywnego systemu blokowania procesów termicznych. Tradycyjne elektrolity niepalne zazwyczaj utrudniają pojawienie się ognia, ale nie zatrzymują gwałtownego wzrostu temperatury wewnątrz baterii. Rozwiązanie typu PNE działa natomiast jak inteligentny bezpiecznik chemiczny. Wykorzystuje ono fosforan trietylu (z ang. triethyl phosphat, TEP), który w momencie krytycznego przegrzania rozkłada się, uwalniając kwas fosforowy. Ten z kolei inicjuje natychmiastową polimeryzację in situ, zmieniając stan skupienia elektrolitu z płynnego w ciało stałe przy temperaturze przekraczającej 150 st. C. Powstała w ten sposób polimerowa bariera fizycznie izoluje od siebie elektrody, blokując mechaniczne i chemiczne oddziaływania między nimi oraz całkowicie hamując wydzielanie niebezpiecznych gazów redukcyjnych.
Skuteczność tej technologii została potwierdzona w rygorystycznych testach na komercyjnych ogniwach cylindrycznych o pojemnościach 1,45 Ah oraz 3,5 Ah. Baterie oparte na nowym elektrolicie pomyślnie przeszły test przebicia bez emisji dymu, ognia czy ryzyka wybuchu. Co więcej, ogniwa te zachowały pełną stabilność nawet w teście przy temperaturze 300 st. C., co dla tradycyjnych konstrukcji byłoby warunkiem prowadzącym do awarii.
Trwałość baterii sodowych
Niezwykle istotnym aspektem odkrycia jest trwałość ogniw sodowych w warunkach, które zazwyczaj niszczą standardowe baterie. Nowa bateria sodowa wykazuje wydajność w wysokich temperaturach. Podczas testów przy 60 st. C. ogniwa wytrzymały 700 cykli ładowania, zachowując 88,1 proc. pojemności pierwotnej. Przy tożsamych testach prowadzonych w temp. pokojowej wydajność po 700 cyklach wyniosła 85,7 proc. wartości nominalnej. Równie dobrze wygląda praca w mrozie. Przy temperaturze -20 st. C. bateria zachowała 92,6 proc. pojemności, a nawet w -40 st. C., wciąż oferowała 64,1 proc. swojej pojemności inicjalnej. Tak szeroki zakres temperatur pracy czyni tę technologię potencjalnie bardzo użyteczną dla magazynów energii pracujących w najbardziej wymagających klimatach globu.
Z perspektywy przemysłowej najważniejszą wiadomością jest fakt, że nowy system elektrolitu opiera się wyłącznie na powszechnie dostępnych, konwencjonalnych surowcach. Dzięki temu technologia zdaje się być ekonomicznie opłacalna i gotowa do szybkiego przeskalowania na potrzeby masowej produkcji.
Badacze podkreślają, że ich praca otwiera drogę do stworzenia nowej generacji systemów zasilania dla pojazdów elektrycznych i wielkoskalowych magazynów sieciowych, gdzie ryzyko pożaru zostanie zredukowane praktycznie do zera.
CATL zaczyna produkcję
To właśnie to odkrycie może stać się ostatecznym argumentem, który pozwoli technologii sodowej wyjść z cienia litu i stać się dominującym rozwiązaniem w bezpiecznej energetyce przyszłości. Warto przy tym jednocześnie wspomnieć, że pierwsze poważne kroki w kierunku wielkoskalowej komercjalizacji ogniw sodowo-jonowych postawił CATL, który jeszcze w tym roku zamierza uruchomić masową produkcję tego typu ogniw, wykorzystywanych do napędzania pojazdów elektrycznych oraz do budowy stacjonarnych magazynów energii.
Prawdopodobnie chiński gigant bateryjny rozwiązał najważniejsze problemy natury technicznej umożliwiające rozpoczęcie masowej produkcji, a w dalszych latach technologię tę będzie udoskonalać. Więcej na ten temat w artykule: Sodowo-jonowe magazyny energii w skali giga. Rekordowe zamówienie CATL.
Więcej informacji dotyczących odkrycia naukowców z Chin można przeczytać w artykule naukowym: “Thermal runaway-free ampere-hour-level Na-ion battery via polymerizable non-flammable electrolyte” opublikowanym w czasopiśmie Nature.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
