Мощная замена литиевым аккумуляторам уже тут: в чем реальный секрет натриевых батарей
Натрий-ионные аккумуляторы постепенно становятся экономически выгодной и экологичной альтернативой привычным литий-ионным решениям. Благодаря прогрессу в разработке катодов и электролитов эта технология предлагает повышенную безопасность и стабильность работы в экстремальных температурах.
Пока литий остается стандартом для отрасли, натрий готовится занять свою нишу в сфере персонального электротранспорта, пишет AltEnergyMag.
Почему мир ищет замену литию
Литий-ионные батареи доминируют на рынке благодаря высокой плотности энергии и долгому сроку службы, что важно для смартфонов и электромобилей. Однако добыча лития сопряжена с этическими и экологическими проблемами, а цепочки поставок сильно зависят от геополитической обстановки и колебаний цен. В противовес этому натрий встречается в природе примерно в 1000 раз чаще, он дешевле и распределен по планете гораздо равномернее.
Натриевые элементы уже сейчас стоят меньше — порядка 80-110 долларов за кВт·ч. Кроме того, они обладают лучшей термической стабильностью и способны надежно работать в диапазоне температур от -30°C до 60°C. Эти характеристики делают их крайне привлекательными для применения там, где важна безопасность и низкая стоимость, а не рекордная емкость.
Технические нюансы и компромиссы
Главный недостаток новой технологии — более низкая плотность энергии (100–160 Вт·ч/кг против 250–300 Вт·ч/кг у лития) и меньший жизненный цикл. Чтобы преодолеть эти ограничения, инженеры экспериментируют с составом катодов. Например, высоковольтные фторфосфаты и соединения на основе ванадия показывают отличные результаты, обеспечивая быструю диффузию ионов. Особый интерес вызывают аналоги берлинской лазури (Prussian Blue) — недорогие материалы с открытой структурой, позволяющие ионам натрия перемещаться очень быстро, хотя ученым еще предстоит решить проблему их структурной нестабильности.
Изменения коснулись и анодов. Привычный графит не подходит для натрия, поэтому исследователи перешли на использование "твердого углерода". Этот материал эффективно запасает энергию и сохраняет стабильность при многократных циклах зарядки. Параллельно тестируются аноды на основе сульфидов металлов и фосфора, которые теоретически обладают огромной емкостью, но пока страдают от сильного изменения объема при работе.
Вопрос безопасности и перспективы
Важнейшим элементом батареи остается электролит. Жидкие варианты обеспечивают быструю зарядку, но сохраняют риск воспламенения. Поэтому инженеры изучают полимерные и твердотельные электролиты, которые полностью исключают утечки и возгорания. Гибридные композитные системы, сочетающие полимеры и керамику, сейчас выглядят перспективнее всего, потому что объединяют в себе гибкость и безопасность.
Эксперты считают, что натрий-ионные АКБ вряд ли полностью вытеснят литий в ближайшее время, но станут отличным дополнением. Они подходят для бюджетных электромобилей и стационарных хранилищ энергии, снижая зависимость человечества от дефицитных ресурсов.
Ранее сообщалось, что батареи станут гибкими и похожими на желе. Современным элементам питания уже недостаточно быть просто быстрыми и долговечными. Все большее значение приобретает фактор экологичности – из чего делать такие батареи, и как их потом утилизировать. Иногда появляются совершенно неожиданные решения – например, батарея на основе желатина.