Постлитиевые технологии: CATL выводит на рынок натрий-ионные батареи

Dr. Robin Zeng, founder and chairman of CATL

Dr. Robin Zeng, founder and chairman of CATL

Аккумуляторы, особенно мощные литий-ионные батареи, являются важным фактором для перехода на во-обновляемые источники энергии. Однако у этой продукции есть и свои недостатки: практика добычи и стоимость лития вызывают беспокойство. Робин Цзэн, председатель совета директоров компании Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL), занимающейся производством аккумуляторов, представил решение. Китайская компания планирует выпуск безлитиевые натрий-ионные батареи.

Производитель утверждает, что его новейший продукт отвечает всем требованиям современного рынка аккумуляторов. Прежде всего, батарея имеет высокую плотность энергии — 160 ватт-часов на килограмм. Это немного меньше, чем 200 ватт-часов на килограмм, достигнутых батареями LFP, которые CATL поставляет компании Tesla, но Цзэн уже заявил, что второе поколение натрий-ионных батарей достигнет отметки 200 ватт-часов. Современные батареи NMC-811 имеют плотность энергии, близкую к 300 ватт-часам на килограмм.

Однако натрий-ионный продукт, очевидно, не уступает и по другим электрохимическим свойствам и, например, может заряжаться до 80 процентов всего за 15 минут. Кроме того, утверждается, что батарея хорошо работает при низких температурах. При температуре -20 градусов Цельсия натрий-ионная батарея сохраняет 90 процентов своей емкости, как утверждает производитель. Китайская компания также утверждает, что ее новый продукт превосходит национальные стандарты по термостабильности.

CATL будет использовать батареи первого поколения на рынке электромобилей и отметила такие ключевые особенности, как низкотемпературные характеристики, которые сделают их подходящими для автомобильных рынков с суровыми зимами. CATL первоначально начнет выпуск аккумуляторных батарей для электромобилей, в которых будут сочетаться натриево-ионные и литиево-ионные батареи, чтобы компенсировать недостаток плотности энергии. Для достижения этой цели CATL также разработала систему управления батареями.

«Более низкая энергия натрий-ионных ячеек говорит о том, что эта технология больше подходит для стационарных систем хранения электроэнергии, которые имеют меньше ограничений, в то время как представление о батарейных блоках, сочетающих в себе как натриево-ионные, так и литий-ионные ячейки, может указывать на компромисс в производительности для недорогих электромобилей, который способен подорвать массовый рынок», — сказал аналитик Wood Mackenzie Research Макс Рейд.

Натрий-ионные батареи имеют одинаковые принципы работы имеют с литий-ионными батареями. В обоих случаях ионы перемещаются между анодом и катодом, отдавая или принимая электроны. Хотя литий очень хорош в этом отношении, он является довольно дефицитным сырьем, которое в основном добывается в Чили, Австралии и Китае.

Рынок лития не только нестабилен из-за географической концентрации металла, но его добыча также подвергается критике из-за интенсивного использования воды. В течение многих лет натрий-ионные батареи исследовались как альтернатива безлитиевым.

Wood Mackenzie считает, что внедрение натрий-ионных батарей может ослабить дефицит сырья для батарей. «Около 93 процентов ячеечных мощностей CATL расположены в Китае», — сказал старший аналитик Ле Сюй. «Развитие технологии натрий-ионных батарей может диверсифицировать потребление сырья, особенно лития. Поставщики аккумуляторов, такие как CATL, Tesla и LG Chem, активно подписывают соглашения о поставках с шахтерами в Австралии и Чили, в связи с чем цены на химический литий достигли новых максимумов за последние шесть месяцев».

С другой стороны, натрий является одним из наиболее распространенных элементов в земной коре, и его можно добывать, например, путем электролиза хлорида натрия (поваренной соли). Он также может содержаться в других химических соединениях.

Проблема натрий-ионных батарей заключается в том, что требуется большее количество ионов натрия по сравнению с ионами лития. Для размещения дополнительных ионов необходимо учитывать особые требования к структурной стабильности и кинетическим свойствам материала, и предыдущие эксперименты привели к тому, что емкость натрий-ионных батарей быстро снижается.

Для преодоления этой проблемы CATL утверждает, что использовала Berliner Weiß с более высокой удельной производительностью. Материал NaxFe[Fe(CN)6]y-nH2O также рассматривался другими исследовательскими группами в качестве потенциального кандидата на катод для натрий-ионных батарей, но практические ограничения по емкости и стабильности циклов препятствовали коммерческому прорыву. CATL утверждает, что решила эту проблему, изменив объемную структуру материала и перегруппировав электроны. Что касается анода, CATL также разработала новый материал на основе углерода с высокопористой структурой, которая позволяет накапливать ионы натрия, обеспечивая эффективность работы в циклическом режиме.

«Натрий-ионная технология уже давно рассматривается в качестве коммерческого использования батарей, поскольку натрий недорог и распространен по сравнению с литием, и крупномасштабное производство натрий-ионных батарей компанией CATL показывает, что привлекательность этой технологии будет реализована скорее раньше, чем позже», — сказал Рейд из Wood Mackenzie.

Говоря о производственных затратах, Цисен Хуанг, заместитель декана исследовательского института CATL, отметил, что производство натрий-ионных батарей в значительной степени совместимо с используемыми в настоящее время производственными методами и оборудованием. CATL приступила к промышленному производству батарей и намерена стабилизировать промышленную цепочку по выпуску такой продукции к 2023 году. Для этого потребуются совместные усилия поставщиков и потребителей на верхнем и нижнем этажах, говорит CATL, которая обратилась к двум группам и исследовательским институтам с просьбой объединить усилия для продвижения внедрения продукта.

Источник: https://www.pv-magazine.de/2021/07/29/post-lithium-technologie-catl-bringt-natrium-ionen-batterien-auf-den-markt/

Перевод выполнен с разрешения редакции журнала pv magazine.

PVD_MagazineGold_4c_SUN-518x100

Контакты

ул. Малая Морская, 108, офис 414, Торговый Центр "КИТ", г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
info@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik