Натриево-ионные аккумуляторы готовы к масштабному применению
Безопасные и недорогие технологии хранения данных могут найти применение в центрах обработки данных, телекоммуникациях, домашних и сетевых хранилищах.
Литий-ионные аккумуляторы даже близко не приблизились к ослаблению своего господства на рынке аккумуляторных батарей. Однако развитие ускоряется и для более масштабных применений на рынке появится достойный конкурент натриево—ионные батареи.
Исследователи уже много лет обещают сделать натриевые батареи жизнеспособными. Однако скоро, технология, наконец-то будет "доведена до ума", и компании начнут коммерческие поставки.
В сентябре 2020 года Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики–Energy выделило компании Natron Energy, 19,9 миллиона долларов США в рамках новой программы ускоренного развития технологий с целью продвижения их коммерциализации. Батареи сейчас находятся в малообъемном производстве, говорит вице-президент по продажам Джек Пуше. Первыми клиентами "Натрона" стали дата - центры и телекоммуникационные компании.
“С точки зрения чистой производительности натриево-ионные батареи не привлекательны для портативной электроники или электромобилей”,-говорит К. М. Абрахам, профессор-исследователь Северо-Восточного университета и технический директор консалтинговой фирмы E-KEM Sciences. Литий-ионные аккумуляторы могут похвастаться более высокой плотностью энергии, чем ионы натрия, а это означает, что компактный литий-ионный аккумулятор будет иметь более длительное время работы между зарядами. До сих пор ионы натрия демонстрировали примерно половину плотности энергии лития, которая может достигать 285 Втч/кг, говорит он.
Но натриево-ионные аккумуляторы могут дать литий-ионам возможность работать в стационарных приложениях, таких как возобновляемые источники энергии для домов и электросетей или резервное питание для центров обработки данных, где стоимость важнее размера и плотности энергии. Основываясь на имеющейся в настоящее время информации, Абрахам прогнозирует, что стоимость натриево-ионных батарей будет примерно на 10-20 процентов меньше, чем литий-ионных.
Самое важное, в натриевых батареях, - это использование обильных, дешевых и безвредных материалов. В земной коре, более чем в тысячу раз больше натрия, чем лития. Его нужно меньше извлекать и очищать. Кроме того, катоды из оксида металла натрия, обычно используемые в батареях—аноды из углерода, как и литий-ионные батареи,—могут быть изготовлены из железа и марганца. Литий-ионные катоды, напротив, используют кобальт, металл с ограниченными геологическими запасами и сомнительной цепочкой поставок, сосредоточенной в нескольких странах. И другие батареи, такие как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, содержат токсичные металлы. “Главная привлекательность натрия-это устойчивость", - говорит Абрахам.
Натриевые батареи также более стабильны и безопасны, чем литий-ионные. Они имеют более широкий температурный диапазон, негорючи, они не выделяют избыточного тепла—которое может привести к возгоранию литий-ионных батарей—при любых условиях, говорит Пуше.
Natron - один из немногих игроков, разрабатывающих натриево-ионные аккумуляторы. Компания использует уникальный подход, делая как катод, так и анод из берлинской лазури, пигмента, используемого в красках и красителях. Химическая структура дешевого материала очень хорошо впитывает и высвобождает ионы натрия, создавая батарею, которая может заряжаться и разряжаться за считанные минуты и может производить быстрые выбросы энергии. Электроды Берлинской лазури также могут прослужить дольше, чем электроды на основе углерода и металла, они имеют более 50 000 циклов зарядки, говорит Пуше.
Другая ведущая компания по производству натриево-ионных аккумуляторов, базирующаяся в Великобритании Faradion, нашла рынки сбыта в Австралии и Индии. В прошлом году компания объявила, что получила свой первый заказ от инвестиционной группы ICM Australia для использования на австралийском рынке, где спрос на аккумуляторы растет для жилых, коммерческих и сетевых сфер применения. Они также разрабатывают свои аккумуляторы для коммерческих автомобилей в Индии.
Прототипные ячейки могут обеспечить плотность энергии более 140 Втч/кг.
А в конце февраля компания объявила, что работает с Хьюстонской энергетической компанией Phillips 66, базирующейся в Техасе, над разработкой более дешевых и высокоэффективных анодных материалов для батарей.
Такие целенаправленные исследования это именно то, что нужно технологии, говорит Абрахам. В недавнем обзоре, который он написал в ACS Energy Letters, он указывает на необходимость дальнейших исследований по улучшению анодных и катодных материалов, которые могли бы производить практические натриево-ионные батареи с плотностью энергии, приближающейся к 200 Втч/кг. Он указывает на перспективные текущие исследования в Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории, Французском Национальном центре научных исследований (CNRS) и Французской исследовательской сети по электрохимическому накоплению энергии.