Натрий-ионные аккумуляторы теперь конкурентоспособны на нишевых рынках

Аккумулятор FIAMM 12 FLB 450 P

Натрий-ионные аккумуляторы становятся более безопасной и дешёвой альтернативой литий-ионным. Недавнее международное исследование подтвердило их конкурентоспособность в сфере стационарных накопителей энергии. Исследование показало, что текущие инвестиции и развитие цепочки поставок могут способствовать более широкому внедрению этих аккумуляторов в течение следующего десятилетия.

Согласно недавнему отчёту Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), натрий-ионные аккумуляторы (SIB) всё чаще рассматриваются как экологичная альтернатива литий-ионным (Li-ion) аккумуляторам, особенно с учётом того, что к 2028 году мировой спрос на литий превысит предложение. Несмотря на этот потенциал, добиться широкого коммерческого успеха, особенно за пределами нишевых областей применения, по-прежнему непросто.

Международная исследовательская группа опубликовала подробный обзор ключевых тенденций на рынке и в экосистеме натрий-ионных аккумуляторов. Согласно их анализу, натрий-ионные аккумуляторы уже конкурируют с некоторыми литий-ионными аналогами в отдельных сегментах рынка.

«В сферах применения, где размер и вес не так важны, например в стационарных системах хранения энергии, натрий-ионные аккумуляторы уже начинают использоваться в коммерческих целях, — рассказал ведущий автор исследования Назмул Хоссейн в интервью. — Крупные производители, такие как CATL, объявили о планах начать массовое производство натрий-ионных аккумуляторов нового поколения к 2026 году и расширить их использование в транспортных средствах и системах хранения энергии».

Тем не менее отраслевые аналитики ожидают, что для достижения полного паритета по стоимости и производительности с основными литий-ионными аккумуляторами, в частности с литий-железо-фосфатными (LFP), потребуется время по мере развития производственных масштабов и технологий. По оценкам Хоссейна, это может произойти в середине 2030-х годов. «Натрий-ионные аккумуляторы в настоящее время конкурентоспособны на нишевых рынках и могут стать широко востребованными в стационарных системах хранения энергии в течение следующих пяти-десяти лет по мере снижения затрат и развития цепочек поставок», — сказал он.

По словам Хоссейна, окончательная конкурентоспособность технологии SIB будет зависеть от соотношения стоимости и производительности. Природное изобилие и низкая стоимость натрия делают его привлекательным кандидатом для крупномасштабного хранения энергии. В отличие от лития, цена на который нестабильна, а ресурсы ограничены, натрий позволяет создавать более доступные аккумуляторные системы, стоимость которых может быть на 30–40 % ниже, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов.

Однако это ценовое преимущество имеет свою цену. «Натрий-ионные аккумуляторы, как правило, имеют более низкую плотность энергии, обычно от 120 до 200 Вт·ч/кг, что ограничивает их применение в тех областях, где вес является критическим фактором, например в электромобилях», — сказал Хоссейн, отметив, что исследователи работают над устранением этих ограничений, изучая новые материалы для катодов и анодов, оптимизируя состав электролитов и совершенствуя конструкцию элементов, чтобы повысить производительность без ущерба для рентабельности.

«Подводя итог, можно сказать, что конкурентоспособность будет определяться сочетанием снижения затрат и повышения производительности, — добавил Хоссейн. — Несмотря на дешевизну сырья, добиться эквивалентного уровня хранения энергии по-прежнему сложно».

Натрий-ионные аккумуляторы особенно хорошо подходят для стационарного хранения энергии, в том числе для аккумулирования солнечной и ветровой энергии или снижения пиковых нагрузок в сети. Важным преимуществом является безопасность: натрий-ионные аккумуляторы менее подвержены тепловому разгону, чем многие литий-ионные системы, что обеспечивает высокий уровень безопасности при установке в больших помещениях.

Хоссейн также признал наличие ограничений у этой технологии. Помимо более низкой плотности энергии, некоторые эксперты утверждают, что для длительного хранения энергии более рентабельными могут оказаться альтернативные химические источники, такие как проточные батареи. «Ожидается, что натрий-ионные аккумуляторы будут отлично работать в системах хранения энергии и других стационарных устройствах. Однако они могут оказаться не самым подходящим вариантом для всех сегментов, особенно для тех, где требуется высокая плотность энергии», — сказал он.

Промышленная экосистема натриево-ионных аккумуляторов набирает обороты. Помимо CATL, такие компании, как Sinopec и LG Chem, разрабатывают материалы и налаживают цепочки поставок для более широкого внедрения. Растёт как интерес рынка, так и производственные мощности. По прогнозам, к 2030 году потенциальная мощность составит сотни гигаватт-часов по мере роста спроса на накопители энергии и отдельные электромобили.

«Растёт как интерес рынка, так и производственные мощности, которые к 2030 году могут достичь сотен гигаватт-часов», — подчеркнул Хоссейн. «Этот рост обусловлен расширением использования накопителей энергии и в некоторых случаях электромобилей».

В статье «Натрий-ионные аккумуляторы: экологичная альтернатива литий-ионным аккумуляторам с обзором тенденций на рынке, переработки и химического состава аккумуляторов», опубликованной в Next Energy, Хоссейн и его коллеги определили основные препятствия, мешающие более широкому внедрению технологии натрий-ионных аккумуляторов.

К ним относятся низкая плотность энергии, срок службы и стабильность, подавление образования дендритов, работа при низких температурах, промышленное производство углерода и интеграция на системном уровне. «Благодаря постоянному междисциплинарному развитию в области материаловедения, электрохимии и производственных процессов твердотельные аккумуляторы могут стать не просто альтернативой, а дополнительным и стратегически важным аналогом литий-ионных аккумуляторов», — заявили исследователи.

В исследовательскую группу вошли учёные из Исламского технологического университета Бангладеш, Университета Ватерлоо в Канаде и Университета штата Айдахо в Покателло, США.