Baterai natrium-ion vs solid-state yang akan menggantikan lithium-ion

Munculnya energi terbarukan (RE) dan pertumbuhan kendaraan listrik yang cepat telah meningkatkan harapan untuk industri penyimpanan energi - termasuk efisiensi yang lebih tinggi, keamanan yang lebih besar, peningkatan kepadatan energi, dan idealnya, biaya yang lebih rendah. Baterai natrium-ion dan solid-state bertujuan untuk menawarkan solusi alternatif. Masing-masing memiliki keunggulannya sendiri dan berpotensi menggantikan teknologi penyimpanan lithium-ion yang ada di tahun-tahun mendatang.

Dalam artikel ini, kami mengeksplorasi mengapa baterai lithium -ion mungkin berisiko dihapus - bahkan jika risiko itu masih tampak minimal saat ini. Kami fokus pada dua teknologi yang muncul dengan potensi terkuat untuk mendominasi masa depan penyimpanan energi: baterai natrium-ion dan baterai solid-state.

Baterai lithium-ion saat ini mendominasi sektor penyimpanan energi dan diharapkan mempertahankan posisi ini dalam jangka menengah. Dari perangkat portabel hingga energi terbarukan berskala besar + proyek penyimpanan, teknologi lithium-ion memimpin di semua tren utama.

Menurut sebuah laporan baru-baru ini, pasar Bahan Baterai Lithium-Ion berkembang pesat karena meningkatnya permintaan di berbagai industri. Ini diproyeksikan tumbuh dari USD 41,9 miliar pada tahun 2024 menjadi lebih dari USD 120 miliar pada tahun 2029, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sekitar 23,6%.

Saat ini, pasar baterai lithium-ion dipimpin oleh pemain utama seperti Tesla, Panasonic, LG Chem, Catl, dan BYD. Khususnya, dua perusahaan Cina yang terakhir telah membuat kemajuan yang signifikan selama dua tahun terakhir.

Sementara kebangkitan kendaraan listrik adalah pendorong utama pertumbuhan ini,Penyimpanan Energi StasionerPasar diharapkan menghasilkan permintaan yang lebih besar di tahun -tahun mendatang.

Telah diketahui bahwa baterai lithium-ion sangat bergantung pada mineral kritis seperti lithium, dan sering juga kobalt dan nikel. Kendala pasokan telah menyebabkan volatilitas harga yang signifikan. Misalnya, biaya lithium karbonat tingkat baterai telah berfluktuasi dari sekitar USD 5,8 per kilogram hingga setinggi USD 80 dalam beberapa tahun terakhir. Volatilitas dan kelangkaan ini telah meningkatkan biaya baterai lithium-ion dan menimbulkan risiko pasokan jangka panjang.

Salah satu masalah yang mendesak adalah kurangnya rantai pasokan lithium yang kuat di pasar utama di luar Cina. Misalnya, sekitar 77% grafit yang digunakan dalam baterai lithium-ion bersumber dari Cina. Ini menyoroti ketergantungan besar pada pasokan Cina di era ketegangan perdagangan global dan menggarisbawahi pentingnya diversifikasi pasokan.

Risiko keamanan, seperti kebakaran baterai pada kendaraan listrik yang disebabkan oleh pelarian termal, tambahkan lapisan lain yang menjadi perhatian.

Faktor -faktor ini membuka jalan bagi generasi baru teknologi penyimpanan energi. Sementara perusahaan di luar Cina secara aktif mencari alternatif yang tidak bergantung pada lithium, para pemimpin pasar Cina juga menyadari bahwa dominasi mereka bisa berisiko. Faktanya, banyak dari mereka telah pindah dengan cepat ke pengembangan baterai natrium dan solid-state untuk memastikan mereka tetap di depan kurva.

Baterai solid-state (SSB) Ganti elektrolit cair yang digunakan dalam baterai lithium-ion dengan elektrolit padat-seperti keramik, kaca, atau polimer padat. Dengan menghilangkan anoda grafit besar dan menggunakan bahan padat yang padat, SSB dapat menyimpan lebih banyak energi dalam volume yang sama, berpotensi memperluas kisaran kendaraan listrik (EV) dengan margin yang luas.

Beberapa pemain industri utama telah mengakui potensi transformatif dari teknologi ini. Misalnya, pada tahun 2024, QuantumScape meluncurkan baterai prototipe solid-state (QSE -5) dengan kepadatan energi 844 WH/L-jauh lebih tinggi dari 300-700 WH/L khas baterai lithium-ion komersial. Perusahaan berencana untuk memberikan sel layer komersial pertama 100+ (qse -5) pada tahun 2025. Kepadatan energi ini kira-kira 1,5 kali lipat dari sel-sel ion lithium terbaik, yang dapat diterjemahkan menjadi peningkatan 20-50% dalam kisaran mengemudi tanpa meningkatkan ukuran baterai atau berat.

Raksasa baterai China, CATL (kontemporer Amperex Technology Co. Ltd.), juga secara signifikan meningkatkan investasinya dalam pengembangan SSB, memperluas tim R&D yang berdedikasi menjadi lebih dari 1, 000 orang. CATL menargetkan produksi skala kecil dari baterai semua-solid-state pada tahun 2027.

Toyota telah mengumumkan garis waktu komersialisasi untuk EV penumpang yang dilengkapi dengan baterai solid-state antara 2027 dan 2028. Perusahaan mengklaim inovasi ini dapat meningkatkan rentang mengemudi hingga 20%. Pada tahun 2023, Solid Power memasok BMW dengan sel-sel sampel untuk digunakan dalam program kendaraan demo. Para pemimpin industri besar lainnya - termasuk Volkswagen, Hyundai, Nissan, BMW, dan Toyota - juga telah melakukan investasi strategis di ruang baterai solid -state.

Di luar jangkauan peningkatan, baterai solid-state juga menunjukkan kemampuan pengisian cepat yang unggul. Berkat stabilitas termal yang sangat baik dan konduktivitas ionik, SSB dapat mendukung tingkat pengisian yang sangat cepat tanpa merusak sel. Toyota, misalnya, mengharapkan teknologi baterai solid-state-nya memungkinkan pengisian ulang 300 km hanya dalam 15 menit-dua hingga tiga kali lebih cepat dari kecepatan pengisian cepat saat ini dari sebagian besar Lithium-ion EVs, yang biasanya memakan waktu sekitar 30 menit untuk mengisi daya dari 10% hingga 80%.

Penggunaan elektrolit padat, yang tidak mudah terbakar, menghilangkan salah satu risiko keamanan utama sel baterai tradisional. Keramik solid atau elektrolit kaca tidak terbakar dan dapat beroperasi di kisaran suhu yang lebih luas. Mereka juga tetap stabil pada tegangan yang lebih tinggi, memungkinkan penggunaan bahan katoda berkapasitas tinggi dan menekan pertumbuhan lithium dendrit - sehingga meningkatkan umur siklus dan keamanan.

Selain itu, SSBS mungkin lebih mudah didaur ulang karena desainnya yang lebih sederhana - tanpa perlu campuran pelarut dan pengikat yang kompleks - dan menghindari penggunaan aditif dan perekat yang bermasalah.

Dengan begitu banyak keuntungan, orang mungkin berasumsi bahwa baterai solid-state akan dengan mudah dan dengan cepat menggantikan baterai lithium-ion. Namun, jika bukan karenaBiaya tinggi mereka, SSB mungkin sudah mengambil alih.

Biaya tetap menjadi penghalang paling signifikan untuk adopsi yang luas. BMW Group, misalnya, telah mengakui tantangan ini. Sementara perusahaan diperkirakan akan mengungkap kendaraan prototipe yang dilengkapi dengan baterai solid-state akhir tahun ini, ia telah menyatakan bahwa peluncuran komersial kendaraan listrik bertenaga SSB tidak mungkin dalam dekade mendatang.

Produsen Baterai Cina Sunwoda memperkirakan bahwa baterai solid-state bisa menelan biaya$ 275 per kWh, kira-kira setara dengan baterai semi-solid-state. Namun, karenaBiaya pemrosesan material yang tinggiDanhasil manufaktur rendah, biaya aktual bisa secara signifikan lebih tinggi dalam praktiknya.

Sampai tantangan ini ditangani - terutama dalam meningkatkan produksi dan mengurangi biaya material - baterai solid -state cenderung tetap berada di tahap awal atau segmen premium pasar, daripada mencapai penyebaran komersial yang meluas.

Sebagai perbandingan, pada Desember 2024, harga rata-rata paket baterai lithium-ion di Cina telah turun ke$ 94 per kWh. Harga di AS dan Eropa tetap ada30% hingga 50% lebih tinggi, tetapi masih signifikanlebih rendah dari baterai solid-state.

Dengan demikian,Biaya tetap menjadi hambatan utamaPara pendukung teknologi baterai solid-state harus diatasi untuk benar-benar mengganggu pasar penyimpanan energi. Dalam hal ini,baterai natrium-ion dan lithium-ion jauh di depanbaterai solid-state.

Tantangan kritis lainnya termasukmeningkatkan produksi, khususnya diPembuatan massal elektrolit keramikdanMajelis yang andalsel-sel solid-state. MengelolaAntarmuka antara elektrolit padat dan elektrodajuga menjadi perhatian, karena dapat mengakibatkan resistensi antarmuka yang tinggi atau retak selama beberapa siklus pengisian daya-keduanya menghambat komersialisasi skala penuh.

Apalagi memastikanDaya tahan dalam kondisi stres dunia nyata, seperti getaran, fluktuasi suhu, dan pengisian cepat, tetap menjadi salah satu rintangan teknis yang paling mendesak.

Baterai solid-state membaik pada teknologi lithium-ion dengan mengubah elektrolit dan meningkatkan kepadatan energi, tetapi biaya tinggi tetap menjadi tantangan utama. Sebaliknya, baterai natrium-ion (Na-ion) menghadapi masalah yang berlawanan. Dengan mencoba mengganti elemen yang digunakan dalam baterai lithium-ion dengan bahan yang lebih umum, biaya baterai natrium-ion dapat turun secara signifikan, tetapi mereka menghadapi tantangan dalam hal kepadatan energi.

Baterai natrium -ion beroperasi dengan cara yang sama seperti baterai lithium -ion - ion antar -jemput antara katoda dan anoda - tetapi mereka menggunakan ion natrium sebagai ganti ion lithium. Pergeseran ini mengubah segalanya, darikemudahan sumber bahan bakukeketerjangkauan- Yang merupakan salah satu faktor utama yang akan menentukan teknologi baterai utama di masa depan.

Biaya rendah baterai natrium-ion berarti bahwa pada tahun 2030, mereka akan memperhitungkankurang dari 10% baterai kendaraan listrik, tapi bagian mereka masukpenyimpanan energiAplikasi diperkirakan akan meningkat secara signifikan. Penggunaan baterai ion natriumbahan yang lebih murahdan tidak memerlukan lithium, yang berarti biaya produksinya bisa30% lebih rendah dari lithium besi fosfat (LFP)baterai.

Daya tarik terbesar teknologi natrium-ion terletak pada kemampuannya untuk memanfaatkanbahan yang berlimpah dan murahuntuk menggantikan yang lebih langka. Cadangan natrium di kerak bumi adalah1, 000 kali lebih besardaripada lithium. Natrium bahkan dapat diekstraksi dengan murahAir laut yang relatif tidak ada habisnya.

Berkat inovasi di lapangan, baterai natrium-ion (NA-ion) kini telah mencapai kepadatan energi sekitar130-160 wh/kg, yaitu tentangdua pertigaBaterai lithium-ion nmc (nikel mangan kobalt) khas. Namun, mereka telah mencapai atau bahkan melampaui kepadatan energiBaterai asam timbal, dan mendekati ituLithium Iron Phosphate (LFP)baterai.

Para ahli mengklaim bahwa generasi baterai natrium-ion berikutnya akan mencapaiLebih dari 200 Wh/Kg, berpotensi melampaui batas kepadatan energi teoretisBaterai LFP. Umur khas baterai natrium-ion berkisar100 hingga 1, 000 siklus, dan pengembang India KPIT mengklaim baterainya mempertahankanRetensi kapasitas 80% setelah 6, 000 siklus, sebanding dengan kinerja baterai lithium-ion.

Baterai natrium-ion juga unggulkinerja daya dan suhu rendah. Beberapa desain mampuSekitar 1 kW/kg kepadatan daya, yang jauh melebihiBaterai Lithium-Ion NMC atau LFP. Selain itu, baterai natrium-ion menunjukkanDegradasi kinerja minimalpada suhu serendah-20 derajat, sedangkan baterai lithium-ion berjuang untuk mempertahankan biaya atau mengisi daya secara efisien dalam kondisi dingin seperti itu.

Baterai natrium-ion juga bisasepenuhnya habis ke 0 vtanpa menyebabkan kerusakan, membuatnya sangat amantransportasi dan penyimpanan. Karena generasi panas yang lebih rendah dan penggunaan bahan yang tidak mudah terbakar dalam banyak desain, baterai natrium-ion juga menunjukkanStabilitas termal yang unggul. Faktanya,risiko kebakaranpaket baterai natrium-ion diharapkansecara signifikan lebih rendahdari pada paket baterai lithium-ion, meningkatkankeamananDalam aplikasi seperti kendaraan listrik dan penyimpanan jaringan.

Fitur-fitur ini menjadikan baterai natrium-ion sebagai pilihan yang menarik, bahkan untuk para pemimpin baterai lithium-ion di Cina. Tahun lalu, stasiun penyimpanan energi baterai natrium-ion skala besar pertama China mulai beroperasi-a10 MWH fasilitas penyimpanan baterai natrium-ion, bagian dari proyek 100 MWH. Fasilitas ini, dibangun oleh China Southern Power Grid, menggunakan210 Ah Sel-sel ion natriumdan memiliki beberapa data yang mengesankan: baterai bisadibebankan menjadi 90% hanya dalam 12 menit.

Raksasa manufaktur baterai globalKontemporer Amperex Technology Co. Limited (CATL)jelas ingin mengeksplorasi potensi baterai natrium-ion. Misalnya, ia mengintegrasikan baterai natrium-ion ke dalamnyaInfrastruktur dan produk baterai lithium-ion. Perusahaan mengungkapkan hal itu2023, Pembuat mobil CinaCherymenjadi perusahaan pertama yang menggunakan baterai natrium-ion Catl.

Di dalamJanuari 2024, pembuat mobil terbesar di Asia Tengah dan salah satu pemasok baterai terbesar,Byd, mengumumkan rencana untuk membangun a$ 1,4 miliarpabrik baterai natrium-ion dengan kapasitas produksi tahunan30 GWH.

Perusahaan Eropa juga mengeksplorasi teknologi ini. Produsen baterai yang sekarang bangkrutNorthvoltdiluncurkan a160 WH/KG Baterai Sodium-Ionpada November 2023, yang diverifikasi untuk kinerja. Di Inggris,Faradiontelah menjadi pelopor teknologi baterai natrium-ion selama lebih dari satu dekade. Diakuisisi oleh IndiaIndustri ReliancePada tahun 2021, Faradion mengembangkan a160 WH/KG Bateraidan sekarang meluncurkan versi yang lebih baik yang menawarkanKepadatan energi 20% lebih tinggiDanKehidupan siklus 30% lebih lama. Reliance Industries juga telah mengumumkan rencana untuk membangun apabrik baterai natrium-ion multi-GWhdi India, dengan produksi kemungkinan akan dimulai2025.

Perkembangan ini sangat menunjukkan bahwa baterai natrium-ion diatur untuk menjadi teknologi yang mampu menantang dominasi baterai lithium-ion.

Sedangkan teknologi baterai yang muncul -Baterai Sodium-IonDanBaterai solid-state- Tunjukkan potensi yang menjanjikan, sulit untuk memprediksi mana yang pada akhirnya akan mendominasi. Mengingat keuntungan masing -masing, kedua teknologi mungkin memainkan peran penting dalam memajukanenergi bersihDantransportasi bersihdi masa depan.

Jika biaya baterai solid -state berkurang - berpotensi turun dari arus$ 150+/kWhuntuk baterai lithium-ion ke sekitar$ 80- $ 100/kWh- Baterai solid-state bisa mendominasiSegmen berkinerja tinggi, seperti kendaraan listrik, dalam dekade berikutnya. Ini adalah skenario yang masuk akal. ItuBadan Energi Internasional (IEA)memegang pandangan optimis padaBiaya baterai solid-state Post -2030, menyoroti bahwa teknologi solid-state cenderung mencapai kelayakan komersial.

Di sisi lain, baterai ion natrium lebih banyakkompetitif biaya, membuat mereka sangat cocok untukpenyimpanan kisiDanPasar Berkembang, dan mereka diharapkan untuk mencapai kesuksesan lebih cepat. Banyak pendukung mendorong pembangunanproyek skala besarDi selanjutnyadua hingga tiga tahun. Pada tahun 2024, ThePasar Sistem Penyimpanan Energi Baterai (BESS)tumbuh dengan44%, dengan kapasitas terpasang dan jumlah pembuangan mencapai69 GW/161 GWH. Khususnya, oleh2030, baterai diharapkan mengemudi90% pertumbuhan penyimpananuntuk bertemutarget net-nol.

Akibatnya, berbagai teknologi baterai akan muncul di masa depankeadaan solidDanBaterai Sodium-Ioncenderung memimpin jalan.