Sodno-iontové baterie, které minulý měsíc představila švédská skupina Northvolt, zcela vylučují potřebu kritických minerálů, jako je lithium. Toto je v současnosti jediná životaschopná chemie baterií, která neobsahuje lithium.
Sodík je jedním z nejhojnějších a geograficky nejrozšířenějších zdrojů na Zemi a nachází se v kamenných solích a solankách po celém světě. Je levnější a hojnější než lithium, takže je méně náchylné na problémy s dostupností zdrojů a na kolísání cen. To by také mohlo snížit závislost na Číně během přechodu na zelenou energii.
Northvoltova baterie má tvrdou uhlíkovou anodu a pruskou bílou katodu s vysokým obsahem sodíku. Pruská bílá se vyrábí ze snadno dostupných surovin, včetně sodíku a železa. Skupina Northvolt bude první, kdo uvede na trh baterii vyrobenou z těchto materiálů. Baterie je nákladově efektivnější a udržitelnější než běžné baterie vyrobené z niklu, manganu, kobaltu nebo fosforečnanu železa. Northvolt poznamenal, že nahrazení grafitu tvrdým uhlíkem sníží uhlíkovou stopu baterie. Jeho baterie má výrazně nižší uhlíkovou stopu — při 10–20 kg CO2 na kWh ve srovnání se 100-150 kg CO2 za kWh související se současnými srovnatelnými bateriemi.
Sodno-iontové baterie jsou také nehořlavé a vzhledem k tomu, že jsou při vyšších teplotách bezpečnější než alternativy, mohly by být obzvláště atraktivní pro skladování energie na trzích, jako je Indie, Střední východ a Afrika. Baterie Northvolt budou schopny odolat až trojnásobnému vystavení teplu než lithiové baterie.
Sodík je v zemské kůře hojný
Sodík-iontové baterie by mohly podstatně snížit závislost na Číně
Technologie baterií se rychle vyvíjí. Většina baterií elektrických vozidel (EV) je založena na lithium-iontových a jsou lehké, malé a ukládají velké množství energie. I když se složení baterií může lišit, obecně se spoléhají na stejnou sadu materiálů. Lithium-iontové baterie pro elektromobily jsou buď na bázi niklu – používají lithium nikl-mangan-kobaltový oxid (NMC) a nikl-kobalt-hlinitý oxid (NCA) nebo lithium-železo fosfát (LFP).
Rychlý nárůst prodeje elektrických vozidel během pandemie Covid-19 zhoršil obavy z dominance Číny v dodavatelských řetězcích lithiových baterií.
Dodavatelské řetězce elektromobilů se rozšiřují, ale pokud jde o výrobu, Čína zůstává klíčovým hráčem v obchodu s bateriemi a součástkami pro elektromobily.
Čína dominuje mnoha prvkům navazujícího dodavatelského řetězce baterií pro elektromobily, od zpracování materiálů až po konstrukci článků a součástí baterií. Zatímco Čína představovala v roce 15 pouze asi 2022 % celosvětové dodávky surovin lithia, přibližně 60 % rafinace kovu z baterií na speciální chemikálie pro baterie probíhá v Číně. Čína vyrábí tři čtvrtiny všech lithium-iontových baterií, což je výsledek brzkého tlaku Pekingu na elektrifikaci, zejména prostřednictvím dotování elektromobilů.
Northvolt, podporovaný společnostmi Volkswagen, BlackRock a Goldman Sachs, je jediným velkým evropským výrobcem domácích elektrických baterií.
Dominantní role Číny v dodavatelských řetězcích baterií s kovem, stejně jako omezení vývozu v jiných zemích, riskují zpomalení tempa zavádění elektromobilů.
V nedávném příkladu Čína zavedla omezení vývozu grafitu, materiálu volby pro anody lithium-iontových baterií. V lithium-iontových bateriích nelze grafit nahradit, protože pomáhá zlepšit elektrickou vodivost a působí jako hostitel pro ionty lithia. Katoda, druhá polovina baterie, je tvořena lithiem, niklem a kobaltem.
Výroba bateriových článků je soustředěna v Číně (2022)
Závislost na konkrétních dodavatelích není jediným problémem výrobců EV. Baterie tvoří velkou část celkových nákladů na elektromobil a obvykle tvoří 30 až 40 % jeho hodnoty. Tento podíl se zvyšuje s větší velikostí baterií.
Rostoucí poptávka po EV uprostřed zpřísňujících se dodavatelských řetězců také vytlačila ceny bateriových materiálů (včetně kobaltu a lithia) na víceletá maxima. To má dopad na ceny, což zase způsobuje, že spotřebitelé jsou s přechodem na elektrická vozidla váhavější.
Rostoucí ceny lithia také přiměly výrobce baterií, aby se podívali na alternativní technologie, včetně sodíkových iontů, aby uspokojili rostoucí poptávku po bateriích pro elektromobily. Náklady na suroviny jednoznačně zůstávají kritickým ukazatelem pro sektor baterií. Podle údajů společnosti S&P Global se uhličitan sodný již několik let obchoduje pod 200 USD za metrickou tunu, přičemž kapacita trvale překračuje celosvětovou poptávku o přibližně 10 milionů metrických tun ročně za poslední desetiletí. Sodík lze vyrobit i synteticky.
Northvolt poznamenává, že její sodno-iontové baterie by byly asi o čtvrtinu levnější než lithiové baterie používané při skladování energie. To znamená, že klesající ceny lithia nyní učinily levnější sodík méně atraktivní.
Uhličitan lithný, klíčová složka většiny baterií pro elektromobily, se mezi listopadem 2021 a listopadem 2022 zhruba ztrojnásobil, než ceny konečně začaly klesat. Ceny nyní klesly o více než 80 % od svého maxima v listopadu loňského roku – utlumený makroekonomický výhled, slabší poptávka a přebytek nabídky stlačily náklady na uhličitan lithný níže.
Ceny lithia nyní klesají poté, co vyletěly na rekordní maxima
Sodík-iontová technologie se bude nadále vyvíjet
Jednou z hlavních nevýhod sodíkových iontových baterií je jejich relativně nízká hustota energie – množství energie uložené v poměru k objemu baterie. Nižší hustota energie znamená objemnější a těžší baterie.
Nová baterie společnosti Northvolt má hustotu energie více než 160 watthodin na kilogram, což je hustota energie blízká typu lithiových baterií, které se obvykle používají při skladování energie, kde velikost nepředstavuje problém. Švédská skupina uvedla, že jejich baterie byla navržena pro zařízení na skladování elektřiny, ale v budoucnu by mohla být použita v elektrických vozidlech.
Vzhledem k tomu, že energetická hustota sodíkových iontových baterií stále roste, jejich podíl na trhu osobních elektromobilů bude růst.
Lithiové baterie používané v EV mají hustotu energie až 250-300 Wh na kg. Baterie používané pro skladování energie mají obvykle hustotu energie kolem 180 Wh na kg.
Northvolt’s také vyrábí automobilové lithium-iontové baterie ve své gigafactory ve Skellefteå ve Švédsku. Výrobní proces pro sodíko-iontové baterie, který by mohl využívat stejná výrobní místa a metody, by byl výhodou při rozšiřování výroby.
Potenciální úspěch sodíkových iontových baterií by závisel na tom, jak rychle by se výrobci baterií mohli rozšířit, aby komercializovali novou technologii a integrovali ji do současných výrobních procesů. Pohyby směrem k hromadné výrobě sodíkových iontových baterií jsou stále v plenkách.
Northvolt uvedl, že doufá, že v příštím roce poskytne zákazníkům první vzorky sodíkových iontových baterií a že do konce desetiletí dosáhne plné výroby.
Sektoru sodíkových iontových baterií v současnosti dominují čínské skupiny, přičemž CATL-Chery a BYD oznamují elektromobily poháněné sodíkovými iontovými bateriemi. Odhaduje se, že Čína měla k červnu 10 výrobní kapacitu 2023 GWh sodíkových iontových baterií. Podle EVTank se očekává, že země do konce roku 39.7 dosáhne provozní kapacity 2023 GWh.
CATL, největší světový výrobce baterií, používá ve svých sodíkových iontových bateriích oxidy obsahující kovy, jako je nikl, kobalt nebo mangan – díky tomu jsou tyto baterie dražší než baterie vyvinuté společností Northvolt.
Očekáváme další oznámení od výrobců automobilů, protože pokračují ve zvyšování kapacity a technologie sodíkových iontů se neustále zlepšuje.
Diverzifikace v chemii baterií bude při posunu elektromobilů klíčová
Když se podíváme do budoucna, můžeme očekávat, že se bude více automobilů vyrábět pomocí sodíkových iontových baterií, jak se výroba rozrůstá, formují se dodavatelské řetězce a vyvíjejí se technologie ke zlepšení hustoty energie.
Očekáváme, že nižší náklady, zlepšená bezpečnost a výhody dodavatelského řetězce sodíkových iontových baterií oproti lithium-iontovým bateriím budou i nadále posouvat jejich technologii směrem k hromadné výrobě.
Ačkoli neočekáváme, že by sodíko-iontové baterie v krátkodobém až střednědobém horizontu předstihly lithium-iontové, mají sodíkové baterie potenciál doplnit ty na bázi lithia, snížit závislost na jediném materiálu a zmírnit některé tlaky. o lithiových a bateriových materiálových dodavatelských řetězcích. To vše by mělo urychlit přechod na zelenou energii.
Pokud by sodno-iontové baterie mohly získat určitý podíl na trhu z lithium-iontových baterií, pak by to mohlo pomoci snížit tlak na dodávky kritických minerálů, potenciálně za mnohem nižší cenu. Při pohledu do budoucna věříme, že to bude diverzifikace chemie baterií EV, která bude klíčová pro jakýkoli úspěšný přechod na EV.
