Přichází čas sodíkových baterií? Nová studie ukazuje obří potenciál, ale i tvrdou technologickou realitu

Sodíkové baterie se podle nové odborné rešerše posouvají k výrazně vyšší energetické hustotě. Běžně dnes dosahují přibližně 100 až 160 Wh/kg, u některých pokročilých prototypů se však objevují hodnoty blížící se 200 Wh/kg. To ale neznamená, že sodík brzy nahradí lithium ve všech elektromobilech. Jeho největší potenciál může být ve velkých stacionárních úložištích a levnějších vozidlech.

Mezinárodní tým vědců z University of South Africa, Bahir Dar University v Etiopii a Shanghai University zveřejnil rozsáhlý přehled současného vývoje sodíkových baterií. Studie s názvem Recent advances and future perspectives on key components for sodium-ion batteries vyšla v časopise Energy Conversion and Management: X.

Na její závěry upozornil server pv magazine. Nejde však o oznámení nového sériového článku, ale o odbornou rešerši dosavadního výzkumu. Údaj o energetické hustotě kolem 200 Wh/kg proto označuje úroveň některých pokročilých prototypů, nikoli běžně dostupných baterií.

Sodík je dostupnější než lithium

Sodíkové baterie fungují na podobném principu jako lithium-iontové články. Při nabíjení a vybíjení se ionty pohybují mezi katodou a anodou prostřednictvím elektrolytu. Místo lithia však využívají sodík, který je běžnější a geograficky rovnoměrněji rozložený.

To může snížit závislost na některých kritických surovinách a v budoucnu také výrobní náklady. Sodíková technologie může být zajímavá i proto, že v některých konstrukcích umožňuje omezit použití materiálů s problematickým nebo koncentrovaným dodavatelským řetězcem.

Autoři studie mezi potenciální přednosti sodíkových baterií řadí také bezpečnostní charakteristiky a vhodnost pro rozsáhlé systémy ukládání energie. Neznamená to ovšem, že každý sodíkový článek je automaticky bezpečnější než každý lithium-iontový článek. Výsledek závisí na konkrétní chemii, elektrolytu, konstrukci i systému řízení baterie.

Energetická hustota se zlepšuje, ale lithium má náskok

Podle hlavního autora studie Ababaye Ketemy Workua se energetická hustota současných sodíkových baterií pohybuje přibližně mezi 100 a 160 Wh/kg. Některé pokročilé prototypy se blíží hranici 200 Wh/kg.

Toto číslo je důležité, ale samo o sobě neříká, jaký dojezd by měl konkrétní elektromobil. Studie ani její mediální shrnutí v tomto případě neupřesňují, zda jde o hodnotu na úrovni článku, modulu, nebo celého bateriového systému. Hmotnost kompletní baterie je vždy vyšší než hmotnost samotných článků kvůli skříni, chlazení, kabeláži, elektronice a bezpečnostním prvkům.

Lithium-železo-fosfátové baterie proto zůstávají z hlediska energetické hustoty a dojezdu zpravidla výhodnější. Sodíkové články mohou mít smysl tam, kde je důležitější nízká cena, dostupnost surovin nebo bezpečnost než maximální kapacita v omezeném prostoru.

Výzkum se týká katod, anod i elektrolytů

Odborná práce se nezaměřuje pouze na jeden typ elektrod. U katod rozlišuje čtyři hlavní skupiny:

• polyaniontové sloučeniny,
• pruskou modř a její analogy,
• vrstvené oxidy přechodových kovů,
• organické sloučeniny.

U anod pak vědci popisují pět kategorií:

• slitinové materiály,
• interkalační materiály,
• organické materiály,
• konverzní materiály,
• materiály na bázi MXenů.

Každá skupina má jiné výhody a omezení. Uhlíkové, slitinové a organické anody mohou nabídnout dobrou kombinaci kapacity a životnosti. Konverzní materiály mají vysokou teoretickou kapacitu, v praxi je však mohou limitovat velké objemové změny během cyklování, nízká elektrická vodivost nebo postupná degradace struktury.

Vývoj se proto netýká pouze zvýšení kapacity elektrod. Významnou roli hrají také elektrolyty, separátory, pojiva, proudové kolektory a vodivé přísady. Důležité jsou rovněž výrobní procesy, například příprava suspenze elektrod, jejich sušení a sestavování článků.

Problémem zůstává životnost i rychlé nabíjení

Autoři studie upozorňují, že sodíkové baterie stále zaostávají za lithium-iontovou technologií v několika oblastech. Patří mezi ně:

• cyklická stabilita,
• energetická hustota,
• výkonová hustota,
• schopnost rychlého nabíjení,
• samovybíjení,
• dostupnost vhodných materiálů v průmyslovém měřítku.

Jedním z důvodů je větší iontový poloměr sodíku. Při pohybu elektrodami může způsobovat větší mechanické namáhání materiálů a urychlovat jejich degradaci. Vývojáři proto hledají nové struktury elektrod i takové elektrolyty, které zlepší vodivost a stabilitu rozhraní.

Úspěch technologie nebude záviset na jediném objevu. Pro praktické nasazení bude nutné současně zlepšit několik částí článku a zvládnout jejich výrobu ve velkém měřítku.

Největší příležitost jsou velká úložiště

Sodíkové baterie mohou podle autorů najít uplatnění při integraci obnovitelných zdrojů, vyrovnávání zatížení sítě a ve velkokapacitních úložištích. U těchto aplikací není rozhodující každý kilogram baterie, ale především cena, dostupnost materiálů, bezpečnost, životnost a možnost vyrábět články ve velkých objemech.

V automobilovém sektoru mohou být zajímavé pro levnější městské elektromobily, elektrické skútry, tříkolky nebo vozidla, u nichž není prioritou maximální dojezd. Podle studie se mohou uplatnit také v kombinovaných bateriových systémech, kde by sodíková chemie pokrývala levnější a méně náročné aplikace.

Přiblížení k hranici 200 Wh/kg proto představuje důležitý vývojový posun, nikoli okamžitý konec lithium-iontových baterií. Sodík může nabídnout levnější a materiálově dostupnější alternativu, zatím však musí zlepšit energetickou a výkonovou hustotu, životnost i rychlé nabíjení.

Jeho budoucnost tak pravděpodobně nebude spočívat v úplném nahrazení lithia. Spíše rozšíří nabídku baterií o technologii vhodnou pro aplikace, kde je důležitější cena, dostupnost surovin a bezpečnostní charakteristiky než maximální dojezd.

Odborný zdroj

Recent advances and future perspectives on key components for sodium-ion batteries, Energy Conversion and Management: X, DOI: 10.1016/j.ecmx.2026.102033.