Meskipun harga baterai litium ion kembali turun, minat terhadap penyimpanan energi ion natrium (Na-ion) tidak berkurang. Dengan meningkatnya kapasitas produksi sel secara global, masih belum jelas apakah teknologi menjanjikan ini dapat meningkatkan pasokan dan permintaan. Marija Maisch melaporkan.
Baterai ion natrium sedang menjalani masa komersialisasi yang kritis karena industri mulai dari otomotif hingga penyimpanan energi bertaruh besar pada teknologi ini. Produsen baterai mapan dan pendatang baru berlomba-lomba untuk beralih dari laboratorium ke pabrik dengan alternatif yang layak untuk lithium ion. Dengan standar terbaru untuk mobilitas listrik dan penyimpanan alat tulis, teknologi baru harus menawarkan keunggulan yang telah terbukti. Ion natrium terlihat tepat, dengan keamanan yang unggul, biaya bahan baku, dan kredensial lingkungan.
Perangkat ion natrium tidak memerlukan bahan penting, mengandalkan natrium yang melimpah dibandingkan litium, dan tidak memerlukan kobalt atau nikel. Ketika harga ion litium meningkat pada tahun 2022, di tengah prediksi kekurangan material, ion natrium dianggap sebagai pesaing dan minat tetap kuat, bahkan ketika harga litium ion mulai turun lagi.
“Kami saat ini sedang melacak kapasitas produksi sel ion natrium sebesar 335.4 GWh hingga tahun 2030, menyoroti bahwa masih ada komitmen yang cukup besar terhadap teknologi tersebut,” kata Evan Hartley, analis senior di Benchmark Mineral Intelligence.
Pada bulan Mei 2023, konsultan yang berbasis di London telah melacak 150 GWh hingga tahun 2030.
Lebih murah
Sel ion natrium, yang diproduksi dalam skala besar, bisa 20% hingga 30% lebih murah dibandingkan litium ferro/besi-fosfat (LFP), teknologi baterai penyimpanan stasioner yang dominan, terutama berkat natrium yang melimpah serta biaya ekstraksi dan pemurnian yang rendah. Baterai ion natrium dapat menggunakan aluminium sebagai pengumpul arus anoda, bukan tembaga – yang digunakan dalam ion litium – yang semakin mengurangi biaya dan risiko rantai pasokan. Namun, penghematan tersebut masih potensial.
“Sebelum baterai natrium ion dapat menantang baterai asam timbal dan baterai lithium besi fosfat yang ada, para pelaku industri perlu mengurangi biaya teknologi dengan meningkatkan kinerja teknis, membangun rantai pasokan, dan mencapai skala ekonomi,” kata Shazan Siddiqi, analis teknologi senior di United Perusahaan riset pasar yang berbasis di Kerajaan IDTechEx. “Keunggulan biaya Na-ion hanya dapat dicapai ketika skala produksi mencapai skala produksi yang sebanding dengan sel baterai lithium ion. Selain itu, penurunan harga litium karbonat lebih lanjut dapat mengurangi keunggulan harga yang ditawarkan natrium.”
Ion natrium kemungkinan tidak akan menggantikan ion litium dalam aplikasi yang mengutamakan kinerja tinggi, dan sebaliknya akan digunakan untuk penyimpanan stasioner dan kendaraan listrik mikro. Analis S&P Global memperkirakan lithium ion akan memasok 80% pasar baterai pada tahun 2030, dengan 90% dari perangkat tersebut berbasis LFP. Ion natrium dapat menguasai 10% pasar.
Pilihan yang tepat
Para peneliti telah mempertimbangkan ion natrium sejak pertengahan abad ke-20 dan perkembangan terkini mencakup peningkatan kapasitas penyimpanan dan siklus hidup perangkat, serta bahan anoda dan katoda baru. Ion natrium lebih besar dibandingkan litium, sehingga sel ion natrium memiliki voltase lebih rendah serta kepadatan energi gravimetri dan volumetrik yang lebih rendah.
Kepadatan energi gravimetri ion natrium saat ini berkisar antara 130 Wh/kg hingga 160 Wh/kg, namun diperkirakan akan mencapai 200 Wh/kg di masa mendatang, di atas batas teoretis untuk perangkat LFP. Namun, dalam hal kepadatan daya, baterai ion natrium dapat memiliki daya 1 kW/kg, lebih tinggi dibandingkan baterai nikel-mangan-kobalt (NMC) yang berkapasitas 340W/kg hingga 420 W/kg dan baterai LFP yang berkapasitas 175 W/kg hingga 425 W/kg.
Meskipun masa pakai perangkat ion natrium 100 hingga 1,000 siklus lebih rendah dibandingkan LFP, pengembang India KPIT telah melaporkan masa pakai dengan retensi kapasitas 80% untuk 6,000 siklus – bergantung pada kimia sel – sebanding dengan perangkat ion litium.
“Masih belum ada satu pun bahan kimia yang unggul dalam baterai ion natrium,” kata Siddiqi dari IDTechEx. “Banyak upaya penelitian dan pengembangan yang dilakukan untuk menemukan bahan aktif anoda/katoda sempurna yang memungkinkan skalabilitas melampaui tahap laboratorium.”
Mengacu pada organisasi ilmu keselamatan Underwriter Laboratories yang berbasis di Amerika Serikat, Siddiqi menambahkan bahwa “Oleh karena itu, standardisasi UL untuk sel ion natrium masih jauh dan ini membuat OEM [produsen peralatan asli] ragu-ragu untuk berkomitmen pada teknologi semacam itu.”
Putih Prusia, polianion, dan oksida berlapis adalah kandidat katoda yang memiliki bahan lebih murah daripada bahan litium ion. Yang pertama, yang digunakan oleh Northvolt dan CATL, tersedia secara luas dan murah namun memiliki kepadatan energi volumetrik yang relatif rendah. Perusahaan yang berbasis di Inggris, Faradion, menggunakan oksida berlapis, yang menjanjikan kepadatan energi lebih tinggi namun terhambat oleh penurunan kapasitas seiring berjalannya waktu. Tiamat Perancis menggunakan polianion, yang lebih stabil tetapi mengandung vanadium beracun.
“Mayoritas produsen sel yang merencanakan kapasitas baterai ion natrium akan menggunakan teknologi katoda oksida berlapis,” kata Hartly dari Benchmark. “Faktanya, 71% dari pipa [sel] adalah lapisan oksida. Demikian pula, 90.8% dari pipa katoda ion natrium adalah oksida berlapis.”
Meskipun katoda adalah penggerak biaya utama untuk baterai litium ion, anoda adalah komponen termahal dalam baterai natrium ion. Karbon keras adalah pilihan standar untuk anoda ion natrium tetapi kapasitas produksinya tertinggal dibandingkan sel ion natrium, sehingga menaikkan harga. Bahan karbon keras baru-baru ini diperoleh dari beragam prekursor seperti kotoran hewan, lumpur limbah, glukosa, selulosa, kayu, batu bara, dan turunan minyak bumi. Grafit sintetik, bahan anoda ion litium yang umum, hampir secara eksklusif bergantung pada dua prekursor terakhir. Dengan berkembangnya rantai pasokan, karbon keras lebih mahal dibandingkan grafit dan merupakan salah satu kendala utama dalam produksi sel ion natrium.
Untuk mengurangi biaya yang lebih tinggi, baterai ion natrium menunjukkan toleransi suhu yang lebih baik, terutama dalam kondisi di bawah nol derajat. Baterai ini lebih aman dibandingkan ion litium, karena dapat diisi daya hingga nol volt, sehingga mengurangi risiko selama pengangkutan dan pembuangan. Baterai lithium ion biasanya disimpan dengan daya sekitar 30%. Ion natrium memiliki risiko kebakaran yang lebih kecil, karena elektrolitnya memiliki titik nyala yang lebih tinggi – yaitu suhu minimum di mana suatu bahan kimia dapat menguap untuk membentuk campuran yang mudah terbakar dengan udara. Karena kedua bahan kimia tersebut memiliki struktur dan prinsip kerja yang serupa, ion natrium sering kali dapat dimasukkan ke jalur produksi dan peralatan ion litium.
Faktanya, CATL, pembuat baterai terkemuka di dunia, mengintegrasikan ion natrium ke dalam infrastruktur dan produk litium ionnya. Baterai ion natrium pertamanya, yang dirilis pada tahun 2021, memiliki kepadatan energi sebesar 160 Wh/kg, dengan janji sebesar 200 Wh/kg di masa depan. Pada tahun 2023, CATL mengatakan produsen mobil Tiongkok Chery akan menjadi yang pertama menggunakan baterai ion natrium buatannya. CATL menceritakan majalah pv pada akhir tahun 2023 telah mengembangkan rantai industri dasar untuk baterai ion natrium dan memulai produksi massal. Skala produksi dan pengiriman akan bergantung pada implementasi proyek pelanggan, kata CATL, seraya menambahkan bahwa masih banyak yang harus dilakukan untuk peluncuran komersial ion natrium dalam skala besar. “Kami berharap seluruh industri dapat bekerja sama untuk mendorong pengembangan baterai ion natrium,” kata pembuat baterai tersebut.
Mengisi natrium
Pada bulan Januari 2024, produsen mobil terbesar Tiongkok dan pemasok baterai terbesar kedua, BYD, menyatakan telah memulai pembangunan pabrik baterai ion natrium senilai CNY 10 miliar ($1.4 miliar), dengan kapasitas 30 GWh per tahun. Outputnya akan memberi daya pada perangkat “mobilitas mikro”. HiNa, yang merupakan hasil pemisahan dari Chinese Academy of Sciences, pada bulan Desember 2022 telah meresmikan lini produksi baterai ion natrium berskala gigawatt-jam dan mengumumkan rangkaian produk baterai Na-ion dan prototipe mobil listrik.
Pembuat baterai Eropa, Northvolt, meluncurkan sel baterai ion natrium tervalidasi 160 Wh/kg pada bulan November 2023. Dikembangkan bersama Altris – yang dipisahkan dari Universitas Uppsala, di Swedia – teknologi ini akan digunakan pada perangkat penyimpanan energi generasi berikutnya milik perusahaan tersebut. Penawaran Northvolt saat ini didasarkan pada kimia NMC. Pada peluncuran tersebut, Wilhelm Löwenhielm, direktur senior pengembangan bisnis sistem penyimpanan energi Northvolt, mengatakan perusahaannya menginginkan baterai yang dapat bersaing dengan LFP dalam skala besar. “Seiring waktu, teknologi ini diperkirakan akan melampaui LFP secara signifikan dalam hal daya saing biaya,” katanya.
Northvolt menginginkan baterai “plug-and-play” untuk memasuki pasar dengan cepat dan meningkatkan skalanya. “Kegiatan utama untuk membawa teknologi khusus ini ke pasar adalah meningkatkan rantai pasokan bahan-bahan kelas baterai, yang saat ini dilakukan Northvolt, bersama dengan para mitranya,” kata Löwenhielm.
Pemain kecil juga melakukan upaya mereka untuk mengkomersialkan teknologi ion natrium. Faradion, yang diakuisisi oleh konglomerat India Reliance Industries pada tahun 2021, mengatakan kini mereka sedang mentransfer desain sel generasi berikutnya ke produksi. “Kami telah mengembangkan teknologi dan jejak sel baru dengan kepadatan energi 20% lebih tinggi, dan meningkatkan masa pakai hingga sepertiga dibandingkan desain sel kami sebelumnya,” kata Chief Executive Officer (CEO) Faradion James Quinn.
Sel generasi pertama perusahaan menunjukkan kepadatan energi sebesar 160 Wh/kg. Pada tahun 2022, Quinn mengatakan bahwa rencana Reliance adalah membangun pabrik ion natrium dua digit gigawatt di India. Untuk saat ini, tampaknya rencana tersebut masih berjalan. Pada bulan Agustus 2023, Ketua Reliance Mukesh Ambani mengatakan pada rapat pemegang saham tahunan perusahaan bahwa bisnisnya “berfokus pada komersialisasi jalur cepat teknologi baterai ion natrium kami … Kami akan membangun kepemimpinan teknologi kami dengan melakukan industrialisasi produksi sel ion natrium pada tingkat megawatt pada tahun 2025 dan dengan cepat berkembang menjadi skala giga setelahnya,” katanya.
Produksi
Startup Tiamat telah melanjutkan rencananya untuk memulai pembangunan pabrik produksi 5 GWh di wilayah Hauts-de-France Perancis. Pada bulan Januari 2024, mereka mengumpulkan €30 juta ($32.4 juta) dalam bentuk pembiayaan ekuitas dan utang dan mengatakan bahwa mereka memperkirakan akan menyelesaikan pembiayaan proyek industrinya dalam beberapa bulan mendatang, sehingga total pembiayaan menjadi sekitar €150 juta. Perusahaan tersebut, yang merupakan spin-off dari Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Perancis, pada awalnya akan memproduksi sel ion natrium untuk perkakas listrik dan aplikasi penyimpanan alat tulis di pabriknya, “untuk memenuhi pesanan pertama yang telah diterima.” Nantinya mereka akan menargetkan peningkatan produksi produk generasi kedua untuk aplikasi kendaraan listrik baterai.
Di Amerika Serikat, para pelaku industri juga meningkatkan upaya komersialisasi mereka. Pada bulan Januari 2024, Acculon Energy mengumumkan produksi seri modul dan paket baterai ion natrium untuk aplikasi mobilitas dan penyimpanan energi stasioner dan mengumumkan rencana untuk meningkatkan produksinya menjadi 2 GWh pada pertengahan tahun 2024. Sementara itu, Natron Energy, sebuah spin-off dari Universitas Stanford, bermaksud untuk mulai memproduksi baterai ion natrium secara massal pada tahun 2023. Sasarannya adalah membuat sel ion natrium sebesar 600 MW di fasilitas Meadowbrook ion litium milik produsen baterai Clarios International, di Michigan. Namun, pembaruan mengenai kemajuan masih terbatas.
Pendanaan
Pada bulan Oktober 2023, Peak Energy muncul dengan pendanaan $10 juta dan tim manajemen yang terdiri dari mantan eksekutif Northvolt, Enovix, Tesla, dan SunPower. Perusahaan tersebut mengatakan pada awalnya akan mengimpor sel baterai dan hal ini diperkirakan tidak akan berubah hingga awal tahun 2028. “Anda memerlukan sekitar satu miliar dolar untuk pabrik gigawatt skala kecil – bayangkan kurang dari 10 GW,” kata CEO Peak Energy Landon Mossburg pada peluncuran tersebut. . “Jadi cara tercepat untuk mencapai pasar adalah dengan membangun sistem dengan sel yang tersedia dari pihak ketiga, dan Tiongkok adalah satu-satunya negara yang mampu meningkatkan kapasitas untuk mengirimkan sel dalam jumlah yang cukup.” Pada akhirnya, perusahaan berharap dapat memenuhi syarat untuk kredit kandungan dalam negeri berdasarkan Undang-Undang Pengurangan Inflasi AS.
Beberapa pemasok, seperti KPIT India, telah memasuki pasar tersebut tanpa rencana produksi apa pun. Bisnis perangkat lunak dan solusi teknik otomotif meluncurkan teknologi baterai ion natrium pada bulan Desember 2023 dan mulai mencari mitra manufaktur. Ravi Pandit, Ketua KPIT, mengatakan perseroan telah mengembangkan beberapa varian dengan kepadatan energi berkisar antara 100 Wh/kg hingga 170 Wh/kg, dan berpotensi mencapai 220 Wh/kg.
“Saat kami mulai mengerjakan baterai ion natrium, ekspektasi awal terhadap kepadatan energi cukup rendah,” katanya. “Tetapi selama delapan tahun terakhir kepadatan energi telah meningkat karena perkembangan yang kami dan perusahaan lain lakukan.” Negara lain sedang mencari kemitraan pasokan. Tahun lalu, grup teknologi Finlandia Wärtsilä – salah satu integrator sistem penyimpanan energi baterai terkemuka di dunia – mengatakan bahwa mereka sedang mencari potensi kemitraan atau akuisisi di bidang tersebut. Pada saat itu, mereka sedang bergerak menuju pengujian teknologi di fasilitas penelitiannya. “Tim kami tetap berkomitmen untuk mengejar peluang baru dalam hal diversifikasi teknologi penyimpanan energi, seperti memasukkan baterai ion natrium ke dalam solusi penyimpanan energi stasioner masa depan kami,” kata Amy Liu, direktur pengembangan solusi strategis di Wärtsilä Energy Storage and Optimization, pada bulan Februari 2024.
Peluang mendekati pantai
Setelah banyak pengumuman produksi massal, baterai ion natrium kini berada pada titik sukses dan minat investor akan menentukan nasib teknologi tersebut. Analisis pasar IDTechEx, yang dilakukan pada bulan November 2023, menunjukkan antisipasi pertumbuhan setidaknya 40 GWh pada tahun 2030, dengan tambahan kapasitas produksi sebesar 100 GWh bergantung pada keberhasilan pasar pada tahun 2025.
“Proyeksi ini mengasumsikan ledakan yang akan terjadi di industri [baterai ion natrium], yang bergantung pada komitmen komersial dalam beberapa tahun ke depan,” kata Siddiqi.
Ion natrium dapat menawarkan peluang lain untuk rantai pasokan energi ramah lingkungan, dengan bahan mentah yang dibutuhkan tersedia di seluruh dunia. Namun, tampaknya kereta sudah meninggalkan stasiun.
“Seperti pada tahap awal pasar baterai lithium ion, hambatan utama bagi industri global adalah dominasi Tiongkok,” kata Hartley dari Benchmark. “Pada tahun 2023, 99.4% kapasitas sel ion natrium berbasis di Tiongkok dan angka ini diperkirakan akan turun menjadi 90.6% pada tahun 2030. Seiring dengan kebijakan di Eropa dan Amerika Utara yang berupaya mengalihkan rantai pasokan baterai lithium ion dari Tiongkok, hal ini akan menyebabkan karena ketergantungan pada produksi dalam negeri, maka diperlukan pula perubahan pada pasar ion natrium untuk menciptakan rantai pasokan yang terlokalisasi.”
Pandangan dan opini yang diungkapkan dalam artikel ini adalah milik penulis, dan tidak mencerminkan apa yang dianut oleh majalah pv.
Konten ini dilindungi oleh hak cipta dan tidak boleh digunakan kembali. Jika Anda ingin bekerja sama dengan kami dan ingin menggunakan kembali sebagian konten kami, silakan hubungi: editors@pv-magazine.com.
Sumber dari majalah pv
Penafian: Informasi yang diuraikan di atas disediakan oleh pv-magazine.com secara independen dari Alibaba.com. Alibaba.com tidak membuat pernyataan dan jaminan mengenai kualitas dan keandalan penjual dan produk.
