Natriumjonbatteri kontra litiumjonbatteri: vilket är bäst?

Även om litiumjonbatterier dominerar marknaden för elfordon finns det fortsatt oro kring råvarubrist, kostnader samt utvinnings- och gruvdriftsmetoder. Litiumproduktion är kostsam och inte särskilt miljövänlig.

I jämförelse finns det gott om natriumkarbonat. Det är faktiskt det sjätte vanligaste grundämnet på jorden och förekommer mer än 1 000 gånger oftare än litium. Natrium har alltså några betydande fördelar när det gäller tillgänglighet och kostnad, men det finns några viktiga hinder för användning i elbilar.

Just nu verkar det som om natriumjonbatterier är mest lovande för energilagringssystem (ESS) snarare än för elbilar.

Innehållsförteckning

• Natriumjonbatterier vs. litiumjonbatterier: En jämförelse
• Geopolitisk påverkan
• Marknadspotential
• Utmaningar och möjligheter för natriumjonbatterier
• Vilken teknik är bäst?

Natriumjonbatterier vs. litiumjonbatterier: En jämförelse

Som ni kan se har natriumjonceller, producerade i stor skala, några tydliga fördelar, särskilt när man beaktar kostnaden och tillgängligheten av råvaror samt miljöpåverkan. Energitätheten hindrar dock natriumjonbatterier från att användas i stor skala i elfordon. Lägre energitäthet innebär att man behöver större celler, vilket ökar vikten avsevärt och tar mer plats.

Geopolitisk påverkan

När man jämför de två måste man dock ta hänsyn till geopolitiken. Kina är världens ledande producent av litiumjonbatterier. CATL är den största aktören och står för cirka 35 % av marknadsandelen, följt av BYD och LG Energy Solutions som tillsammans står för ytterligare 21 %.

Den huvudsakliga leverantören av natriumkarbonat är USA. USA:s önskan om större energioberoende och minskat beroende av Kina kan komma att påverka natriums framtid som batterikemikalie.

Marknadspotential

För närvarande har natriumjon en marknadsandel på cirka 5 %. Den förväntas växa till 30 % fram till 2030, men främst inom energilagring.

JAC Groups Yiwei, med stöd av VW, lanserade den första natriumjon-drivna elbilen och det finns potential för små fordon. Litiumjärnfosfatbatterier (LFP) har dock redan en jämförbar produktionskostnad i det fallet. Den genomsnittliga kostnaden per kilowattimme är nästan identisk, medan LFP-batterier har längre livslängd.

”Sammantaget är kostnadsskillnaden mellan natriumjon- och LFP-kemier sannolikt mycket liten. Med tanke på den potentiella prestandafördelen hos LFP-batterier gör kostnadsskillnaden inte natriumjon till en klar vinnare.” — Innovation News Network

För närvarande utgör litium-nickel-mangan-kobolt-batterier (NMC) cirka 50 % av marknaden, medan LFP-batterier står för 38 %. År 2030 förväntas de två teknikerna uppgå till 42 % respektive 41 %. 

Med hänsyn till de minimala kostnadsskillnaderna och den bättre prestandan är LFP-batterier sannolikt det mer attraktiva alternativet. Litiumjontekniken förväntas också bli billigare och prestandan bättre tack vare fortsatt forskning och utveckling.

”Införandet av natriumjonberor på om prototypens prestanda kan uppnås i stor skala och kommer också att begränsas av fortsatta förbättringar av LFP-energitätheten och sjunkande kostnader.”  — Industry Week

Utmaningar och möjligheter för natriumjonbatterier

En av de största utmaningarna för natriumjonbatterier är rent fysikalisk. Natriums massa är tre gånger större än litiums, vilket minskar den gravimetriska energitätheten. Med en energitäthet som är cirka 30 % lägre än litiumjon blir räckvidden ett problem.

Redoxpotentialen, som är molekylers tendens att vinna eller förlora elektroner i en kemisk reaktion, är också cirka 10–25 % lägre än för litium. Det innebär att natriumjonbatterier avger mindre energi per jon som når katoden.

Natriumjonbatterier har dock en enorm potential för energilagring. År 2026 förutspås 70 % av natriumjonbatterierna användas för energilagring för att stödja elnätet. Endast 18 % kommer att användas i elfordon och resten i mindre fordon, såsom skotrar. Det finns också en stor potential för energilagring i hemmet.

Dessa möjligheter kan dock begränsas av leveranskedjan, infrastrukturen och fabrikerna för tillverkning av natriumjonbatterier. År 2027 förutspås natriumjonlösningar kunna producera 3,8 terawattimmar energi, men detta kommer inte att räcka för att möta efterfrågan. Även år 2030 förutspås produktionskapaciteten öka till 6,4 terawattimmar, men efterfrågan kommer att ligga på 7,6 terawattimmar.

Vilken teknik är bäst?

Båda har sina för- och nackdelar och vi kommer sannolikt att se olika användningsområden. Generellt sett ses natriumjon som ett komplement snarare än en ersättning när det gäller tillverkning av elbilar. CATL utvecklar till exempel en AB-batteripacklösning, som kombinerar natriumjonbatterier och litiumjonbatterier i ett enda batteripack.

Framöver verkar det som om litiumjon kommer att vara det föredragna valet för elbilar, medan natriumjon kommer att föredras för energilagring — där vikt och densitet är mindre viktiga faktorer — och extremt små elbilar eller automatiserade styrda fordon.

Är du batteritillverkare?

Lasrar används allt oftare för att svetsa, rengöra och märka batterier. Kontakta oss för att få veta hur lasrar kan hjälpa dig att tillverka batterier mer effektivt.

Prata med en expert

Källor

1.  https://education.nationalgeographic.org/resource/lithium-101/
2. https://www.rsc.org/periodic-table/element/11/sodium
3. https://www.metal.com/price/New%20Energy/Lithium
4. https://www.metal.com/Sodium-ion%20Battery/202404290001
5. https://www.spglobal.com/mobility/en/research-analysis/briefcase-sodium-ion-batteries-to-unseat-lithium.html
6. https://physics.aps.org/artiklar/v17/73
7. https://www.gep.com/blog/strategy/lithium-ion-vs-sodium-ion-battery

Stéphane Melançon

Teknisk expert och konsult inom batterier och elektriska framdrivningssystem, Stéphane har en examen i fysik med inriktning mot fotonik, optik, elektronik, robotik och akustik. Engagerad i omställningen till elfordon har han utvecklat industriella batteripaket för elcyklar. På fritiden driver han en YouTube-kanal om allt som rör el.

Webbplats LinkedIn