Що замість літію?

Який матеріал для електродів (катоду та аноду) може прийти на заміну рідкісного літію?

У минулому дописі ми розповіли вам про акумулятори, які використовуються в сучасних електромобілях. І як ви могли відмітити, вони всі є різновидами літій-іонних акумуляторів, тобто для зберігання електроенергії та живлення електромобіля використовуються іони літія. Зі швидким розвитком портативних електронних пристроїв і електромобілів, виробництво літій-іонних акумуляторів досягло безпрецедентних масштабів. Це неминуче призводить до великого споживання ресурсів літію. Насправді літій не є поширеним елементом, вміст якого в земній корі становить лише 0,0065%. Він також розподілений в світі нерівномірно – 70% якого поширені в Південній Америці. Тому вчені почали дивитися на натрій

Натрій – це дешевший і більш доступний матеріал, ніж літій, тому натрій-іонні акумулятори можуть бути альтернативою літій-іонним акумуляторам, які зараз домінують на ринку. Натрій, з подібними фізико-хімічними властивостями до літію в тій же основній групі, дуже поширений, і його кількість у земній корі займає шосте місце. Що ще важливіше, натрій поширений по всьому світу, абсолютно незалежно від ресурсів і географії. Тому Na-ion батареї мають дуже велику перевагу в ресурсах перед Li-ion батареями. З іншого боку, Na-ion батареї мають великі потенційні економічні переваги через низьку ціну на натрій

Натрій-іонні акумулятори – це досить нова технологія, випуск перших зразків розпочався лише в 2013 році. З тих пір багато компаній і науковців працюють над поліпшенням характеристик і зниженням вартості натрій-іонних акумуляторів

У той час як CATL є першою китайською компанією, яка представила натрій-іонні батареї ще у 2021 році, BYD, ймовірно, буде однією з  перших, хто використовуватиме такі батареї в серійних автомобілях. BYD планує розпочати масове виробництво натрій-іонних акумуляторів в 2024 році, і першими автомобілями, які їх отримають, стануть BYD Qin EV, Dolphin і нещодавно випущена Seagull тобто “чайка” українською. Остання буде випускатися з двома варіантами акумуляторної батареї – батареєю LFP Blade, яка надає 405 км запасу ходу, і другою, меншою натрієво-іонною батареєю, яка надасть 300 км пробігу

А от першим, у лютому 2023 року, було китайське спільне підприємство Volkswagen і JAC, яке показало перший автомобіль з натрієво-іонним акумулятором – Sehol EX10. Електромобіль має акумуляторну батарею ємністю 25 кВт/год і щільністю енергії 120 Вт/кг. Натрій-іонний EX10 має запас ходу 252 км і підтримує швидку зарядку струмом від 3C до 4C. Акумулятор поставила компанія HiNa Battery, яка була заснована в 2017 році і в тому ж році розробила свою першу натрієво-іонну батарею

У минулому натрієво-іонні акумулятори були недостатньо ефективними для використання в електромобілях. Відповідно до Chemical and Engineering News, батареї на основі натрію зазвичай містять лише близько двох третин обсягу літієвої батареї такого ж розміру. HiNa Battery змінює це. Протягом 10 років компанія розробляла кращі натрій-іонні батареї для автобусів, мініатюрних транспортних засобів і домашніх накопичувачів енергії. Минулого року вона побудувала перше у світі підприємство з масового виробництва матеріалів для натрієвих батарей. Наприкінці 2022 року HiNa Battery запустила свою першу лінію з виробництва натрій-іонних акумуляторів потужністю 10 ГВт-год

Зацікавленність до технології продиктований її значними перевагами, а саме:

• Доступність матеріалів – натрію, який дуже легко добувати, він широко поширений по всій планеті. Технологія отримання натрію дуже проста і може бути реалізована практично у будь-якій точці планети
• Вартість 1 кВт-год у натрій іонних батарей на 60-70% нижча, ніж у літієвих аналогів
• Додаткове зниження вартості обумовлено тим, що впровадження технології не вимагатиме значних інвестицій. Налагодити виробництво можна на тих же технологічних лініях, на яких раніше випускалися літієві акумулятори. Наприклад, батареї Natron виготовляються з використанням тих самих інструментів і обладнання, які використовуються для виробництва літій-іонних батарей
• Стійке функціонування за низьких температур, місткість акумулятора практично не змінюється навіть при -20°C
• Безпека експлуатації – насамперед дуже низький ризик теплового розгону та подальшого самозаймання, яке може спричинити вибух
• Екологічність – при виготовленні натрій-іонних АКБ не використовуються токсичні матеріали, їх пошкодження не становить небезпеки для живих організмів. Важливо відзначити, що вони можуть бути легко та дешево утилізовані, для цього не потрібні складні технологічні процеси

Якщо аналізувати недоліки, то основний – це відносно короткий період експлуатації, число циклів заряд/розряд становить близько 2-3 тисяч. У перших моделей відзначалася досить низька швидкість зарядки, але зараз цей недолік практично усунений. Хоча цей параметр і відчутно поступається показникам літієвих батарей

Відповідно до поточного бурхливого застосування літій-іонних акумуляторів, через кілька десятиліть воно буде сильно обмежене ресурсами літію. І обмеження будуть більш суворими. Тому саме масове виробництво натрієво-іонних акумуляторів зможе виправити цю ситуацію