Натрий вместо лития: недорогая альтернатива литий-ионным батареям

CATL представила натриево-ионный элемент и планирует начать производство в 2023 году. Каковы преимущества и недостатки замены лития? Кристоф М. Шварцер оценил технологию, поговорив с экспертами по аккумуляторным батареям из P3 Automotive и профессором доктором Маркусом Хёльцле из ZSW. Потенциал огромен!

Компания Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL) совершила «прорыв», создав основное производство для натриево-ионных элементов, согласно ее собственным представлениям. И действительно, замена лития щелочного металла следующим элементом этой основной химической группы будет возможностью для дальнейшего очевидного снижения затрат. Поэтому Кристоф М. Шварцер поговорил со специалистами по аккумуляторным батареям из P3 Automotive и профессором доктором Маркусом Хёльцле из ZSW (Центр исследований солнечной энергии и водорода в Баден-Вюртемберге), чтобы дать реалистичную оценку натриево-ионных элементов.

Натриево-ионные элементы

Сам CATL конкретизирует в презентации: китайская компания демонстрирует реальный элемент и систему батарей. В нем смешаны литиевые и натрий-ионные элементы, чтобы компенсировать недостатки первого поколения. Например, CATL заявляет о сравнительно низкой гравиметрической плотности энергии 160 Втч / кг. Ожидается, что следующее поколение будет превышать 200 Втч / кг; CATL еще не сказал, когда.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

«Разработчикам CATL, должно быть, удалось решить известные проблемы натриево-ионных элементов, которые в принципе не новы», - объясняет Маркус Хёльцле. Хёльцле, который имеет докторскую степень в области электрохимии и до прихода в ZSW долгое время работал в BASF и на международном уровне, продолжает: «Например, 20 % емкости на данный момент потеряно во время самой первой зарядки», - говорит Хёльцле. CATL, вероятно, смог значительно улучшить аморфный углерод на анодной стороне, так называемый твердый углерод, с точки зрения необратимых потерь и способности к быстрой зарядке. Поэтому можно предположить, что исследования материалов здесь увенчались успехом.

«Со стороны катода берлинская лазурь, нетоксичный краситель, используется в состоянии, полностью смешанном с ионами натрия», - поясняет профессор Хёльцле. Преимущество: «Во всем используется дешевое сырье». Исключаются не только литий, но и типичные катодные металлы, такие как никель и кобальт. Несмотря на недостатки, такие как низкая плотность энергии, Hölzle может представить натриево-ионные элементы во всех классах транспортных средств, потому что автомобильная промышленность всегда уделяет пристальное внимание компромиссу между затратами и выгодами. Но еще более интересными и близкими по времени были бы стационарные приложения, такие как аккумуляторы для солнечных систем, потому что плотность энергии играет лишь незначительную роль в этих приложениях. С помощью недорогих натриево-ионных аккумуляторов можно реализовать большие аккумуляторные системы хранения по приемлемым ценам.

Его вывод: «Я подозреваю, что CATL действительно пойдет в серийное производство. Компания на сегодняшний день является лидером рынка в Китае и ставит перед собой четкую цель - стать мировым чемпионом по производству аккумуляторов. С этой целью несколько сотен ученых работают в собственном исследовательском отделе группы в ее штаб-квартире в Ниндэ, Китай. Учитывая размер и репутацию CATL, маловероятно, что здесь преувеличивают », - говорит Маркус Хёльцле.

Консалтинговая фирма P3, которая действительно проверяет каждую доступную ячейку, в целом подтверждает точку зрения ZSW. P3 приводит три преимущества натриевых по сравнению с литий-ионными элементами: они более мощные с точки зрения заряда и разряда и, таким образом, предлагают преимущества для приложений с высокими требованиями к мощности, таких как бортовые батареи, небольшие транспортные средства и стационарные накопители для электрических сетей с высокой мощностью. Однако, по словам P3, они еще недостаточно подходят для электромобилей. Они обладают первоклассными низкотемпературными характеристиками. И срок их службы, и термическая стабильность, то есть безопасность, очень высоки. «Но поскольку плотность энергии несопоставима с нынешними литий-ионными батареями с катодом NCM, основной конкурентной технологией является LFP», - заключает консалтинговая компания.

Это требует краткого объяснения: за некоторыми исключениями, литий-ионные элементы с катодом из никеля, кобальта и марганца использовались и используются в электромобилях с аккумулятором. Хотя соотношение смеси на катоде постоянно меняется, основная структура аналогична. Tesla продает Model 3 SR + с литий-железо-фосфатной батареей чуть меньше года. Этот химический состав ячеек чрезвычайно прочен, позволяет герметично упаковывать систему и имеет очень высокую циклическую стабильность.

Поскольку кобальт и никель можно не использовать, цена падает. С другой стороны, есть недостатки, такие как более короткий запас хода из-за более низкой плотности энергии - вот почему Model 3 является Standard Range Plus, а не Long Range - и плохая работа в холодных условиях. Тем не менее, по слухам, Tesla развернет второе поколение ячеек LFP уже в конце года. Зима покажет, какие улучшения были сделаны.

Вернемся к оценке натрий-ионных аккумуляторов P3: степень зрелости пока низкая, сказал он, потому что трезвый взгляд показывает, что в крупном промышленном масштабе их применения нет. «Немало стартапов таких как  Faradion в Великобритании, Altris в Швеции или Tiamat во Франции пытаются коммерциализировать эту технологию», - сказал P3. Пока ничего не получилось.

В случае успеха экономическое преимущество может составить от 10 до 20 % по сравнению с LFP: «Значительно более высокая доступность натрия, а также его более простая и экологически безопасная экстракция и исключение кобальта и никеля в материале катода может привести к значительному снижение затрат на элементы». P3 считает, что применение в автотранспортных средствах также возможно, но в настоящее время наблюдается тенденция к стационарному хранению.

Тем не менее, реальность использования в серийных электромобилях может наступить раньше, чем в случае твердотельных батарей: «По оценкам, соответствующий уровень зрелости для крупномасштабной индустриализации будет достигнут быстрее, чем, например, полностью твердотельных, потому что из-за технологии drop-in (те же технологии производства и аналогичные комбинации материалов, что и для литий-ионных батарей) масштабируемость может быть классифицирована как относительно высокая.

Ни ZSW, ни P3 в настоящее время не заявляют о цене. Оптимисты, однако, предполагают, что стоимость киловатт-часа составит 30 долларов. CATL, скорее всего, будет производить натрий-ионные элементы в период с 2023 года или после него. В то же время на рынок Германии будет поступать больше электромобилей с ячейками LFP. Volkswagen, например, уже указал это для своих моделей начального уровня ID.1 и ID.2. Таким образом, из-за их лучшей производительности и даже более низкой стоимости, будучи более экологически чистыми, ионно-натриевые элементы могут стать конкурентом LFP во второй половине десятилетия. Как всегда с батареями, поводов для эйфории нет. Но есть основания для уверенности: на данный момент снижение затрат является наиболее важным аспектом глобального роста электромобильности. опубликовано econet.ru по материалам electrive.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet