Start-up-urile americane mizează pe bateriile cu ioni de sodiu pentru a readuce producția în SUA

În timp ce valurile de căldură au pârjolit Europa în această vară, angajații unei companii americane producătoare de baterii au observat o creștere a cererii.

Compania Unigrid, cu sediul în San Diego, vinde o baterie de nouă kilowați-oră pentru locuințe. Proprietarii de case din Europa, afectați de temperaturile extrem de ridicate, au căutat aparent soluții pentru a stoca energia atunci când aceasta era disponibilă din rețea la tarife mai mici. Ulterior, puteau folosi energia acumulată pentru a alimenta aparatele de aer condiționat în cea mai fierbinte parte a zilei, la un cost mai redus.

„Primim solicitări din Spania, Franța, Germania și Țările de Jos”, spune Darren Tan, cofondator și director executiv al companiei. „Am livrat primele 100 de unități și [ne așteptăm să livrăm] 1.000 până la sfârșitul anului.”

Bateria Unigrid folosește o tehnologie emergentă: este bazată pe ioni de sodiu, nu pe ioni de litiu. Bateriile cu ioni de sodiu au stârnit interesul specialiștilor în stocarea energiei, deoarece ar putea ajunge să fie mult mai ieftin de construit și de exploatat decât cele litiu-ion.

Acestea ar putea fi mai puțin predispuse la incendii și ar trebui să funcționeze într-un interval mai larg de temperaturi, inclusiv la temperaturi de până la minus 40 de grade Celsius.

Totuși, există încă o dezbatere cu privire la designul care oferă cele mai bune performanțe și cel mai înalt nivel de siguranță pentru bateriile cu ioni de sodiu. În plus, mai multe companii americane care activează în acest domeniu au întâmpinat dificultăți în ultimii ani.

În prezent, China conduce la nivel mondial în producția de baterii cu ioni de sodiu, astfel că producătorii americani vor trebui să depună eforturi considerabile pentru a ține pasul.

Miza este posibilitatea de a produce în Statele Unite baterii realizate integral din materiale provenite din această țară. Situația ar fi diferită față de bateriile litiu-ion, pentru care China domină atât lanțul de aprovizionare cu materii prime, cât și procesul de fabricație.

Pentru Darren Tan, China a ajutat compania să ajungă mai repede pe piață. Bateria Unigrid folosește în prezent celule cu ioni de sodiu fabricate acolo, nu în Statele Unite. „Putem schimba sursa și putem alege bateria cu care vrem să lucrăm”, explică Tan. El spune că, în viitor, compania sa ar putea cumpăra celule produse în Statele Unite, deși acestea ar putea avea un cost diferit.

Există însă și un alt aspect important. Bateria Unigrid conține crom-3 în catodul său. Într-o baterie, electronii circulă de la catod la anod în timpul încărcării și în direcția opusă atunci când bateria se descarcă sau furnizează energie.

Profesoara Dame Clare Grey de la Universitatea Cambridge, cofondatoare a companiei de baterii Nyobolt, atrage atenția că, în anumite condiții, cromul-3 se poate transforma în crom-6, o substanță toxică și cancerigenă.

„Dacă alegi să folosești sodiu […] și vrei să vinzi ideea de siguranță, atunci nu începe să introduci elemente care vor ridica semnale de alarmă”, afirmă ea.

Ivana Hasa, de la Warwick Manufacturing Group, din cadrul Universității Warwick, care nu are nicio legătură cu Unigrid, este de acord că transformarea cromului-3 în crom-6 este posibilă la niveluri foarte ridicate de încărcare. Ea precizează însă că fenomenul poate fi limitat prin modul în care este controlată tensiunea în interiorul bateriei. „Testele de siguranță raportate pentru această chimie a celulei sunt foarte promițătoare”, spune Hasa despre tehnologia Unigrid.

Tan susține că îngrijorările legate de toxicitatea materialelor folosite în baterie sunt „exagerate” și subliniază că bateria Unigrid a trecut testele de certificare și siguranță necesare pentru a fi comercializată în Europa. În prezent, produsul este supus unor evaluări similare pentru piața americană.

Potrivit lui Tan, testele realizate de terți nu au reușit să determine formarea cromului-6 în baterie. „Am încercat foarte mult să îl producem, am supraîncărcat bateria cât am putut de mult... Nu am reușit să generăm crom-6”, afirmă el.

Alegerea materialului pentru catod și modul în care este formulat electrolitul, care separă catodul de anod, sunt detalii esențiale pentru performanța și durata de viață a bateriilor cu ioni de sodiu. Unii producători nu folosesc crom pentru catod, ci carbon dur sau pirofosfat de fosfat de fier și sodiu, cunoscut sub abrevierea NFPP.

În general, încrederea în fiabilitatea bateriilor cu ioni de sodiu a crescut în ultimii ani, afirmă profesoara Dame Clare Grey. Din acest motiv, ele încep să fie utilizate în proiecte de stocare a energiei pentru rețelele electrice.

În luna decembrie a anului trecut, bateriile LFP, o formă relativ ieftină de baterie litiu-ion, se comercializau la aproximativ 81 de dolari pe kilowatt-oră. Prețul bateriei cu ioni de sodiu produsă de Unigrid este de aproximativ 100 de dolari pe kilowatt-oră.

Unele companii estimează că bateriile cu ioni de sodiu ar putea ajunge la un preț de numai 30 de dolari pe kilowatt-oră. Analiștii consideră însă că atingerea unor costuri atât de scăzute ar putea dura încă mulți ani.

Bateriile cu ioni de sodiu au și o densitate energetică mai mică decât cele litiu-ion. Prin urmare, ele trebuie să fie puțin mai mari și mai grele pentru a furniza aceeași cantitate de energie.

Tehnologia s-a îmbunătățit în ultimii ani, însă este puțin probabil ca celulele cu ioni de sodiu să fie utilizate în dispozitive mici și foarte consumatoare de energie, precum telefoanele inteligente. Soluțiile de stocare de dimensiuni mari sunt considerate domeniul în care această tehnologie ar putea domina.

„Credem că bateriile cu ioni de sodiu […] vor ajunge să reprezinte 80% din piață”, spune David Bell, cofondator și director executiv al companiei Emerald Battery Labs, cu sediul în Seattle.

Bell a refuzat să ofere detalii despre designul bateriei la care lucrează compania sa. El afirmă însă că Emerald se bazează, la rândul său, pe celule cu ioni de sodiu provenite din China, în timp ce dezvoltă primul său produs: baterii auxiliare de 12 volți pentru vehicule. Acestea sunt furnizate în prezent unor flote comerciale neidentificate din Statele Unite.

„Am analizat piața și am spus: «Hei, nimeni nu încearcă să atace acest segment, așa că haideți să o facem noi, cei de la Emerald Battery Labs»”, afirmă Bell. Următorul obiectiv al companiei este să dezvolte anozi noi pentru celulele cu ioni de sodiu produse în Statele Unite.

O altă companie, Peak Energy, cu activități în California și Colorado, a anunțat în luna iunie un parteneriat cu General Motors. Cele două firme intenționează să dezvolte un lanț de aprovizionare american pentru baterii cu ioni de sodiu, astfel încât să permită stocarea energiei la scară largă pentru rețelele electrice.

Și Peak Energy se bazează în prezent pe celule provenite din China pentru primele sale instalații. Compania speră însă să ajute General Motors să lanseze o unitate de producție în Michigan până la sfârșitul anului 2028, spune Cameron Wiles, președinte și cofondator al companiei. „China nu are un avans imposibil de recuperat în domeniul bateriilor cu ioni de sodiu”, afirmă el.

Unul dintre motivele pentru care firmele americane cred că pot concura este creșterea rapidă a cererii de energie generată de centrele de date. Acestea contribuie la majorarea emisiilor de gaze cu efect de seră în Statele Unite. Cererea alimentată de centrele de date crește și în alte regiuni ale lumii, inclusiv în Regatul Unit.

„Este o oportunitate”, spune Drew Buckley, directorul executiv al companiei ESS Tech, cu sediul în Oregon. El consideră că bateriile cu ioni de sodiu ar putea ajuta la distribuirea energiei regenerabile către centrele de date. În plus, aceste baterii ar trebui să fie mai ieftin de exploatat decât alternativele litiu-ion, deoarece nu ar necesita un nivel la fel de ridicat de răcire.

ESS Tech colaborează cu Alsym, o altă companie americană care intenționează să livreze, până în 2027, „sute” de megawați-oră de baterii cu ioni de sodiu produse în Statele Unite.

Hasa spune că va fi „o provocare” pentru companii să creeze o producție de masă pentru bateriile cu ioni de sodiu. Ea observă, de asemenea, că, deși acest tip de baterie este prezentat adesea ca fiind mult mai sigur decât cel litiu-ion, riscul de incendiu nu dispare complet.

Totuși, dacă unele companii vor reuși să se impună în acest domeniu, ele ar putea oferi noi opțiuni strategice. Bateriile ar putea contribui la reducerea risipei de energie regenerabilă și, posibil, la menținerea unor costuri mai mici pentru consumatori. „Sunt un susținător ferm al acestei tehnologii”, spune Hasa.