欧洲绿色工业的未来可能取决于家庭主食中的一种元素:食盐。法国TiamatEnergy的研究员JohnAbou-Rjeily博士正在使用钠来开发可充电电池。钠是氯化钠的一部分,氯化钠是一种离子化合物,是普通盐的技术名称。
钠离子电池背后的想法是减少欧洲对锂离子电池的依赖,锂离子电池为牙刷、手机、轻便摩托车和汽车等各种产品提供动力。
今天的电池包含锂、镍和钴等稀有且有的材料,而钠是地球上最丰富的元素之一。
“钠离子电池采用的材料比锂离子电池更丰富、更安全,”Abou-Rjeily说。“没有足够的锂离子、钴和镍来满足每个人的需求。”
他是Tiamat的研发工程师,该公司设计和制造钠离子电池。
Abou-Rjeily领导了一个研究项目,开发具有商业吸引力并可以作为欧洲制造业的新基础的钠离子电池。
该项目名为NAIMA,从2019年12月持续到2023年5月。该项目涉及保加利亚、比利时、法国、德国、荷兰、斯洛文尼亚、西班牙和瑞典的公司、研究机构和大学。
电池充电
电池是欧洲用风能和太阳能等可再生能源替代化石燃料的核心。欧洲更多的清洁能源需要电池提供新的存储容量。
到2025年,欧洲电池市场的价值每年可能高达2500亿欧元。欧洲的目标是在本十年内将其在全球电池生产中的份额从2018年的3%提高到25%,从而削弱亚洲的85%%的地位。
该研究涵盖了供应链的所有环节——从制造电池所需的原材料和存储能源所需的基础设施,到在电力最便宜时自动为车辆充电的“智能电网”,以及确保回收利用的电池设计。
锂离子电池可以在很小的空间内储存大量能量,使其成为智能手机和电动汽车的赢家。钠离子电池体积稍大,而且可能更便宜,使其成为家庭、电动工具和小型车辆等场所储存能量的候选电池。
法国联系
Abou-Rjeily是一位来自黎巴嫩的训练有素的化学家,为了追求环境可持续性,于2016年移居法国。
他对Tiamat很熟悉,该公司的钠离子电池不含锂、钴和铜,而且基本上也避免使用镍。该公司是法国国家科学研究中心(CNRS)的衍生公司,该中心是NAIMA的参与者之一。
锂、钴、铜和镍均被列入欧盟关键原材料清单,凸显了欧洲对外国供应商依赖和供应紧张的担忧。
例如,就全球锂离子电池而言,2021年中国制造了近80%。
此外,全球锂离子电池的大部分生产预计将流向汽车行业。
Abou-Rjeily表示,Tiamat计划于2026年在法国亚眠市开设一家超级工厂,生产最初适用于电动工具等设备的钠离子电池。
他表示NAIMA帮助提升了公司的电池技术。
图片来源:地平线:欧盟研究与创新杂志
该项目还帮助合作伙伴推进一种用于可再生能源存储的钠离子电池。这种电池有一天也可能适用于某些汽车。
Abou-Rjeily表示,虽然它永远不会挑战锂离子电池500公里的续航能力,但这种钠离子电池在较小的续航里程上可能更具竞争力。
“对于短距离和中距离的驾驶来说,它们可能会更便宜,”他说。
本垒
德国达姆施塔特工业大学客座教授MagdalenaGraczyk-Zajac博士的愿景是通过钠离子电池在汽车和家庭之间建立能源联系。
她还是德国能源公司EnBW的电化学家,参与了一个开发家用钠离子电池的项目。该项目名为SIMBA,历时三年半,预计将于2024年6月结束。
Graczyk-Zajac描绘了这样一个未来:家庭光伏板捕获的能量将存储在可充电的家用钠离子电池中。然后电池将为家庭供电并为居民的电动汽车充电。
Graczyk-Zajac表示,这种情况将意味着运输成本大幅削减。
“一年中你可以免费驾驶你的汽车八到九个月,”她说。
家庭收益
虽然钠离子和锂离子电池的工作原理相似,但钠的离子比锂大。这就是钠离子电池占用更多空间的原因之一。
Graczyk-Zajac表示,对于家庭存储来说,这样的电池将放置在地下或车库中,因此稍大的电池并不重要。
SIMBA涉及来自欧洲各地的近20个研究机构、大学和公司,已将家用钠离子电池的一些基本组件组装在一起进行实验室测试。
阳极是由硬碳制成的,可以由木材或生物废料制成。另一种材料——阴极——可以由一种叫做普鲁士白的材料制成。
虽然锂离子阴极通常含有钴,但这种普鲁士白阴极含有铁,这是一种更丰富、更便宜的金属。
该阴极由Altris开发,该公司于2017年从瑞典乌普萨拉大学(SIMBA参与者之一)衍生出来。
Altris于2023年11月成为头条新闻,当时其行业合作伙伴瑞典的Northvolt宣布将在欧洲生产带有阴极的电池。
总的来说,钠离子电池为欧洲家庭提供了获得更便宜、更清洁能源的机会。
这些电池还可以通过存储来获得经济收益,然后在家庭发电量高于需要时将多余电力出售给电网,或者稍后在家庭中使用。
Graczyk-Zajac建议使用稍后使用的选项。“住户只需保留这种能量就可以节省更多的钱,”她说。