Pin Natri-ion đã sẵn sàng để thương mại hóa
Carlos Ruiz, Martina Lyons, Isaac Elizondo Garcia và Zhaoyu Wu tại IRENA giải thích: Pin Natri-ion (Na-ion), một loại pin thay thế rẻ hơn và phổ biến hơn cho pin Lithium-ion tiêu chuẩn, đang trên đà được thương mại hóa . Mặc dù có đủ Lithium trên thế giới để hỗ trợ các mục tiêu điện khí hóa toàn cầu, nhưng việc thắt chặt nhu cầu và hạn chế của chuỗi cung ứng cho thấy nhu cầu cấp thiết về một giải pháp thay thế. Giá thành của pin Na-ion dự kiến vào khoảng 40-80 USD/kWh so với mức trung bình là 120 USD/kWh của pin Li-ion. Pin Na-ion an toàn hơn (phạm vi nhiệt độ hoạt động, độ ổn định) và có thời gian sạc nhanh hơn và tuổi thọ dài hơn. Mật độ năng lượng của chúng thấp hơn, khiến chúng cồng kềnh và nặng hơn. Nhưng ở mức 160 Wh/kg, nó vẫn đủ tốt cho xe điện chạy trong thành phố và các nhà sản xuất Trung Quốc đã công bố xe điện nhỏ gọn Na-ion với phạm vi hoạt động 250 km. Năng lực sản xuất được dự báo sẽ tăng từ 42 GWh/năm vào năm 2023 lên 186 GWh/năm vào năm 2030: đủ để cung cấp năng lượng cho 4,6 triệu xe điện được sản xuất mỗi năm. Và đối với lưới điện cố định và hệ thống lưu trữ tại nhà, kích thước không phải là vấn đề . Các tác giả cho biết, đây không chỉ là câu chuyện về Na-ion mà còn về tầm quan trọng của quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu nhằm đổi mới các giải pháp thay thế cho các câu trả lời phổ biến , đảm bảo sự đa dạng của chuỗi cung ứng và giá cả phải chăng.
Với cốt lõi là năng lượng tái tạo, quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu đòi hỏi những thay đổi trong cả quá trình sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Một trong những thay đổi này sẽ là quá trình điện khí hóa (trực tiếp và gián tiếp) trong các lĩnh vực sử dụng năng lượng cuối cùng (bao gồm tòa nhà, giao thông và công nghiệp), dẫn đến nhu cầu điện toàn cầu sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2050 , theo Triển vọng Chuyển đổi Năng lượng Thế giới của IRENA (WETO).
Quá trình chuyển đổi thành công cần lưu trữ
Theo những tiền đề này, không thể phóng đại tầm quan trọng của việc lưu trữ đối với quá trình chuyển đổi thành công. Kịch bản 1,5°C của IRENA nhận thấy nhu cầu về bộ lưu trữ pin để mang lại sự linh hoạt đáng kể cho hệ thống điện, đạt gần 360 GW vào năm 2030 và 4.100 GW vào năm 2050. Tuy nhiên, ngoài lĩnh vực điện, việc lưu trữ pin sẽ đóng một vai trò quan trọng trong quá trình khử cacbon trong các lĩnh vực sử dụng cuối, ví dụ như một thành phần quan trọng của xe điện, đang trên đà chiếm 90% vận tải đường bộ vào năm 2050.
Nhu cầu dung lượng lưu trữ pin của ngành điện đến năm 2050. Lưu ý: PES = Kịch bản năng lượng theo kế hoạch
Vấn đề của pin Lithium-ion (Li-ion)
Pin Lithium-ion (Li-ion) luôn đi đầu trong các giải pháp lưu trữ năng lượng hiện đại do mật độ năng lượng cao và tính linh hoạt của chúng, tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng về pin Lithium-ion đã dẫn đến những lo ngại về tính bền vững, nguồn tài nguyên sẵn có, các cân nhắc về địa chính trị, và những điểm nghẽn tiềm ẩn trong chuỗi cung ứng. Nói rõ hơn, thế giới có thừa nguyên liệu để duy trì quá trình chuyển đổi năng lượng, bao gồm cả lithium. Tuy nhiên, mối quan tâm chính đến từ việc các chuỗi cung ứng pin đang gặp khó khăn trong việc theo kịp tốc độ nhu cầu xe điện ngày càng tăng và giá Lithium Cacbonat tăng vọt do sự siết chặt này gây ra. Những lo ngại này báo hiệu sự cần thiết phải khám phá các giải pháp thay thế và cách thức tối ưu hóa bền vững các giải pháp lưu trữ cực kỳ cần thiết. Một lần nữa, sự đổi mới có thể là chất xúc tác để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi, trong trường hợp này là với một loạt các hóa chất mới nổi dành cho công nghệ lưu trữ pin.
Pin Natri-ion (Na-ion)
Đây là lúc pin Natri-ion (Na-ion) xuất hiện. Pin Na-ion có thiết kế và cấu tạo tương tự như pin Li-ion nhưng dựa vào hợp chất Natri chứ không phải Lithium. Natri dồi dào hơn Lithium khoảng một nghìn lần, điều đó có nghĩa là công nghệ này có khả năng làm giảm bớt những lo ngại về nguồn cung ngắn hạn ảnh hưởng đến các đối tác dựa trên lithium và sự biến động về chi phí mà điều này kéo theo bằng cách mở rộng danh mục các hóa chất pin khả thi và giảm bớt sự khó khăn trong sản xuất pin. siết chặt việc khai thác và chế biến lithium.
Việc sản xuất pin Natri-ion chủ yếu dựa vào tro soda làm tiền chất natri, một hợp chất dồi dào hơn và bền vững hơn để chiết xuất và tinh chế so với lithium, khiến chi phí thấp hơn và ít bị ảnh hưởng bởi những lo ngại về nguồn tài nguyên sẵn có cũng như biến động giá cả. Chỉ riêng nước Mỹ đã xác định được khoảng 47 tỷ tấn tài nguyên tro soda và hơn 23 tỷ tấn trữ lượng tro soda . Tro soda sản xuất tổng hợp từ muối và đá vôi thông qua quy trình Solvay , mở ra khả năng nó được sản xuất hầu như trên toàn cầu.
Hệ thống pin Natri-ion
Ưu và nhược điểm
Pin Na-ion có một số đặc điểm chính mang lại lợi thế đầy hứa hẹn so với pin lithium-ion hiện có và khiến chúng khả thi cho các ứng dụng cụ thể. Một trong những lợi thế chính là chi phí của họ. Giá thành của pin Na-ion dự kiến sẽ thấp hơn đáng kể so với pin Li-ion. Đây là khoảng 40-80 USD/kWh đối với pin Na-ion so với mức trung bình 120 USD/kWh đối với pin Li-ion.
Pin Natri-ion cũng mang lại lợi thế về tính bền vững so với pin Li-ion. Lượng Natri dồi dào mở ra cơ hội tìm nguồn cung ứng đa dạng hơn. Đồng thời, một số cấu hình có thể mở ra cơ hội giảm nhu cầu về các vật liệu quan trọng, chẳng hạn như đồng (với bộ thu dòng bằng nhôm), Niken và Coban.
Về mặt an toàn, pin Natri-ion đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn, có dải nhiệt độ hoạt động rộng hơn và hỗn hợp anode-điện phân ổn định hơn pin Li-ion và có khả năng vận chuyển xả hoàn toàn một cách an toàn.
Về hiệu suất, pin Natri-ion có khả năng duy trì công suất tuyệt vời ngay cả ở nhiệt độ đóng băng, thời gian sạc nhanh (80% SOC trong 15 phút) và tuổi thọ chu kỳ dài hơn ( duy trì công suất 80% sau 4.000-5.000 chu kỳ ) so với pin lithium .
Một trong những hạn chế chính của loại pin này là mật độ năng lượng của chúng, vì mật độ năng lượng thấp hơn cũng có nghĩa là pin cồng kềnh hơn và nặng hơn. Thông báo mới nhất từ một số nhà sản xuất pin đề cập đến mật độ năng lượng 160 Wh/kg đối với những loại pin này, đồng thời đề cập đến 200 Wh/kg là cột mốc tiếp theo của họ. Mặc dù những con số này có thể so sánh với một số loại pin Li-ion cấp thấp hơn nhưng chúng vẫn đứng sau các loại pin Li-ion thương mại khác, ví dụ như pin Tesla ở mức 250 Wh/kg.
Ứng dụng
Những đặc điểm này làm cho pin Natri-ion phù hợp để sử dụng trong một số ứng dụng. Một trong những hứa hẹn nhất là trạm lưu trữ. Sự tích hợp nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo có thể thay đổi đang tạo ra nhu cầu cấp thiết về việc lưu trữ năng lượng với chi phí thấp, không chỉ ở quy mô tiện ích mà còn ở cấp độ công tơ (tại nhà hoặc tại doanh nghiệp). Các đặc tính chi phí thấp, tuổi thọ cao, an toàn và hiệu suất của pin Na-ion, kết hợp với thực tế là kích thước và trọng lượng không phải là mối lo ngại lớn đối với các ứng dụng cố định , có thể khiến chúng cạnh tranh với Li-ion. Ngoài ra, những loại pin này cũng có thể được sử dụng trong xe điện. Đặc biệt là ở xe điện tầm ngắn, với mật độ năng lượng hiện tại là 160 Wh/kg. Trên thực tế, điều này đã bắt đầu xảy ra với một số nhà sản xuất pin và ô tô Trung Quốc đưa ra một số thông báo về xe điện nhỏ gọn chạy bằng pin Na-ion với phạm vi hoạt động trong phạm vi 250 km.
JAC demo EV được vận hành bởi pin HiNa Na-ion
Con số này phù hợp với các xe điện cỡ nhỏ hiện có trên thị trường. Mặc dù nó có vẻ nhỏ nhưng dự kiến nó sẽ tăng lên, cộng thêm nó là quá đủ cho việc đi lại trong đô thị và những chuyến đi ngắn.
Ví dụ: ở Đức, quãng đường trung bình hàng ngày di chuyển trong môi trường đô thị là khoảng 19 km , điều đó có nghĩa là một lần sạc có thể đủ dùng cho hơn 10 ngày sử dụng trong môi trường đô thị.
Nếu chúng ta cũng xem xét chi phí thấp hơn của những loại pin này trong phương trình, thì chúng có khả năng gây rối loạn cho thị trường xe điện.
Khoảng cách hàng ngày cho mỗi chuyến đi trong đô thị của mỗi người đối với một số quốc gia Châu Âu. Nguồn: Eurostat
Thương mại hóa sớm, dẫn đầu bởi Trung Quốc
Sự quan tâm đến pin Na-ion ngày càng tăng và tạo ấn tượng rằng công nghệ này sắp đạt đến thời điểm đột phá. Điều này đặc biệt rõ ràng khi nhìn vào số lượng lớn các dự án đã công bố và kế hoạch đầy tham vọng của một số nhà sản xuất nhằm triển khai xe điện Na-ion và đạt được mục tiêu sản xuất thương mại pin Na-ion vào đầu năm 2023 . Chúng bao gồm các thông báo từ: CATL , Chery , BYD , JAC / HiNa , Faradion , Natron , PNNL và các thông báo khác, bao gồm cả các dự án lưu trữ lưới điện .
Pin Natri-ion đã được một số công ty phát triển, chủ yếu ở Trung Quốc, và năng lực sản xuất được dự báo sẽ tăng từ 42 GWh/năm vào năm 2023 lên 186 GWh/năm vào năm 2030. Công suất này sẽ đủ để cung cấp năng lượng cho 4,6 triệu xe điện được sản xuất mỗi năm (giả sử công suất mỗi xe là 40 kWh).
Dự báo năng lực sản xuất pin Na-ion
Tổng kết
Đối với một số ứng dụng nhất định, pin Natri-ion có khả năng cạnh tranh với pin axit chì, Lithium-ion hiện có, chẳng hạn như NMC (niken-mangan-coban) hoặc LFP (lithium-sắt photphat). Tuy nhiên, có một số thách thức cần phải vượt qua để đạt được điều này, bao gồm cải tiến kết cấu và vật liệu, thiết lập chuỗi cung ứng, đạt được hiệu quả kinh tế nhờ quy mô và về bản chất là chứng minh chúng là một giải pháp hoạt động hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Năm nay và năm tới sẽ mang tính quyết định đối với công nghệ này sau những thông báo được đưa ra. Nhưng bất kể thành công tiềm năng của chúng là gì, điều quan trọng là phải nêu bật tầm quan trọng của sự đổi mới trong quá trình chuyển đổi năng lượng dựa trên năng lượng tái tạo, dẫn đến, trong trường hợp này, các chất hóa học có thể bổ sung cho pin dựa trên Lithium cho một số ứng dụng nhất định, giảm sự phụ thuộc vào một vật liệu duy nhất và mở ra cơ hội tìm nguồn cung ứng vật liệu và công nghệ đa dạng hơn.
Pin Natri-ion cho thấy nhiều hứa hẹn và có thể trở thành giải pháp thay thế tốt cho các ứng dụng cụ thể, giúp giảm bớt tắc nghẽn trong chuỗi cung ứng và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng. Với nghiên cứu và phát triển sâu hơn, chúng có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang hệ thống năng lượng trung hòa carbon.
Theo Energypost
Hãy để LITHACO đồng hành cùng các bạn trong hành trình chuyển đổi năng lượng, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo các cách sau:
- Hotline: 1900 25 25 27
- Số điện thoại: 0918.886.502, 094.181.2233
- Zalo: 094.181.2233
- Địa chỉ: Tầng 12 Tòa nhà BW, số 15 Võ Văn Kiệt, Phường 16, Quận 8, TP.HCM
- Website: https://lithaco.vn
- Facebook: https://www.facebook.com/Lithaco.vn/
Bài Viết Liên Quan
