Почему ионы натрия пока не могут соперничать с ионами лития
В качестве альтернативы практически монопольному положению литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов было выпущено новое поколение натрий-ионных (Na-ion) аккумуляторных элементов. Хотя эта технология вряд ли сможет существенно повлиять на долю рынка Li-ion аккумуляторов, недавние усовершенствования делают Na-ion аккумуляторы жизнеспособным решением для определённых нишевых применений, а в случае снижения стоимости они могут получить более широкое распространение.
азовая конструкция натрий-ионных аккумуляторов очень похожа на конструкцию литий-ионных аккумуляторов и состоит из положительного и отрицательного электродов, электролита и сепаратора. КПД в обоих случаях составляет более 90 %, но из-за большего размера частиц натрия натрий-ионные аккумуляторы более громоздкие и тяжёлые.
Одночасовая система хранения энергии Hithium (BESS) — это новейший продукт, в котором используется литий-ионный аккумулятор емкостью 162 Ач, срок службы которого, по заявлению компании, составляет 20 000 циклов. Продукт был представлен в прошлом году на выставке RE+ в США и предназначен для решения проблемы внезапных скачков нагрузки в центрах обработки данных, а также для увеличения срока службы.
Даже если это утверждение окажется правдой, остаётся серьёзная проблема: компания Hithium не раскрыла данные, необходимые для оценки удельной мощности, а удельная мощность натрий-ионных аккумуляторов по своей природе ниже, чем у литий-ионных. Это важный недостаток для предполагаемого применения в целях обеспечения качества электроэнергии, хотя и не абсолютное препятствие.
Ранее в 2025 году компания CATL выпустила натрий-ионный аккумулятор Naxtra, предназначенный для рынка электромобилей (EV), с гравиметрической плотностью энергии 175 Вт·ч/кг, что очень близко к среднему показателю литий-железо-фосфата (LFP), и скоростью зарядки 5 С. Компания HiNa выпустила аналогичный продукт с плотностью энергии 165 Вт·ч/кг. Однако самые современные аккумуляторы LFP достигают 205 Втч / кг и заряжаются при температуре 12 C. Это означает, что даже при своих новых параметрах Na-ion должны быть относительно дешевле, чем средний LFP, и существенно дешевле, чем ультрасовременный LFP, чтобы пробиться в нишу.
Предстоящие задачи
До этого ещё далеко. Отсутствие масштабирования существенно влияет на стоимость производства натрий-ионных аккумуляторов, которая на данный момент как минимум на 30 % выше, чем у литий-ионных, несмотря на то, что в будущем она может снизиться за счёт использования более дешёвого сырья. Карбонат натрия, используемый в натрий-ионных аккумуляторах, намного дешевле карбоната лития. Первый стоит сотни долларов за тонну, а второй — тысячи. Другие используемые материалы, например алюминий для токосъёмников вместо меди, также более доступны по цене. Тем не менее для достижения конкурентоспособной стоимости потребуются крупные инвестиции и масштабирование производства, что не поддерживается существующим спросом.
В контексте BESS текущий недостаток натрий-ионных аккумуляторов в плане стоимости сопровождается другими, неотъемлемыми недостатками — в данном случае это касается объёмной плотности энергии. Если взять в качестве примера два существующих продукта, то система MC Cube от BYD с литий-ионными аккумуляторами имеет ёмкость 6,4 МВт·ч при эквивалентном размере 20 футов, в то время как та же система от того же поставщика с натрий-ионными аккумуляторами имеет ёмкость всего 2,3 МВт·ч. Это несоответствие указывает на огромные проблемы, с которыми сталкиваются производители натрий-ионных аккумуляторов, которые неконкурентоспособны с точки зрения стоимости и удельной энергоёмкости. Это отражается на спросе. Даже в Китае, где разрабатывается большинство натрий-ионных аккумуляторов для систем накопления энергии, спрос на эту продукцию практически отсутствует. По данным сервиса S&P Global Commodity Insights «Технологии чистой энергетики», было установлено всего 148 МВт·ч натрий-ионных аккумуляторов для систем накопления энергии.
Но не всё так плохо с натриево-ионными аккумуляторами. Одним из их наиболее значимых преимуществ является безопасность. Натриево-ионные аккумуляторы менее подвержены тепловому разгону — риску, связанному с литий-ионными аккумуляторами, который может привести к пожарам и взрывам. Последние инновации привели к созданию натриево-ионных элементов, способных выдерживать экстремальные условия без ущерба для безопасности. Например, элемент Naxtra от CATL продемонстрировал впечатляющие результаты в стресс-тестах, показав свою способность выдерживать суровые условия без выделения газов. Ион натрия по своей природе более устойчив к экстремальным температурам, чем ион лития, что может быть важным преимуществом в некоторых регионах.
Помимо компонента физической безопасности, натрий-ионные аккумуляторы представляют собой стратегический элемент «безопасности цепочки поставок» Китай доминирует во всей цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов, за исключением сырья, в поставках которого он по-прежнему сильно зависит от импорта из стран, богатых литием, таких как Австралия, Чили и Аргентина. В отличие от лития, натрий можно производить синтетическим способом в любой точке мира, что устраняет риски, связанные с концентрацией в цепочке поставок и волатильностью цен. Доминирование в сфере натрий-ионных аккумуляторов может быть стратегически важным для производителей элементов питания, которые хотят застраховаться от будущих потрясений в цепочке создания стоимости литий-ионных аккумуляторов.
Ожесточённая конкуренция
Несмотря на потенциальные преимущества натрий-ионных аккумуляторов, они сталкиваются с серьёзной конкуренцией со стороны литий-ионных аккумуляторов, которые продолжают стремительно развиваться. Те же производители, которые добились успехов в области натрий-ионных аккумуляторов, такие как BYD, CATL и Hithium, также добились значительных успехов в области литий-ионных аккумуляторов, затмевая разработки в области натрий-ионных аккумуляторов всё более дешёвыми и инновационными продуктами. Инвестиции в исследования и разработки литий-ионных аккумуляторов значительно превышают инвестиции в натриево-ионные аккумуляторы, что затрудняет преодоление технологического отставания натриево-ионных аккумуляторов от литий-ионных.
Хотя натрий-ионные аккумуляторы могут найти применение в определённых областях, например в качестве стартерных аккумуляторов для легковых и коммерческих автомобилей или в системах хранения энергии, где безопасность и/или устойчивость к перепадам температур являются главными приоритетами, не стоит возлагать на них большие надежды в плане влияния на рынок аккумуляторов в целом. Натрий-ионные аккумуляторы вряд ли смогут нарушить сложившееся доминирование литий-ионных аккумуляторов, которые продолжают совершенствоваться с точки зрения производительности и стоимости гораздо быстрее, чем натрий-ионные или любые другие альтернативные аккумуляторы.
Будущее натрий-ионных аккумуляторов зависит от решения нескольких важнейших задач. Для того чтобы натрий-ионные аккумуляторы перестали быть нишевым продуктом и заняли более заметное место в сфере хранения энергии, необходимо обеспечить их конкурентоспособность по цене и повысить плотность энергии. Для реализации всего потенциала натрий-ионных аккумуляторов необходимы дальнейшие исследования и разработки, а также, прежде всего, масштабирование производства для достижения эффекта масштаба.