Natriumioniakku

Natriumioniakku (NIB tai SIB ) on ladattava akku, joka käyttää natriumioneja (Na+) varauksen kantajina. Sen toimintaperiaate ja kennorakenne ovat samanlaiset kuin litiumioniakuissa (LIB), mutta ne käyttävät natriumioneja litiumionien sijaan. Kiinnostus natriumioniakkuja kohtaan alkoi kasvaa 2010- ja 2020-luvuilla johtuen suurelta osin useiden litiumioniakkuihin tarvittavien materiaalien epätasaisesta maantieteellisestä jakautumisesta, suurista ympäristövaikutuksista ja korkeista kustannuksista. Tärkeimmät näistä ovat litium, koboltti, kupari ja nikkeli, joita ei välttämättä tarvita natriumioniakuissa. Natriumioniakkujen suurin etu on natriumin runsas esiintyminen maaperässä, mikä helpottaa materiaalien saatavuutta ja alentaa materiaalien hintaa. Yleisesti saatavilla olevien materiaalien lisäksi natriumioniakku toimii kylmemmissä lämpötiloissa ja akku on vaurioituessaan turvallisempi kuin litiumioniakku. Käyttöönottoon liittyviä haasteita ovat esimerkiksi alhainen energiatiheys ja liian lyhyt elinikä. Natriumioniakun energiatiheys on tyypillisesti 150 Wh/kg, kun taas litiumioniakulla energiatiheys on välillä 150-300 Wh/kg.

Natriumioniakkuja käyttäviä sähköajoneuvoja ei toistaiseksi ole kaupallisesti saatavilla. Vuonna 2022 maailman suurin akkuvalmistaja CATL ilmoitti kuitenkin aloittavansa natriumioniakkujen massatuotannon ja helmikuussa 2023 kiinalainen HiNa Battery Technology Co., Ltd. sijoitti 140 Wh/kg natriumioniakun ensimmäistä kertaa sähköiseen testiautoon. Marraskuussa 2024 CATL ilmoitti uudesta korkeamman energiatiheyden akusta, jonka sarjatuotanto alkaisi vuonna 2027. Uuden akun energiatiheys on 200 Wh/kg, joka on parannus edellisestä vuonna 2021 julkaistusta 160 Wh/kg akusta.

 Historia 
Natriumioniakku kehitettiin 1970-luvulla ja 1980-luvun alussa. 1990-luvun alkaessa litiumioniakut olivat kuitenkin osoittaneet enemmän kaupallista potentiaalia, mikä tyrehdytti kiinnostuksen natrium-ioni-akkuja kohtaan. 2010-luvun alussa kiinnostus lähti uudelleen nousuun johtuen suurelta osin litiumioniakkujen raaka-aineiden kallistumisesta.

 Toimintaperiaate 
Natriumioniakkukennot koostuvat katodista, anodista ja nestemäisestä elektrolyytistä. Katodimateriaalit sisältävät natriumia, joka voidaan poistaa materiaalin kiderakenteesta ilman että rakenne romahtaa. Anodimateriaalit eivät välttämättä sisällä natriumia, mutta niiden täytyy pystyä vastaanottamaaan natriiumioneja ilman suuria rakennenmuutoksia. Elektrolyytti sisältää dissosioituneita natriumsuoloja polaarisissa proottisissa tai aproottisissa liuottimissa. Kun akkua ladataan, natriumionit siirtyvät katodilta anodille, ja samanaikaisesti elektronit kulkevat ulkoisen piirin kautta niin ikää katodilta anodille. Purkauksen aikana prosessi on päinvastainen.

 Lähteet 

Luokka:Akut