Натрий-ионные аккумуляторы в России – миф или реальность
Дата публикации: 27 февраля 2024 года в 13:32.
Категория: Экономика.
Ученые обращают внимание на натрий-ионные батареи, как альтернативу, благодаря их экологичности, использованию доступных и менее токсичных материалов, а также более низкой стоимости по сравнению с литием. Борис Корбан, директор по инновациям в компании ENERGON, рассказал об опыте тестирования натрий-ионных аккумуляторов в России, их преимуществах и потенциале использования вместо литиевых накопителей.
Использования натрий-ионных аккумуляторных батарей, как альтернативы литий-ионным
Натрий-ионные батареи привлекают внимание, как альтернатива литий-ионным, из-за схожих принципов работы. Они используют ионы натрия для зарядки и разрядки вместо ионов лития. Производство натрий-ионных батарей можно осуществлять на существующих производственных мощностях для лития, что позволяет избежать необходимости в новых процессах производства. Растущий спрос на электромобили и тренды роста использования накопителей энергии в разных отраслях могут привести к истощению запасов лития через 60-70 лет, если свинцово-кислотные батареи будут постепенно вытесняться.
Многие организации, включая тех, у кого уже есть производственные мощности, изучают возможность использования натрия. Китай лидирует в инвестициях, благодаря возможности адаптации существующих процессов для производства натрия. Это позволяет снизить издержки. В отличие от лития, натрий является более распространенным и экономически эффективным для производства натрий-ионных аккумуляторов по сравнению с литиевыми.
Главное преимущество натрия — его доступность
На данный момент ученые занимаются практическими аспектами создания натрий-ионных батарей в лабораторных условиях. Этот этап считается подготовительным, где 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. Именно поэтому данный материал считается доступным и экономически целесообразным, что делает его привлекательным при выборе среди других элементов.
Если вспомнить историю, то первые исследования натрия совпали с развитием литий-ионных аккумуляторов в середине 1970-х годов. Однако появление коммерческих литий-ионных аккумуляторов компании Sony в начале 1990-х годов привело к приостановке работ над натриевыми аккумуляторами. 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 во всю начался, другие страны нуждаются в тщательном тестировании и оценке потенциала данной технологии. Высокая плотность энергии лития была одной из причин, по которой натрий не получил широкого распространения.
С развитием современных технологий разрыв между объемами лития и натрия в батареях уменьшается, что уменьшает зависимость от объема металла. Преимущества натрия включают лучшую производительность при низких температурах и экономичное производство без использования дорогих металлов, таких как кобальт, медь и никель. Натрий-ионные аккумуляторы обещают многое, но пока некоторые компании переходят лишь 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, компании и научные учреждения уделяют особое внимание исследованиям и производству в этой области. Исследователи стремятся выявить потенциальные области применения натриевых батарей и убедить рынок в их эффективности. Особое внимание уделяется реакции скептиков на новые продукты.
На данный момент Китай лидирует в инвестициях в перспективные литиевые и натриевые технологии. Благодаря адаптации предшествующих литиевых технологий, натрию удается сэкономить средства за счет использования уже существующих производственных линий. Применение нового оборудования для создания продуктов на основе лития может еще дополнительно оптимизировать экономику производства.
В России натрий-ионные аккумуляторов пока не выпускаются, так как технология все еще находится на стадии испытаний. Ожидается, что примерно через два года она начнет функционировать полностью. Процесс ее развития включает в себя тестирование, оценку достоинств и недостатков, определение технических возможностей и разработку необходимой инфраструктуры.
А вот Китай уже имеет прочную основу для производства. К примеру, на последней специализированной выставке в КНР экспертам представили различные решения и продукты, включающие в себя испытательное оборудование и производственные линии применимые для использования практически на любой производственной площадке.
Есть ли шанс, что натрий заменит свинец
Существует постоянный дискурс в профессиональном сообществе относительно возможности замены свинца натрием. Изначально ожидалось снижение использования свинца за счет развития металлогидридных батарей, однако их применение оказалось ограниченным. В настоящее время только литий, несмотря на его высокую стоимость, рассматривается, как потенциальная замена свинца в различных областях применения, особенно в автомобильной отрасли.
Однако, при сравнении плотности энергии натрий-ионные батареи значительно опережают свинцово-кислотные и лишь немного уступают литий-ионным.
К достоинствам свинцово-кислотных аккумуляторов относится их дешевизна, экологичность и возможностью повторной переработки. Однако из больших габаритов и массы их размещение затруднительно в условиях ограниченного пространства или при лимитах нагрузки на перекрытие - например, в центрах обработки данных.
Что до натриевых батарей, то инфраструктура по их по переработке пока не развита, но технически осуществима, благодаря более простому химическому составу.
При этом переработка лития требует весьма сложных технологий и значительных первоначальных инвестиций.
Производители прогнозируют, что использование натриевых натриевых батарей в электромобилях будет на 30% дешевле, чем литиевых. Однако это приведет к уменьшению дальности хода на 30%. Зато натриевые батареи, в отличие от литиевых, отлично работают при низких температурах и нет необходимости оснащать их системами подогрева. Из-за морозоустойчивости они отлично подходят для систем уличное освещения и другого специализированного электрооборудования, которое должно надежно работать в холодных условиях.
А в распределенных системах управления и резервирования энергии натрий-ионные аккумуляторы предпочтительны из-за своего широкого диапазона напряжений и способностью справляться с пусковым током, например, при запуске двигателей внутреннего сгорания.
Даже несмотря на отсутствие четкого плана развития производства натрий-ионных батарей, ожидается, что к концу 2024 года на рынке произойдут значительные изменения в этом сегменте.
