Является ли идея натриево-ионных аккумуляторов мертворожденной?
Большинство батарей, питающих современные электромобили, изготовлены из подкатегорий литий-ионных, таких как никель-марганец-кобальт (NMC), никель-кобальт-алюминий (NCA), литий-железо-фосфат (LFP) и другие. Но если вы следили за разработками аккумуляторов на прошлой неделе, то, возможно, знаете, что альтернатива, похоже, набирает обороты (опять же после первых сообщений в 2022 году). Это натрий-ионный аккумулятор.
В исследовании, опубликованном в Национальной медицинской библиотеке США, ионно-натриевые батареи названы "восходящей звездой". На другом конце земного шара он еще ближе к коммерциализации. Компания BYD строит специализированный завод по производству натрий-ионных батарей в восточном Китае с инвестициями в 1,4 миллиарда долларов и годовой мощностью 30 гигаватт-часов. В прошлом месяце шведская компания Northvolt заявила, что совершила прорыв, разработав натриево-ионную батарею для хранения энергии с плотностью 160 ватт-часов на килограмм, что соответствует некоторым батареям LFP.
При всем этом внимании и обещаниях, могут ли они действительно стать жизнеспособной альтернативой, или это просто очередная инновация, которая может кануть в Лету?
Для начала стоит отметить, что натрий распространен по всему миру и содержится в каменных солях и рассолах. В одном из исследований, опубликованном в ScienceDirect, говорится, что материалы-предшественники для натрий-иона особенно широко распространены в США. А его роль в батареях аналогична литий-ионным: ионы натрия, несущие заряд, перемещаются от катода (положительного электрода) к аноду (отрицательному электроду) и наоборот, во время циклов заряда и разряда.
Исследования показали, что натриево-ионные батареи могут избавиться от досадных особенностей литий-ионных, которые мы так не любим: нет риска теплового разгона, они могут работать при различных температурах, и, что очень важно, стоимость тонны гидроксида натрия, основного сырья, намного ниже, чем гидроксида лития. Но уравнение не так просто, как кажется, сказала в интервью старший эксперт по накопителям энергии Bloomberg New Energy Foundation Эвелина Стойкоу.
"Натрий-ионные аккумуляторы стали новостью, когда цены на литий были очень высокими, сразу после сбоев в цепочке поставок Covid-19 и конфликта на Украине, повлиявшей на добычу никеля. Обстоятельства были вполне подходящими для того, чтобы набрать обороты", - говорит Стойко. Это действительно так, поскольку цены на литий-ионные аккумуляторы выросли в 2022 году, после того как они последовательно падали в течение нескольких лет подряд. Но с тех пор ситуация изменилась: цены на литий-ионные батареи сейчас находятся на рекордно низком уровне, и, по прогнозам BNEF, к 2027 году они опустятся ниже 100 долларов за кВт-ч.
"Ионно-натриевые батареи в целом конкурируют с литий-ионными. Оба они имеют более низкую плотность энергии по сравнению с химическими элементами на основе никеля", - говорит Стойкоу. "В результате натрий больше подходит для вещей, которые не требуют очень высоких энергетических затрат", - добавила она. Поскольку плотность энергии низкая, похоже, что натриево-ионные батареи могут играть большую роль в стационарных хранилищах и небольших автомобилях, где требования к дальности хода ниже. Именно этим, судя по всему, и занимается компания BYD - батареи с ее предстоящего натриевого завода будут использоваться в "микроавтомобилях", говорится в пресс-релизе.
Правительство США, крупные производители батарей и автопроизводители вкладывают все свои финансовые силы в локализацию производства литий-ионных батарей, и это может бросить тень на потенциального конкурента LFP. "Что сделает или сломает эту технологию? Один из ключевых факторов - конкурентоспособность по цене. Если цены на литий продолжат стремительно падать, а LFP будет становиться все дешевле и дешевле, то это сделает аргументы в пользу натрий-ионных аккумуляторов более весомыми", - говорит Стойко.
Даже те компании, которые достигли более поздней стадии коммерциализации натрий-ионных аккумуляторов, такие как BYD и Northvolt, не смогут конкурировать с литий-ионными, которые являются более зрелым продуктом, сказал Стойкоу. Кроме того, все сводится к характеру вождения на Западе. "В США и Европе потребительские предпочтения отличаются от китайских. Здесь люди ездят на большие расстояния, и у них большие автомобили. Так что это не обязательно идеальный вариант", - добавила она.
Вместо этого Стойко подтвердила, что прогресс в литий-ионных аккумуляторах и их подкатегориях, скорее всего, будет оставаться статус-кво еще долгие годы. Это включает в себя развитие технологий на уровне ячеек и блоков, усовершенствование катодов и анодов, например, включение кремния в графит или даже твердотельные электролиты. Таким образом, хотя натриево-ионная технология может найти свою нишу в области хранения энергии и микроавтомобилей, ее более широкие перспективы представляются довольно ограниченными, по крайней мере, в настоящее время.