Натрій-іонні акумулятори поступово стають економічно вигідною та екологічною альтернативою звичним літій-іонним рішенням. Завдяки прогресу в розробці катодів і електролітів ця технологія пропонує підвищену безпеку і стабільність роботи в екстремальних температурах.
Поки літій залишається стандартом для галузі, натрій готується зайняти свою нішу у сфері персонального електротранспорту, пише AltEnergyMag.
Чому світ шукає заміну літію?
Літій-іонні батареї домінують на ринку завдяки високій щільності енергії і довгому терміну служби, що важливо для смартфонів і електромобілів. Однак видобуток літію пов’язаний з етичними та екологічними проблемами, а ланцюжки постачань сильно залежать від геополітичної обстановки і коливань цін. На противагу цьому натрій зустрічається в природі приблизно в 1000 разів частіше, він дешевше і розподілений по планеті набагато рівномірніше.
Натрієві елементи вже зараз коштують менше — близько 80-110 доларів за кВт-год. Крім того, вони мають кращу термічну стабільність і здатні надійно працювати в діапазоні температур від -30°C до 60°C. Ці характеристики роблять їх вкрай привабливими для застосування там, де важлива безпека і низька вартість, а не рекордна ємність.
Технічні нюанси та компроміси
Головний недолік нової технології — нижча щільність енергії (100-160 Вт-год/кг проти 250-300 Вт-год/кг у літію) і менший життєвий цикл. Щоб подолати ці обмеження, інженери експериментують зі складом катодів. Наприклад, високовольтні фторфосфати і сполуки на основі ванадію показують відмінні результати, забезпечуючи швидку дифузію іонів. Особливий інтерес викликають аналоги берлінської блакиті (Prussian Blue) — недорогі матеріали з відкритою структурою, що дають змогу іонам натрію переміщатися дуже швидко, хоча вченим ще належить вирішити проблему їхньої структурної нестабільності.
Зміни торкнулися й анодів. Звичний графіт не підходить для натрію, тому дослідники перейшли на використання “твердого вуглецю”. Цей матеріал ефективно запасає енергію і зберігає стабільність за багаторазових циклів заряджання. Паралельно тестують аноди на основі сульфідів металів і фосфору, які теоретично мають величезну місткість, але поки що страждають від сильної зміни об’єму під час роботи.
Питання безпеки та перспективи
Найважливішим елементом батареї залишається електроліт. Рідкі варіанти забезпечують швидку зарядку, але зберігають ризик займання. Тому інженери вивчають полімерні та твердотільні електроліти, які повністю унеможливлюють витоки та загоряння. Гібридні композитні системи, що поєднують полімери і кераміку, зараз виглядають найперспективнішими, тому що поєднують у собі гнучкість і безпеку.
Експерти вважають, що натрій-іонні АКБ навряд чи повністю витіснять літій найближчим часом, але стануть чудовим доповненням. Вони підходять для бюджетних електромобілів і стаціонарних сховищ енергії, знижуючи залежність людства від дефіцитних ресурсів.
Раніше повідомлялося, що батареї стануть гнучкими і схожими на желе. Сучасним елементам живлення вже недостатньо бути просто швидкими та довговічними. Дедалі більшого значення набуває фактор екологічності — з чого робити такі батареї, і як їх потім утилізувати. Іноді з’являються зовсім несподівані рішення — наприклад, батарея на основі желатину.
