Analyse onthult verrassend volwassen natriumioncel van Hina
Commerciële 10 Ah-cel presteert sterk bij koude en hoge belasting
Een onderzoek van RWTH Aachen University werpt nieuw licht op de commerciële natriumiontechnologie van het Chinese Hina Battery. De wetenschappers demonteerden, analyseerden en testten een cilindrische 10 Ah-cel die vandaag al wordt ingezet in voertuigen en stationaire energieopslag. Hun conclusie is opvallend: de technologie vertoont een productiekwaliteit en prestatieniveau die in meerdere opzichten vergelijkbaar zijn met moderne lithiumionaccu's.
Sterke prestaties onder uiteenlopende omstandigheden
De onderzochte cel is een 33140-cilindercel met een nominale capaciteit van 10 Ah, een nominale spanning van 3,0 V en een energiedichtheid van 110 Wh/kg. De onderzoekers testten de prestaties bij temperaturen tussen 45 °C en -20 °C en bij laad- en ontlaadsnelheden tot 4C. Daarbij bleek dat de cel zelfs bij 4C nog haar nominale capaciteit behoudt. Bij ontladen aan -20 °C bleef bovendien meer dan 80% van de bruikbare energie beschikbaar wanneer de accu vooraf bij kamertemperatuur was geladen.
Volgens de onderzoekers tonen deze resultaten aan dat natriumiontechnologie vandaag al inzetbaar is voor toepassingen die een goede vermogensafgifte en koudebestendigheid vereisen. De prestaties liggen daarbij op een niveau dat de snelle vooruitgang van deze accutechnologie onderstreept.
Beperkingen bij laden in extreme koude
Hoewel de ontlaadprestaties bij lage temperaturen indrukwekkend zijn, tonen de testen ook een zwak punt. Wanneer de accu niet alleen ontladen maar ook geladen wordt bij temperaturen tot -20 °C, daalt de bruikbare capaciteit aanzienlijk. De interne weerstand stijgt dan van ongeveer 5 mΩ bij 25 °C naar bijna 500 mΩ bij -20 °C, wat leidt tot sterk verhoogde spanningsverliezen.
De onderzoekers wijzen erop dat deze beperking niet uniek is voor natriumiontechnologie, maar wel aantoont dat verder onderzoek naar laadprestaties bij zeer lage temperaturen noodzakelijk blijft.
Opvallende kathodechemie
Een van de meest opmerkelijke bevindingen betreft de samenstelling van de kathode. Waar veel commerciële natriumionaccu's gebruikmaken van natrium-mangaan-, ijzer- en nikkeloxiden, koos Hina voor een nieuwe samenstelling op basis van natrium, koper, nikkel, ijzer en mangaan. De formule luidt NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2.
Microscopische analyses tonen bovendien aan dat koper niet homogeen verdeeld zit in het actieve materiaal, maar geconcentreerd voorkomt in afzonderlijke zones. Volgens de onderzoekers kan koper bijdragen aan de structurele stabiliteit en vochtbestendigheid van de kathode.
Eerste commerciële toepassing van tabless ontwerp
Ook de constructie van de cel blijkt bijzonder. Hina gebruikt een zogenoemd tabless ontwerp waarbij de klassieke aansluitlippen van de elektroden verdwijnen. Dat principe is al bekend uit de lithiumionindustrie, maar wordt hier toegepast in een natriumionaccu. Zowel anode als kathode maken gebruik van aluminium stroomcollectoren.
Volgens de onderzoekers vermindert deze constructie de elektrische weerstand en zorgt ze voor een homogener temperatuurverloop binnen de cel. Computertomografie bevestigde bovendien een verzorgde interne opbouw en een hoge productiekwaliteit. De spreiding in interne weerstand tussen 120 onderzochte cellen bedroeg slechts 5,3%, een waarde die vergelijkbaar is met moderne lithiumioncellen.
Klaar voor bredere toepassingen?
De onderzoekers besluiten dat de Hina-cel aantoont hoe snel natriumiontechnologie zich ontwikkelt. De combinatie van een competitieve energiedichtheid, sterke vermogensprestaties, goede koudebestendigheid tijdens ontladen en een industriële productiekwaliteit maakt duidelijk dat natriumionaccu's niet langer uitsluitend een toekomsttechnologie zijn. Hoewel lithiumionaccu's voorlopig nog een voordeel behouden op vlak van energiedichtheid, lijkt natriumion steeds meer een geloofwaardig alternatief voor stationaire opslag, bedrijfsvoertuigen en andere toepassingen waar kostprijs, grondstoffenbeschikbaarheid en robuustheid zwaarder doorwegen.