Натриевая батарея, которая обещает сделать электромобили более доступными и устойчивыми к низким температурам, все еще имеет значительное ограничение по сравнению с литием в плане запаса хода на килограмм.
Натриевая батарея, которая обещает сделать электромобили более доступными и устойчивыми к низким температурам, все еще имеет значительное ограничение по сравнению с литием в плане запаса хода на килограмм.
Первый серийный глобальный электромобиль, оснащенный натрий-ионной батареей, — это Changan Nevo A06. Этот седан будет продаваться в Китае с использованием батареи Naxtra, произведенной CATL, мировым лидером в секторе аккумуляторов. Комплект имеет емкость 45 кВт⋅ч и обеспечивает примерно 400 км запаса хода по китайскому циклу CLTC, что сопоставимо с начальными электрическими моделями.
Главное преимущество этой технологии проявляется в неблагоприятных погодных условиях. Испытания, проведенные в Внутренней Монголии, показали, что натриевая батарея смогла сохранить более 90% своей емкости при температуре -40°C, а также заряжаться при -30°C и работать до -50°C. В отличие от этого, традиционные батареи могут потерять до 50% заряда в аналогичных сценариях.
Натрий обладает заметными преимуществами, такими как его обилие, которое примерно в тысячу раз превышает литий, и возможность добычи в различных частях мира, что снижает зависимость от ограниченных поставщиков. Поскольку натриевые ячейки не требуют лития, кобальта или никеля, они по своей сути безопаснее, имеют меньший риск возгорания и демонстрируют превосходство при низких температурах.
Однако главный недостаток заключается в плотности энергии. Натриевые батареи хранят меньше энергии на единицу веса (от 100 до 175 Вт⋅ч/кг) по сравнению с литием (который варьируется от 150 до 350 Вт⋅ч/кг). Это означает, что на практике электромобили, оснащенные натрием, будут иметь меньший запас хода или потребуют более крупных и тяжелых аккумуляторных блоков. По этой причине первоначальное применение этой технологии должно быть сосредоточено на городских автомобилях и автомобилях с коротким запасом хода.
Что касается стоимости, натрий может представлять собой положительный фактор, поскольку он использует обильные и дешевые сырьевые материалы. Хотя в настоящее время стоимость все еще близка к стоимости самых экономичных литиевых батарей, CATL прогнозирует достижение паритета уже в 2026 году. Тем не менее, отраслевые аналитики высказывают разные мнения о скорости этого процесса, предполагая, что в среднесрочной перспективе цены могут составить от 40 до 50 долларов США за кВт⋅ч по мере масштабирования производства.
Ученые из Китая объявили о значительном прорыве в области аккумуляторов, разработав металлическую натриевую батарею, способную полностью зарядиться всего за четыре минуты. Эта новая система продемонстрировала высокую стабильность при прохождении тысяч часов испытаний. Результаты были официально опубликованы в мае этого года в научном издании Nano-Micro Letters.
Основная цель этой инновации — преодолеть одно из главных препятствий, присущих этому типу батарей: образование дендритов. Это микроструктуры, которые могут вызывать короткие замыкания и, следовательно, резко снижать долговечность ячеек. Для смягчения этой проблемы исследовательская группа создала полутвердый гелевый электролит.
Если полученные результаты смогут быть воспроизведены в промышленных масштабах, эта технология имеет потенциал расширить варианты, доступные по сравнению с литий-ионными батареями, особенно в секторе электромобилей. Это обусловлено как потенциально более низкой стоимостью натрия, так и значительно сокращенным временем зарядки.
Металлические натриевые батареи рассматриваются как очень многообещающая альтернатива существующим технологиям, поскольку они используют более доступный и менее дорогой материал по сравнению с литием. Кроме того, эксперты отмечают, что эта модель батареи имеет меньший риск возгорания по сравнению с традиционными системами на основе литий-ионов.
Исторически коммерческое внедрение этих батарей сталкивалось с серьезным препятствием: во время циклов зарядки атомы натрия имеют тенденцию осаждаться на металлическом аноде, образуя так называемые дендриты. Со временем эти структуры растут до контакта между внутренними электродами, что приводит к короткому замыканию и выходу батареи из строя.
Чтобы бороться с этой проблемой, исследователи создали квазитвердый электролит под названием Sn-FB QSE. Согласно исследованию, этот материал обеспечивает более устойчивую внутреннюю архитектуру, минимизирует трещины в защитном слое, который естественным образом образуется при использовании батареи, и затрудняет появление дендритов.
Лабораторные испытания показали, что батарея функционировала более шести тысяч часов циклов заряда и разряда без коротких замыканий, вызванных такими структурами. В другом тесте устройство было полностью заряжено за четыре минуты, демонстрируя удельную емкость 80,1 миллиампер-час на грамм.
Данные, представленные авторами, показывают, что при увеличении периода зарядки до двадцати минут батарея сохранила около 90% своей емкости после двух тысяч полных циклов. Эта производительность приближается к теоретически ожидаемой для литий-ионных батарей, но с явным преимуществом более быстрого процесса зарядки.
Скорость зарядки является критическим фактором для расширения использования электромобилей. В то время как некоторые современные модели уже предлагают быструю зарядку, они требуют инфраструктуры высокой мощности. С другой стороны, большая часть электромобилей все еще нуждается в значительно более длительных промежутках зарядки. Исследователи также подчеркивают, что литий-ионные батареи остаются преобладающими в смартфонах, компьютерах и электромобилях, но зависят от таких сырьевых материалов, как литий и кобальт, приобретение которых более дорогостоящее. Кроме того, этот тип батареи более подвержен явлению теплового разгона, которое вызывает пожары в случае повреждения.
Металлические натриевые батареи стремятся сочетать положительные качества традиционных натриевых батарей и литий-ионных батарей. Используя металлический натрий в аноде вместо графита или твердого углерода, они могут обеспечить меньший вес и снизить затраты, сохраняя при этом уровень безопасности, связанный с обращением с ионами натрия. Однако исследование подчеркивает, что до коммерческого внедрения технологии остаются важные проблемы. Ученые утверждают, что крайне важно подтвердить воспроизводимость экспериментов и оценить их производительность при различных температурах — условие, жизненно важное для применения в автомобилях и электронном оборудовании.
