Натрий-ионные аккумуляторы экологичнее и дешевле литий-ионных, но вместе с низкой стоимостью ниже и их эффективность. Разбираемся, когда натриевые батареи выйдут на рынок и будут ли они применяться в электромобилях
Об эксперте: Антон Скибин, директор по направлению «Электроэнергетика» Кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково».
С развитием технологий растет и потребность в эффективных и мощных батареях. Ключевым компонентом для питания устройств от смартфонов до электромобилей остается литий. В России вопрос обеспечения сырьем стал еще острее, поскольку Аргентина и Чили, на границах которых находится более половины мировых запасов сырья, приостановили поставки. Пока у России есть запасы лития, но, чтобы избежать дефицита в будущем, планируется начать промышленную добычу металла. Закрыть потребности за счет внутреннего производства возможно будет, по оценкам экспертов, к 2030 году. Так, «Росатом» и «Норникель» готовят к освоению перспективное Колмозерское месторождение в Мурманской области. Помимо этого, в стране разрабатываются и альтернативные технологии.
Натрий или литий?
В течение последних двух десятилетий литий-ионные аккумуляторы являются одними из лучших типов батарей и пользуются большим спросом. Их выбирают из-за высокой плотности энергии (они могут выдавать 100–300 Вт?ч/кг, что больше по сравнению с аналогами), минимального саморазряда (4–6% за месяц, 10–20% за год), легкого веса, запаса рабочих циклов разряда-заряда (более 1000) и других преимуществ.
Однако литий — дорогостоящий щелочной материал, и его запасы по всему миру ограничены. Поэтому основная проблема литий-ионных батарей — растущий спрос, который все сложнее удовлетворять. В связи с развитием электротранспорта уже сейчас требуются более доступные и дешевые технологии накопления. Именно поэтому сегодня так активно обсуждается идея о массовом производстве натриевых батарей, которые не смогут полностью заменить литий, но станут возможной альтернативой.
Натрий — широко распространенный металл. Его стоимость значительно ниже, чем лития, что делает натриевые батареи потенциально рентабельнее. По мнению ученых, они менее подвержены тепловому выходу из строя и экологичны, поскольку изготовлены из более распространенных и менее токсичных материалов. Однако сейчас натрий-ионные аккумуляторы демонстрируют плотность энергии всего 120–160 Вт?ч/кг и без улучшений не смогут составить конкуренцию литий-ионным. Последние хоть и выше в цене, но могут обеспечивать большое количество стабильных циклов и долгое время выполнять свою прямую задачу. Плотность энергии — одна из важных характеристик для электромобиля. Для сравнения: известный всем бензин имеет самые высокие показатели — более 5 тыс. Вт?ч/кг. Помимо этого, существует еще много теоретически возможных накопителей, например металл-воздушные батареи, по которым удельная емкость оценивается до 3 тыс. Вт?ч/кг.
Выход накопителей на рынок
На снижение стоимости и появление альтернативных накопителей влияют исследования, изобретения, научная и техническая доработки. Показательный пример — свинцовые батареи, которые существуют более 150 лет. Сегодня технология отлажена, построены заводы и спрос на свинцовые батареи удовлетворен. Литий-ионным аккумуляторам потребовалось 40–50 лет, чтобы выйти на рынок. У натриевых батарей в этом плане есть преимущество. Технологию уже в течение 10–15 лет активно обсуждают в научных и лабораторных кругах. При этом базовая архитектура батареи не меняется — ученые используют наработки и подходы предыдущих лет.
Однако для изготовления натрий-ионных аккумуляторов необходимо подбирать оптимальные материалы, чем сегодня и занимаются российские ученые. Так, в прошлом году в своем исследовании специалисты из Сколтеха и МГУ впервые описали, синтезировали и испытали новый катодный материал, который увеличивает на 10–15% энергоемкость натрий-ионной батареи. Кроме того, благодаря этому материалу аккумуляторы смогут работать при низких температурах, что актуально для России. Также проводятся независимые исследования. Все это влияет не только на скорость появления натрий-ионных накопителей, но и на конечную стоимость батареи.
Следующий важный шаг — появление компаний, которые внедряют технологии в прототипы и проводят тесты. Дальше это должно перейти в полусерийные производства. То есть на основе химической системы будут создаваться продукты и будет появляться понимание, как это работает и полезна ли новая система, например, для электромобилей. Сейчас на уровне результатов из лабораторий пока сложно оценить, насколько эффективен натрий-ионный аккумулятор и где его точно будут применять.
Перспективы появления натрий-ионной батареи
Нельзя однозначно сказать, что натриевые батареи станут лучшей из альтернатив для электромобилей. Возможно, для создания подходящего аккумулятора ученые задействуют все стабильные химические системы накопления. Чтобы технология считалась стабильной, нужно учитывать три фактора. Первый — достигнут ли предел параметров. Например, литий-ионные аккумуляторы долгое время широко не применялись, потому что специалисты продолжали повышать емкость батареи. Первые системы выдавали всего лишь десятки Вт?ч/кг, позже показатель увеличился до ста. Сегодня речь идет уже о повышении емкости до 300 Вт?ч/кг, но это пока что предел.
Второй важный фактор — предсказуема ли цена, доступна ли система на разных рынках. Пока натрий-ионная система не стабилизируется с точки зрения цены, массово применяться она не будет. При этом такая батарея может быть дешевле или дороже аналоговых литий-ионных аккумуляторов. Все зависит от применяемых технологий.
И третий фактор — наносят ли натрий-ионные батареи критический ущерб экологии. Ученые должны предложить эффективный способ переработки аккумулятора или варианты его повторного использования. Также важно понимать, наносит ли вред окружающей среде получение исходных материалов для изготовления батареи и выделяются ли опасные вещества при ее работе. Помимо этих трех факторов существует еще много вопросов, которые необходимо исследовать. Только после получения всех ответов станет понятно, заменят ли натрий-ионные аккумуляторы литий-ионные или займут место одной из альтернатив.
В Кузбассе совершенствуют методы восстановления нарушенных земель. Недавно вместо свалки техногенных отходов на территории государственного природного заказника "Барзасский" появилась целая плантация ...
Вода, сброшенная с японской атомной электростанции «Фукусима-1», не дойдет до российских берегов. Об этом заявил доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного океаногра...
Банк России выпустил в обращение памятные золотые монеты номиналом 50, 100 и 10 тыс. руб., а также серебряные монеты номиналом 3, 25 и 100 руб. «Белка обыкновенная». Об этом говорится в пресс-релизе Ц...
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
.gif)
.jpg)
