סוללות / הצלחה של כימיית נתרן-יון עשויה להקל על מתחים גיאופוליטיים

• כימיית נתרן-יון נחשפה בשנה האחרונה כפתרון אפשרי לסגמנטים מסוימים של כלי רכב חשמליים.
• שימוש נרחב בכימיה זו יקטין את הביקוש לחומרים קריטיים לייצור סוללות.
• יפחית את עלות הסוללה בעשרות אחוזים.

IDTechEX, אוטוניוז 21.02.2024 – רבים הופתעו כאשר HiNa חשפה, בפברואר 2023, את מערך תאי סוללת הנתרן-יון (Sodium-Ion) שהחברה פיתחה, כמו גם אבטיפוס של מכונית חשמלית. מאז עבר זמן רב. מכונית המיקרו Sehol E10 (קבוצת JAC), במחיר נמוך, משתמשת בחבילת סוללות בקיבולת 25 קוט״ש העשויה מתאי נתרן-יון גליליים מבית HiNa. בדצמבר 2022, העסק הזמין את קו הייצור הראשון בקיבולת ייצור 1 גו״ש/שנה. במתחם יותקנו חמישה קווים כאלה; אחד אחר מתוכנן לעד 30 גו״ש וסוללות נוספות ייוצרו ברישיון.

תחרות רבה צפויה מיצרניות סוללות דוגמת CATL, Svolt, Farasis, Lifun, DFD, Transimage ואחרות המפתחות סוללות נתרן-יון משלהן שייוצרו השנה בהיקפים גדולים. ניתוח שוק שבוצע ע״י IDTechExבנובמבר 2023, מצביע על צמיחה צפויה של כ-40 גו״ש של SIBs (סוללות נתרן-יון) בלבד עד שנת 2030 לכל הפחות, אך עד 100 גיגה-וואט-שעה/שנה נוספים של קיבולת ייצור צפויה אם השוק יצליח עד 2025. השוק מוכן להפתעה נוספת בדומה להופעתה בקנה מידה גדול של כימיית LFP בשנת 2020.

IDTechEx צופה שסוללות נתרן-יון יחדרו לראשונה לסגמנט רכבי ה-A00 (כלי רכב חשמליים קטנים ובמהירות נמוכה) בסין, מכיוון שהן משמשים בעיקר כנוסעים עירוניים ואינן דורשים טווח ארוך. צפיפות האנרגיה של כלי רכב מסוג A00 בייצור מרוכזת בעיקר בין 140 ל-160 וואט/ק”ג (רמת חבילה), וטווח השיוט הוא בדרך כלל מתחת ל-250 ק”מ, על פי מחקר של IDTechEx. סוללות נתרן-יון נוכחיות יכולות לעמוד במידה רבה בדרישות אלו, כפי שמוצג בדו”ח IDTechEx “Sodium-ion Batteres 2024-2034: Technology, Players, Markets, and Forecasts”.

לאחרונה, התפתח בסין מרוץ להיות הראשון להשתמש בתאי נתרן-יון במכוניות מיקרו חשמליות המיוצרות בנפח גבוה, כאשר Farasis, HiNa ו-CATL הכריזו על תוכניות לספק תאי נתרן-יון ל-JMEV, Sehol וצ׳רי, לדגמי A00 שלהם בהתאמה. יצרניות כלי רכב חשמליים בסגמנט A00 הן רגישות מאד לעלויות, וליישום של סוללות נתרן-יון יש יתרונות מסוימים. בטווח הארוך, כאשר ניתן לייצר סוללות סודיום-יון בקנה מידה, צפוי להן יתרון מחיר של 20-30% על פני סוללות Li-ion.

בעוד שסוללות LFP השתפרו מאז 2015, ההנדסה של מארזי הסוללות (battery packs) השתפרה עוד יותר. מארז הסוללות של ה-Sehol E10X מקורר אוויר, באמצעות מדפים של תאים גליליים, שומר על צפיפות אנרגיה של 120 וואט/ק”ג ברמת המארז. במונחים של משקל, מדובר ב-96% מצפיפות האנרגיה של מארז LFP בצפיפות אנרגיה 125 וואט/ק”ג המאפיינת סוללת 54 קוט״ש המותקנות בטסלה מודל 3 סטנדרט ריינג׳, שהוכרזה לראשונה בשנת 2020. אבל מבחינת נפח, החבילה המקוררת הזו לא תהיה תחרותית. גם התאים הפריזמטיים של HiNa, בעלי צפיפות אנרגיה של 263-283 וואט-שעה/ל׳, אינם נראים כתחליף שימושי לתאי LFP עם 380-450 וואט-שעה/ל׳. עם זאת, ההנדסה של ערכות סוללות תא למארז (CTP) השתפרה מאד אפילו בשנים הספורות מאז שדיברו עליהן לראשונה ב-2019.

CATL הכריזה על סוללות הנתרן-יון שלה בשנת 2021, לצד יעילות אינטגרציה צפויה של למעלה מ-80%. חבילות כאלה הופכות אפילו סוללות נתרן-יון מהדור הראשון לכדאיות כתחליף ישיר לדורות ישנים של מכוניות עם ערכת סוללות LFP של תחילת שנות ה-20׳. אפילו בהתבסס על ביצועים, סוללה מבוססת נתרן תהיה עדיפה על מכוניות עם מארזי LFP ישנים יותר. אלה סוללות הניתנו לטעינה מהירה, מ-10% ל-80% תוך 15 עד 20 דקות, ומאבדות רק 10% מהקיבולת ב-20 מעלות. סוללות נתרן-יון ניתנות לפריקה מלאה, גם ללא סיכון לכשל קטסטרופלי של הסוללה בעת טעינה מחדש, כבמקרה של סוללות ליתיום-יון עקב קולטי זרם נחושת באנודה.

CATL מצפה למכור את הסוללות בעלות קתודות כחולות פרוסיות (Prussian blue) במחיר נמוך, 30-45 ד׳ לקוט”ש, כאשר הן יגיעו לייצור המוני, בזכות עלות חומר הנמוכה מזו של קתודה וסינתזה על בסיס ברזל ללא צורך בהסתיידות (calcination) בטמפרטורה גבוהה. תאים בעלי שכבות חמצון קתודות מתקדמות יותר, צפויים להגיע ל-200-220 וואט/ק”ג ובין 400-500 וואט/ל׳ בשנים הקרובות, לפני סוף העשור. זה יאפשר לכלי רכב להגיע לטווח של למעלה מ-500 ק”מ ללא שימוש בליתיום. זה ישנה מהותית את שוק הסוללות. עם זאת, צפיפות האנרגיה של קתודות NMC ניקל גבוהה ב-20-40% מכל הקתודות הידועות על בסיס נתרן שעלולות להיות ממוסחרות.

אבל זה לא יהפוך את סוללות הנתרן-יון למיותרות. העלות חשובה יותר מצפיפות האנרגיה. חשוב לזכור שעד היום קיימת תעשייה של 400 גיגה-וואט-שעה/ שנה לסוללות עופרת, למרות צפיפות האנרגיה הנמוכה שלהן, 35 וואט/ק”ג בלבד. סוללות נתרן-יון, המבוססות רק על חומרים הנמצאים בכמויות גדולות כנתרן, ברזל, מנגן, פחמן, אלומיניום וכדומה, מספיקות לכלי רכב חשמליים בעלי טווח מעשי של כ-300 ק”מ – אפילו במצבן הפרימיטיבי.

ללא מגבלות על משאבים קריטיים, זה אמור לעזור בהקלת מתחים גיאופוליטיים רבים המצטברים כיום סביב גישה לחומרי סוללה כמו ליתיום, ניקל, קובלט וגרפיט.

מחבר: שאזן סידיקי, אנליסט טכנולוגי בכיר ב-IDTechEx

הדו”ח של IDTechEx “סוללות נתרן-יון 2024-2034: טכנולוגיה, שחקנים, שווקים ותחזיות” מספק סיקור מעמיק של תעשייה מתפתחת זו.