Натрий бросает вызов литиевым батареям

Калифорнийский стартап Unigrid сообщил о важном результате для натрий-ионных аккумуляторов: разработанные им элементы на основе химии sodium chromium oxide (NCO) успешно прошли техническую программу оценки Hyundai, южнокорейского автопроизводителя. Испытания были посвящены прежде всего безопасности — области, где у широко распространённых литий-ионных батарей остаётся заметная проблема.

Литий-ионные аккумуляторы используются в смартфонах, электромобилях, системах хранения энергии и электростанциях. Однако при повреждении, перегреве или производственном дефекте в них может начаться тепловой разгон — резкое повышение температуры, способное привести к возгоранию. Особую опасность представляет тепловое распространение: когда пожар переходит от одного элемента батареи к соседним.

По данным Unigrid, натрий-ионные NCO-элементы в ходе проверки Hyundai не загорелись, а теплового распространения между батареями зафиксировано не было. После длительной непрерывной циклической работы аккумуляторы продемонстрировали минимальное снижение ёмкости. Кроме того, они сохранили работоспособность в диапазоне от -20 до +60 °C. Испытания охватывали ограниченное число сценариев и не доказывают готовность технологии заменить все существующие батареи, но результат стал сильным подтверждением её потенциала.

Главное отличие натрий-ионных аккумуляторов отражено в названии: между положительным электродом, катодом, и отрицательным электродом, анодом, перемещаются ионы натрия, а не лития. Обе технологии известны примерно одинаково давно, но литий-ионная система получила преимущество благодаря большей плотности энергии — способности хранить больше энергии при сопоставимых размерах и массе.

У натрия есть другое преимущество: он значительно более распространён и доступен, чем литий. Это может уменьшить зависимость от ограниченных запасов сырья и сделать материалы дешевле. Пока же общая стоимость натрий-ионных аккумуляторов остаётся выше, чем у литий-ионных.

Главное слабое место натрий-ионной технологии — всё та же плотность энергии. Поэтому сейчас её считают особенно перспективной для стационарных систем хранения электричества и некоторых видов транспорта, чувствительных к цене, но менее подходящей для компактных устройств вроде смартфонов и планшетов.

В ближайшей перспективе натрий-ионные и литий-ионные батареи, вероятно, будут существовать параллельно. Дополнительный импульс отрасли может дать CATL — крупнейший производитель аккумуляторов в мире. Как сообщало Nature, компания планирует начать массовое производство натрий-ионных батарей до конца 2026 года и заявляет о соглашениях с автопроизводителем и поставщиком станций хранения энергии для электросетей.

CATL использует другую разновидность химии — Prussian white, или «прусский белый». Она потенциально дешевле в производстве, проще для масштабирования и может обеспечивать больший срок службы, однако вопросы к её плотности энергии сохраняются.

Исследователи продолжают искать более удачные сочетания материалов и химических составов. Среди обсуждаемых идей — отказ от фиксированных анодных материалов, чтобы перезаряжаемые батареи по принципу работы приблизились к одноразовым элементам. На развитие технологии также повлияют состояние мировой экономики и растущий спрос на электричество со стороны дата-центров искусственного интеллекта.

Учёные Abu Faizal Abdul Salam и его коллеги называют натрий-ионные батареи убедительной альтернативой литий-ионным системам — прежде всего для стационарного хранения энергии и транспорта, где важна низкая стоимость. Для коммерческого распространения, по их мнению, необходимы дальнейшие исследования материалов, единые методики испытаний и проверка технологии в реальных условиях.