Натрий-ионные аккумуляторы в России: миф или реальность?
Развитие мировых технологий требует надежных источников энергии. Производство литий-ионных аккумуляторов хотя и набирает популярность, но уже сталкивается с проблемами. Растущий спрос на электромобили и использование накопителей энергии в других отраслях может привести к истощению запасов лития через 60–70 лет, если свинцово-кислотные будут постепенно вытесняться.
Ученые обращают внимание на натрий-ионные батареи как альтернативу, отмечая их экологичность: применение в производстве доступных и менее токсичных материалов, а также более низкую стоимость натрия по сравнению с литием. Выпуск таких аккумуляторов можно осуществлять на существующих производственных мощностях для литиий-ионных батарей, что также позволит избежать лишних расходов.
Многие организации, включая те, у которых уже есть производственные мощности, изучают возможность использования натрия. Китай в этой области лидирует в инвестициях, благодаря возможности адаптации существующих процессов для производства натрия.
Главное преимущество натрия — его доступность
На данный момент ученые занимаются практическими аспектами создания натрий-ионных батарей в лабораторных условиях. Этот этап считается подготовительным, на нем используется оборудование старых линий по производству лития: ежемесячно производится от 100 до 500 единиц. Натрий более чувствителен к влажности, чем литий, что подчеркивает необходимость повышения эффективности производства с учетом этого фактора.
Если вспомнить историю, то первые исследования по применению натрия в аккумуляторных батареях совпали с развитием литий-ионных аккумуляторов в середине 1970-х годов. Однако появление коммерческих образцов компании Sony в начале 1990-х годов привело к приостановке работ над натриевыми. Технология создания натрий-ионных аккумуляторов находится на экспериментальной стадии, и полная функциональность ожидается не ранее чем через два года. В отличие от Китая, где прогресс в этой области уже начался, другие страны нуждаются в тщательном тестировании и оценке потенциала данной технологии. Высокая плотность энергии лития оставалась одной из причин, по которой натрий не получал широкого распространения.
С развитием технологий разрыв между объемами лития и натрия в батареях уменьшается, что снижает зависимость от объема металла. Преимущества натрия включают в себя более высокую производительность при низких температурах и экономичное производство без использования дорогих металлов, таких как кобальт, медь и никель. Натрий-ионные аккумуляторы обещают многое, но лишь некоторые компании переходят ко второму поколению продуктов в рамках тестирования технологии.
Направление натрий-ионных батарей активно развивается по всему миру
Многие государства активно развивают производство натрий-ионных аккумуляторов, а научные учреждения и бизнес уделяют особое внимание исследованиям в этой области, стремясь выявить потенциальные сферы применения натриевых батарей и убедить рынок в их эффективности. Особое внимание уделяется реакции скептиков на новые продукты.
На данный момент КНР лидирует по инвестициям в перспективные литиевые и натриевые технологии. К примеру, на последней специализированной выставке в Китае присутствовало несколько сотен участников, представивших различные решения и продукты, а также испытательное оборудование, производственные линии и пр. для использования практически на любой производственной площадке. Применение нового оборудования для создания продуктов на основе лития может дополнительно оптимизировать экономику производства.
В России же технология производства натрий-ионных аккумуляторов все еще на стадии испытаний. Процесс включает в себя тестирование, оценку достоинств и недостатков, определение технических возможностей и разработку необходимой инфраструктуры. Ожидается, что примерно через два года начнутся реальные проекты.
Есть ли шанс, что натрий заменит свинец?
Постоянный дискурс в профессиональном сообществе относительно возможности замены свинца натрием не утихает. Изначально ожидалось снижение использования свинца за счет развития металлогидридных батарей, однако их применение было ограниченным. В настоящее время литий рассматривается как потенциальная замена свинца в различных областях применения, особенно в автомобильной отрасли, несмотря на его редкость и высокую стоимость.
При сравнении плотности энергии натрий-ионные батареи значительно опережают свинцово-кислотные и немного уступают литий-ионным. Свинцово-кислотные аккумуляторы известны своей экологичностью и возможностью повторной переработки, однако их размещение, например, в условиях ограниченного пространства или при ограниченной нагрузке на перекрытие может быть проблематичным.
Инфраструктура по переработке натриевых батарей пока не полностью развита, но технически это осуществимо благодаря более простому химическому составу таких аккумуляторов. Диалог и обмен информацией в научных и производственных сферах играют ключевую роль в решении всех проблем. Переработка лития требует передовых технологий и значительных первоначальных инвестиций, однако появление новых прибыльных процессов должно сделать ее более финансово жизнеспособной.
Производители прогнозируют, что использование всего диапазона напряжений натриевых батарей будет на 30% дешевле, чем литиевых, однако это приведет к уменьшению дальности хода на 30%, что делает их эффективность сопоставимой с литием. Натриевые батареи отлично работают при низких температурах и идеальны для таких приложений, как уличное освещение и передача данных. А особенно подходят для специализированного электрооборудования, обеспечивают надежную работу в холодных условиях.
В распределенных системах управления и резервной энергии натрий-ионные аккумуляторы выделяются широким диапазоном напряжений и способностью справляться с пусковым током, например, при запуске двигателей внутреннего сгорания.
Несмотря на отсутствие четкого плана развития, ожидается, что к концу 2024 года на рынке произойдут значительные изменения.