Натрий-ионные аккумуляторы в России
Миф или реальность
Развитие мировых технологий требует надежных источников энергии. Переход к использованию возобновляемых источников энергии, электромобилей и другого оборудования становится все более важным. Популярность литий-ионных аккумуляторов растет, но они сталкиваются с проблемами удовлетворения растущего спроса. Ученые обращают внимание на натрий-ионные батареи как экологичную альтернативу, для которой используются доступные, менее токсичные, а также более дешевые (по сравнению с литием) материалы.
Альтернатива 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 действующих мощностях для лития, что позволяет избежать потребности в новых производственных процессах. 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
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 снижает 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.
Активное развитие
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 настоящее время производство натрий-ионных аккумуляторов в России пока не является реальностью, 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. Россия все еще находится на ранней стадии развития, в то время как Китай уже имеет прочную основу для исследований и производства. К примеру, на последней специализированной выставке в Китае присутствовали несколько сотен экспонентов, представляющих различные решения и продукты, которые включали в себя испытательное оборудование, производственные линии и пр. для использования практически на любой производственной площадке.
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 было ограниченным. В настоящее время литий рассматривается как потенциальная замена свинца в различных областях, особенно в автомобильной отрасли, несмотря на его высокую стоимость и редкость.
При сравнении плотности энергии натрий-ионные батареи значительно опережают свинцово-кислотные батареи и немного уступают литий-ионным.
Свинцово-кислотные аккумуляторы известны своей экологичностью и возможностью повторной переработки, однако их размещение при определенных обстоятельствах, 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 осуществима благодаря более простому химическому составу. Диалог и обмен информацией играют ключевую роль в эффективном решении различных проблем. Переработка лития требует передовых технологий и значительных первоначальных инвестиций, однако появление новых прибыльных процессов должно сделать переработку более финансово жизнеспособной.
Производители прогнозируют, что использование полного диапазона напряжений натриевых батарей будет на 30% дешевле, чем литиевых. Однако это приведет к уменьшению дальности хода на 30%, что делает эффективность сопоставимой с литием. Натриевые батареи отлично работают при низких температурах без необходимости систем отопления и идеально подходят для таких приложений, как уличное освещение и передача данных. Они особенно подходят для специализированного электрооборудования, обеспечивая 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.
