Энергетический переход: Крупнейший производитель аккумуляторов CATL начинает производство натрий-ионных батарей

В прошлом году ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU) заявили, что «дни литий-ионных батарей сочтены», поскольку они будут заменены натриевыми аккумуляторами.

Исследование в области «пост-литиевых технологий» накопления энергии ведутся давно и напряжённо, и натрий-ионные батареи долго рассматривались в качестве одного из кандидатов на замену литию. Скажем, ещё в 2018 году об этом говорила другая группа учёных.

Сегодня эти прогнозы начинают сбываться, поскольку не кто-нибудь, а китайская Contemporary Amperex Technology Co., Ltd. (CATL), крупнейший производитель литий-ионных аккумуляторов в мире, представил свою «натрий-ионную батарею первого поколения». Вместе с ней было представлено решение AB, позволяющее объединить натрий-ионные и литий-ионные элементы в один аккумуляторный блок.

CATL заявляет, что натрий-ионные батареи предоставят новое решение для использования чистой энергии и электрификации транспорта, тем самым способствуя скорейшему достижению углеродной нейтральности.

Натрий-ионный аккумулятор работает аналогично литий-ионному, поясняет компания. Ионы натрия также перемещаются между катодом и анодом. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия имеют больший объем и более высокие требования в отношении структурной стабильности и кинетических свойств материалов. Это стало узким местом для индустриализации натрий-ионных батарей.

Компания CATL уже много лет занималась исследованиями и разработками материалов для электродов натрий-ионных аккумуляторов. Что касается катодных материалов, CATL применила материал Prussian white (ферроцианид железа) с более высокой удельной емкостью и переработала объемную структуру материала путем перегруппировки электронов, что решило «всемирную проблему» быстрого снижения емкости при циклическом изменении материала. Для анода CATL разработала твердый углеродный материал с уникальной пористой структурой, которая обеспечивает обильное накопление и быстрое перемещение ионов натрия, а также выдающиеся характеристики цикличности.

Основываясь на серии инноваций, первое поколение натрий-ионных аккумуляторов CATL обладает такими преимуществами, как высокая плотность энергии, возможность быстрой зарядки, превосходная термическая стабильность, отличные низкотемпературные характеристики и высокая эффективность интеграции. Плотность энергии натрий-ионного аккумуляторного элемента CATL может достигать 160 Вт*ч / кг, а аккумулятор может заряжаться за 15 минут до 80% при комнатной температуре. Кроме того, при низких температурах -20°C натрий-ионный аккумулятор сохраняет емкость более 90%, а «эффективность интеграции в систему» может достигать более 80%. Термостойкость натрий-ионных аккумуляторов превышает национальные требования безопасности для тяговых аккумуляторов.

Новые батареи CATL могут использоваться в различных сценариях электрификации транспорта, особенно в регионах с чрезвычайно низкими температурами, «где их выдающиеся преимущества становятся очевидными». Кроме того, их можно гибко адаптировать для использования в любых областях накопления энергии.

В следующем поколении натрий-ионных аккумуляторов CATL планирует увеличить плотность энергии до более чем 200 Вт*ч / кг.

Производитель также совершил прорыв в интеграции аккумуляторных систем и разработал решение AB, которое заключается в комбинировании в определенной пропорции и согласовании натрий-ионных и литий-ионных батарей и интеграции их в одну аккумуляторную систему. «Прецизионный алгоритм» BMS (системы управления батареей) позволяет управлять аккумуляторами разных типов. 

Предлагаемая комбинация может компенсировать текущий дефицит плотности энергии натрий-ионной батарей, а также расширить их преимущества высокой мощности и производительности при низких температурах.

CATL заявляет, что производство натрий-ионных аккумуляторов полностью совместимо с производственным оборудованием и процессами для литий-ионных аккумуляторов.

На данный момент компания приступила к внедрению натрий-ионных батарей в производство и планирует сформировать базовую производственную цепочку к 2023 году.

Вопрос достаточности материалов для энергетического перехода, таких как литий и кобальт, стоит довольно остро. При этом у нас нет сомнений, что гипотетическая ограниченность ресурсов не станет тормозом для фундаментальных преобразований в транспортном секторе и электроэнергетике. Стратегии субституции работают.