Enerji

Anodssuz Sodyum Katı Hal Piller, ‘Lityum Üçgeni’ne Bağımlılığı Azaltabilir

mm
Yayınlandı
Güncellendi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Açıklama: Securities.io, incelediğimiz ürünlerin bağlantılarını kullandığınızda ücret alabilir. Bu, editoryal değerlendirmelerimizi etkilemez. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz; bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Bağlı kuruluş açıklamamızı okuyun.

Bir Pil Yapmanın Birçok Yolu

Battery makers are constantly innovating in a race to make the best technology.  In recent years, this has been driven by the incentive to capture the ever-growing EV market and the nascent but even quicker-growing utility-scale battery market.

Once built on lithium-ion technology, batteries are looking beyond this design to solve the issues of Li-ion: too expensive, using rare metals, fire risks, etc.

Bu alternatiflerden biri sodyum iyon olup, lityum yerine sodyum kullanır ancak daha düşük enerji yoğunluğu maliyetine sahiptir.

Diğer bir alternatif katı hal pilleridir. Elektrolit ihtiyacını ortadan kaldırarak, daha yoğun olabilir ve bu sayede aynı EV performansı için daha azına ihtiyaç duyulur. Katı hal piller ayrıca çok daha hızlı şarj olmalıdır.

Diğer daha cesur yaklaşımlar sadece kimyayı değil, pilin yapısını da değiştirir. Özellikle, anodssuz piller pilin bir parçasını tamamen ortadan kaldırır.

Araştırmacılar şimdi bu yaklaşımları birleştirmeye bakıyor, özellikle dünyanın ilk anodssuz sodyum katı hal pil tasarımının yakın zamanda yayınlanmasıyla.

Anodssuz Sodyum Katı Hal Pil

Yayınlandı in Nature Energy under the title ”Design principles for enabling an anode-free sodium all-solid-state battery“, the researchers from the University of California and University of Chicago have not only created a solid-state battery, but one using sodium instead of lithium, and without even an anode.

Sodyum Pili

Sodium is a very abundant ion, virtually in unlimited amounts in the ocean, 1,000x more abundant on Earth’s crust than lithium. This makes it a very good alternative to lithium.

It is important because lithium is hitting several limitations due to the EV boom:

  • Çok pahalıdır, bu da elektrifikasyonu kendisini çok pahalı hâle getirir.
  • Çıkarılması çevreye zarar verir.
  • Dünyada sadece birkaç yerde üretilir ve çoğunlukla Çin’de rafine edilir, bu da jeopolitik risklere yol açar.

Because it is so omnipresent and abundant, it is very unlikely that sodium will ever experience the price instability and shortage that lithium experienced in the last years.

The issue is that sodium batteries are usually not really dense enough to compete with lithium-based batteries, except for low-price EV models.

Anodssuz Pil

Normally, a battery has an anode that stores the ions while the battery is charging. They then flow back toward the cathode when the battery is releasing its energy.

Anodssuz piller ise iyonları, akım toplayıcı üzerine doğrudan alkali metalin elektrokimyasal birikiminde depolar.

This allows for higher cell voltage, lower cell cost, and increased energy density.

The issue with an anode-free design is that the current collector tends to see a deposit build-up from the liquid electrolyte, leading to damaging the battery.

Katı Hal Pil

Solid-state batteries have long been expected to be the “final” form of battery-based energy storage, especially for applications requiring very high-density mobility.

Elektrolitin kaldırılması toplam pil ağırlığını azaltır ve pili çok hızlı şarj ve deşarj eder.

The issue with these designs is usually to manage to have a solid enough system, as metals tend to swell when charging.

In addition, the issue of growing dendrites that can create shortcuts (and therefore fire) is always looming in the background, like with lithium-ion batteries.

Anodssuz Sodyum Katı Hal

In the context of an anode-free design, an additional issue is that a classical solid electrolyte cannot properly interact with the current collector.

The researchers solved this issue by using aluminum powder as a current collector, which is a solid that can flow like a liquid.

Birçok fayda

By being solid, the aluminum electrolyte also prevents the formation of dendrites, the main cause of too short lifespan of solid-state batteries.

Ayrıca stabil bir arayüz sağlar ve akım tarafından erişilemeyen sodyumun görülmesini engelleyerek pil kapasitesinin azalmasını önler.

Son olarak, bu sodyum-katı hal pil için farklı seçeneklerle 200-400 Wh/kg arasında değişen yüksek enerji yoğunluğunu mümkün kılar.

Bu, lityum bazlı katı hal pillere göre biraz daha düşük olsa da, hâlâ şu anda kullanılan pillere göre çok daha güçlüdür. Sodyum ve alüminyumun lityum, kobalt ve nikel yerine geçmesiyle daha ucuz malzemelerin ekonomisiyle birleştirildiğinde, kazanan bir kombinasyon olabilir.

Kombinasyonun Gücü

Even a few years ago, the idea of sodium batteries, or anode-free batteries, was only a concept that many doubted would reach a commercial stage. The same can be said for solid-state batteries.

This is quickly changing for every one of these categories, as well as plenty of other potential chemistries and designs we explored in our articles “Enerji Depolamanın Geleceği – Şebeke Ölçekli Pil Teknolojisi” and “Mobilitenin Geleceği – Pil Teknolojisi”.

Görünüşe göre yeni bir aşamaya giriyoruz; araştırmacılar artık bu kanıtlanmış pil kavramlarını bir araya getirmeye ve birleştirmeye başlıyor.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu her bir fikrin bireysel sınırlamalarını aşmaya yardımcı olabilir.

Bu örnekte, hem katı hal pillerin dendrit sorunları hem de anodssuz tasarımın akım toplayıcı üzerindeki birikim sorunu, alüminyum tozu kullanılarak çözülür.

Alüminyum tozu tek başına bir anodssuz tasarımda hâlâ çok düşük yoğunluk verir.

Alüminyum tozu, sodyum kullanılmadan katı hal pillerde yeterince ucuz olmaz.

Öte yandan, sodyum tek başına ucuzdur ancak mobilite gereksinimlerini karşılayacak kadar yoğun değildir.

Görünüşe göre farklı tasarım öğelerini birleştirmek, kendi avantajlarını bir araya getirirken bireysel sorunlarını da ortadan kaldırabilir veya en azından hafifletebilir; bu da yenilikçi pil kimyaları için daha önce düşünülenden çok daha geniş bir gelecek fırsatları seti yaratır.

Sodyum Pil Şirketleri

1. CATL

CATL, küresel pil üretiminde lider konumda olup, küresel pil hacminin yarıdan fazlasını üretmektedir. Şirket, pil üretim tedarik zincirinin her aşamasında yer alıyor ve pil teknolojisinde liderdir.

This is true for lithium-ion batteries, where the company has been a long-established leader for a long time. CATL has also announced impressive progress on multiple other battery types :

Kaynak: CATL

Şirket, TENER sistem performansını duyurarak şebeke ölçekli pil pazarında aktifleşiyor. Bu, “Beijing, Çin’de kullanımının ilk beş yılında sıfır bozulma ile dünyanın ilk seri üretilebilir enerji depolama sistemi”.

Yoğun Enerji, Kompakt Bir Alanda: 20-foot Container with 6.25 MWh Capacity

Powered by cutting-edge technologies and extreme manufacturing capabilities, CATL has resolved the challenges caused by highly active lithium metals in zero-degradation batteries, which effectively helps prevent thermal runaway caused by oxidation reactions.

CATL, Çin’de pil geri dönüşüm kapasitesine 3.25B yatırım yaptı. CATL has notably achieved a remarkable recovery rate of 99.6% for nickel, cobalt, manganese, and 91% for lithium.

Thanks to its scale, focus, and R&D achievements, CATL is likely to be at the forefront of battery innovation, manufacturing, and recycling. This makes it a key partner for EV manufacturers, including Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc.

2. BYD

A long-time challenger of Tesla in the EV market, BYD has become a serious competitor not only for Tesla but for virtually all automakers.

The company evolved from its origin as a phone battery supplier to selling almost as many EVs as Tesla in China (the world’s largest EV market) and being the best-selling EV in Thailand, Sweden, Australia, New Zealand, Singapore, Israel, and Brazil.

BYD is a large part of why China suddenly became the world’s largest car exporter in 2023, surpassing Japan. The company’s aggressive overseas expansion is also carried by new factories, like in Hungary.

And with the release of $10,000-$12,000 cars like the Seagul, using sodium batteries, a whole new market might open for BYD EVs.

Kaynak: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Temelde bir pil üreticisi olan BYD, Çin’de %41.1 pazar payı (CATL’nin %33.9’una kıyasla) ile LFP pil pazarında CATL’ye ciddi bir rakip.

The “flood” of cheap EVs produced by BYD into the European and American markets is likely to be met with some level of protectionism (even above the recently imposed tariffs), which could hinder BYD’s growth.

But at the same time, cheap Chinese EVs are already a great success in the rest of the world, which does not have incumbents much in the way of domestic automakers to protect, including the entirety of South America, Russia, Africa, the Middle East, and Southeast Asia.

This represents several billion potential customers for BYD, living in countries eager to strike a geopolitical balance and stay on good terms with both the West and China, so it is unlikely to create too strong protectionist barriers.

And even in the EU or the USA, BYD might stay competitive, thanks to the much higher prices of local EV manufacturers compared to prices in China, as well as localization of the production out of China for these markets, like, for example, in Eastern Europe, Mexico, or Turkey.

mm

Jonathan, genetik analiz ve klinik deneylerde çalışan eski bir biyokimyacı araştırmacıdır. Şu anda yenilik, piyasa döngüleri ve jeopolitik konulara odaklanan bir hisse senedi analisti ve finans yazarıdır ve yayınında 'The Eurasian Century'.