Потерпел фиаско и не сдаётся: что ждёт натриевые АКБ в будущем
Натрий-ионными аккумуляторами учёные заинтересовались ещё в 1970-х годах минувшего века. Главная причина внимания к таким АКБ была обусловлена большой распространённостью этого химического элемента в природе (шестое место на Земле).
Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License) Аккумулятор в кожухеТак получилось, что разработки технологий по производству натриевых батарей совпали с созданием главного конкурента — литий-ионных аккумуляторов. В последнем случае компании Sony удалось оперативно представить на рынке уже коммерческие образцы новых АКБ и наладить их серийный выпуск. Дурной пример заразителен. Понятно, увидев успех японцев, другие производители тоже занялись литий-ионными аккумуляторами.
А что же натриевые?
Возобновление интереса к натриевым батареямПосле солидной паузы, связанной с бумом вокруг литиевых батарей, автомобильные компании, увидев минусы Li, постепенно снова стали смотреть в сторону натрия.
Чем же хороши батареи на его основе? Можно выделить несколько преимуществ, по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами (СКА) и литий-ионными.
Невысокая стоимость натрия, которого в земных недрах больше Li в полторы тысячи раз, добыча сырья обходится стократно дешевле. Конечная стоимость АКБ ниже литиевой на 20-30%. Натриевые батареи более безопасны: риск теплового разгона существует только в экстремальных условиях — например, при замыкании или физическом разрушении конструкции. Сохранение работоспособности при низкой, до -40°С, температуре. Надёжность в плане растущего количества зарядно/разрядных циклов и "равнодушие" к потере ёмкости до "0", батарея быстро восстанавливается. Сегодня ресурс Na-аккумуляторов достигает в отдельных случаях пять тысяч циклов (перспектива — десять тысяч), литиевых — семь тысяч, СКА — 500-1000.Надо сказать, что совершенствование технологии производства батарей на основе Na идёт постоянно. Крупнейший в мире производитель CATL освоил уже (пусть и мелкосерийное) изготовление таких аккумуляторов; даже пытается комплектовать ими автомобили. В минувшем году китайцы представили JAC Yiwei 3 — первый серийный электрокар на натриевых аккумуляторах. Кроме КНР, он продавался в Индии и почему-то в Белоруссии — в ней реализовано только 16 машин. Проект провалился, батареи пришлось заменить на железо-фосфатные. Но дорогу осилит идущий...
Так что же плохого в натриевых технологиях производства АКБ?
Недостатки натрий-ионных аккумуляторовОдна из главных причин неудачи с Yiwei 3 — малый запас хода, составивший 250-340 километров вместо заявленных 505. Причина — невысокая энергетическая плотность натриевых батарей по сравнению с литий-ионными: 160 Втч/кг против 300 Втч/кг. С такими параметрами батарей с Na имеет смысл использовать разве что на авто с малым суточным пробегом (до 300 километров).
Есть и иные минусы...
Технология производства толком не отработана, как говорят эксперты, она "полузрелая". Катоды, сделанные из марганца и никеля, при скоростной зарядке разрушаются, уменьшая ёмкость. Сегодня для изготовления АКБ с натрием применяют линии, построенные под выпуск литий-ионных батарей, а это удорожает производство, нужны "свои" цеха со специализированным оборудованием. Отсутствие крупномасштабного процесса изготовления делает аккумуляторы с Na дороже их железо-фосфатных коллег.Однако всё вышеперечисленное не означает, что интерес к натриевым аккумуляторам угасает. В мире ими занимается не только китайская CATL, уже создавшая для них бренд Naxtra, но и другие компании. Например, Electrochemical Energy Storage из Франции, Нацлаборатория Аргонн с бюджетом в 50 млн "зелёных" (США, Чикаго), Natron Energy (Калифорния). Последняя вообще планирует построить завод в Северной Каролине, вложив в проект 1,4 млрд долларов. Правда о сроках его пуска не сообщается.
Тем временем 18 ноября прошлого года CATL заявила, что компания разработала натриевые батареи энергоёмкостью в 200 Вт*ч/кг (предыдущее поколение АКБ с Na, продемонстрированное в 2021-м, показывало 160 Вт*ч/кг). Более подробных данных о новой АКБ пока нет. Известно, что на 80% АКБ заряжаются за 15 минут, что, в общем-то, сопоставимо с литиевыми. А ещё батареи первого поколения сохраняют работоспособность в мороз до -20° на 90%. Но что покажут модернизированные аккумуляторы, пока не ясно. Не исключено, что давний партнёр CATL компания JAC рискнёт ещё раз и снова выпустит автомобиль на аккумуляторах с Na.
В любом случае натриевым батареям буде тяжело пробивать себе дорогу на рынок, заполненный литий-ионными конкурентами с их отлаженным производством. Но ведь и электромобили когда-то стояли перед такой же проблемой, которая, как мы видим, успешно решается. Есть и ещё одна преграда — твердотельные АКБ, о которых мы уже писали. Их разработки тоже не стоят на месте. Однако говорить, что кто-то из них одержит победу, будет неправильно. Эксперты считают, что оба типа аккумуляторов уже к 2030-м годам найдут свои ниши на рынке.
А пока, согласно информации от Benchmark Mineral Intelligence (английская компания занимается прогнозами и статистикой по аккумуляторам), общий выпуск литий-ионных батарей в плане ёмкости (2023 год) составил 1500 ГВт*ч, натриевых — более чем в сто раз меньше, 11 ГВт*ч. Но уже, по прогнозам этой же компании, к 2030-му вырастет до 140 ГВт*ч. Хотя к этому же сроку выпуск литиевых АКБ и вовсе утроится.