Что вместо лития?

Какой материал для электродов (катода и анода) может прийти на замену редкому литию?

В прошлой заметке мы рассказали вам об аккумуляторах, которые используются в современных электромобилях. И как вы могли заметить, они все являются разновидностями литий-ионных аккумуляторов, то есть для хранения электроэнергии и питания электромобиля используются ионы лития. С быстрым развитием портативных электронных устройств и электромобилей, производство литий-ионных аккумуляторов достигло беспрецедентных масштабов. Это неизбежно приводит к большому потреблению ресурсов лития. На самом деле литий не является распространенным элементом, содержание которого в земной коре составляет лишь 0,0065%. Он также распределен в Мире неравномерно – 70% которого распространены в Южной Америке. Поэтому ученые начали смотреть на натрий

Натрий – это более дешевый и более доступный материал, чем литий, поэтому натрий-ионные аккумуляторы могут быть альтернативой литий-ионным аккумуляторам, которые сейчас доминируют на рынке. Натрий, с подобными физико-химическими свойствами к литию в той же основной группе, очень распространен, и его количество в земной коре занимает шестое место. Что еще важнее, натрий распространен по всему миру, совершенно независимо от ресурсов и географии. Поэтому Na-ion батареи имеют очень большое преимущество в ресурсах перед Li-ion батареями. С другой стороны, Na-ion батареи имеют большие потенциальные экономические преимущества из-за низкой цены на натрий

Натрий-ионные аккумуляторы – это достаточно новая технология, выпуск первых образцов начался только в 2013 году. С тех пор многие компании и ученые работают над улучшением характеристик и снижением стоимости натрий-ионных аккумуляторов

В то время как CATL является первой китайской компанией, которая представила натрий-ионные батареи еще в 2021 году, BYD, вероятно, будет одной из первых, кто будет использовать такие батареи в серийных автомобилях. BYD планирует начать массовое производство натрий-ионных аккумуляторов в 2024 году, и первыми автомобилями, которые их получат, станут BYD Qin EV, Dolphin и недавно выпущенная Seagull то есть “чайка” на русском. Последняя будет выпускаться с двумя вариантами аккумуляторной батареи – батареей LFP Blade, которая предоставляет 405 км запаса хода, и второй, меньшей натриево-ионной батареей, которая предоставит 300 км пробега

А вот первым, в феврале 2023 года, было китайское совместное предприятие Volkswagen и JAC, которое показало первый автомобиль с натриево-ионным аккумулятором – Sehol EX10. Электромобиль имеет аккумуляторную батарею емкостью 25 кВт/ч и плотностью энергии 120 Вт/кг. Натрий-ионный EX10 имеет запас хода 252 км и поддерживает быструю зарядку током от 3C до 4C. Аккумулятор поставила компания HiNa Battery, которая была основана в 2017 году и в том же году разработала свою первую натриево-ионную батарею

В прошлом натриево-ионные аккумуляторы были недостаточно эффективными для использования в электромобилях. Согласно Chemical and Engineering News, батареи на основе натрия обычно содержат лишь около двух третей объема литиевой батареи такого же размера. HiNa Battery меняет это. В течение 10 лет компания разрабатывала лучшие натрий-ионные батареи для автобусов, миниатюрных транспортных средств и домашних накопителей энергии. В прошлом году она построила первое в мире предприятие по массовому производству материалов для натриевых батарей. В конце 2022 года HiNa Battery запустила свою первую линию по производству натрий-ионных аккумуляторов мощностью 10 ГВт-ч

Заинтересованность к технологии продиктован ее значительными преимуществами, а именно:

• Доступность материалов – натрия, который очень легко добывать, он широко распространен по всей планете. Технология получения натрия очень проста и может быть реализована практически в любой точке планеты
• Стоимость 1 кВт-ч у натрий ионных батарей на 60-70% ниже, чем у литиевых аналогов
• Дополнительное снижение стоимости обусловлено тем, что внедрение технологии не потребует значительных инвестиций. Наладить производство можно на тех же технологических линиях, на которых ранее выпускались литиевые аккумуляторы. Например, батареи Natron изготавливаются с использованием тех же инструментов и оборудования, которые используются для производства литий-ионных батарей
• Устойчивое функционирование при низких температурах, емкость аккумулятора практически не меняется даже при -20°C
• Безопасность эксплуатации – прежде всего очень низкий риск теплового разгона и последующего самовозгорания, которое может привести к взрыву
• Экологичность – при изготовлении натрий-ионных АКБ не используются токсичные материалы, их повреждение не представляет опасности для живых организмов. Важно отметить, что они могут быть легко и дешево утилизированы, для этого не требуются сложные технологические процессы

Если анализировать недостатки, то основной – это относительно короткий период эксплуатации, число циклов заряд/разряд составляет около 2-3 тысяч. У первых моделей отмечалась довольно низкая скорость зарядки, но сейчас этот недостаток практически устранен. Хотя этот параметр и ощутимо уступает показателям литиевых батарей

В соответствии с текущим бурным применением литий-ионных аккумуляторов, через несколько десятилетий оно будет сильно ограничено ресурсами лития. И ограничения будут более строгими. Поэтому именно массовое производство натриево-ионных аккумуляторов сможет исправить эту ситуацию