Świt alternatywy: Historia odrodzenia akumulatorów sodowo-jonowych

W wyścigu o dominację w magazynowaniu energii istniał jeden materiał, który przez dziesięciolecia pozostawał w cieniu litu, czekając na swój moment.
Historia akumulatorów sodowo-jonowych nie zaczyna się teraz, ani nawet w XXI wieku, ale w laboratoriach lat 70. XX wieku, kiedy pierwsi badacze zaczęli zgłębiać możliwości tego obfitego i ekonomicznego pierwiastka.
To w 1978 roku naukowcy po raz pierwszy udokumentowali interkalację jonów sodu w materiałach takich jak TiS₂, kładąc podwaliny pod to, co dekady później miało stać się prawdziwą rewolucją energetyczną.
Jednak, jak to często bywa w nauce, ścieżka się skrzywiła: lit, lżejszy i o wyższej gęstości energii, ukradł całą uwagę.
W latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, podczas gdy akumulatory litowo-jonowe podbijały najpierw elektronikę przenośną, a potem zbiorową wyobraźnię, badania nad sodem zostały zepchnięte na akademicki margines.
Pojawiały się próby, takie jak pierwszy „akumulator fotelowy” z sodem na początku lat osiemdziesiątych, a nawet istotny kamień milowy w 1993 roku, kiedy zademonstrowano funkcjonalny prototyp z nieuporządkowaną anodą węglową. Ale świat patrzył gdzie indziej. Przemysł potrzebował małych, wydajnych urządzeń do kamer, komputerów i telefonów, a lit spełniał tę funkcję doskonale. Sód, cięższy i bardziej obszerny, wydawał się skazany na bycie jedynie laboratoryjną ciekawostką.
Trzeba było czekać do przełomu dekad, a konkretnie do 2011 roku, aby ktoś zdecydował się na niego poważnie postawić.
W tym roku w Wielkiej Brytanii narodziła się Faradion, pierwsza na świecie firma poświęcona wyłącznie komercyjnemu rozwojowi akumulatorów sodowo-jonowych. Posunięcie wydawało się ryzykowne, a nawet przedwczesne, ale odpowiadało na obawy, które zaczynały kiełkować wśród ekspertów: lit nie jest nieskończony, jego wydobycie jest zanieczyszczające, a jego cena zależy od napięć geopolitycznych w regionach takich jak Ameryka Południowa czy Australia. Sód natomiast znajduje się w każdej szklance wody morskiej. Pomysł był zbyt dobry, by go zignorować.
Ale pierwsze kroki były niepewne. Jednym z głównych wyzwań technicznych, przed którymi stanęli ci pionierzy, była niska wydajność podczas pierwszego cyklu ładowania, krytycznego procesu zachodzącego podczas produkcji akumulatora. Podczas gdy lit z łatwością przekraczał 90% początkowej wydajności, pierwsze prototypy sodowe osiągały znacznie skromniejsze wartości, czasami poniżej 20%. Oznaczało to, że znaczna część pojemności była tracona, zanim w ogóle zaczęto używać akumulatora. Naukowcy na całym świecie, tacy jak ci z Federalnego Instytutu Badań i Testowania Materiałów (BAM) w Niemczech, zaczęli pracować nad rozwiązaniami, osiągając znaczące postępy, takie jak zwiększenie tej wydajności z 18% do 82% dzięki nowatorskim projektom anod.
Pomimo trudności, bakcyl sodu ugryzł już przemysł. Pod koniec drugiej dekady XXI wieku to Chiny stały się sceną, na której ta technologia zaczęła nabierać rozpędu.
Firmy takie jak HiNa Battery rozpoczęły produkcję pierwszych ogniw z rzeczywistymi zastosowaniami, a w 2021 roku osiągnęły historyczny kamień milowy: uruchomienie pierwszego wielkoskalowego systemu magazynowania energii z akumulatorami sodowymi, projektu o mocy 1 MWh, który udowodnił, że technologia może opuścić laboratorium i zmierzyć się z realnym światem. Wkrótce potem gigant CATL wkroczył na scenę z ogłoszeniem swojej pierwszej komercyjnej generacji, dając ostateczny impuls alternatywie, którą do tej pory wielu uważało za drugorzędną obietnicę.
Tak oto, wśród wątpliwości i postępów, porażek i małych zwycięstw, akumulatory sodowo-jonowe budowały własną ścieżkę. Nie zamierzały zabić litu, ale zająć przestrzeń, której lit nie mógł pokryć. Historia naukowej wytrwałości, która, jak zobaczymy, jest daleka od zakończenia. Właściwie dopiero się zaczynała.