Чуть более десяти лет назад мы начали писать о феномене так называемой «литиевой революции». Речь шла о массовом выпуске литий-ионных аккумуляторов, которые – как тогда казалось – открывают новую веху научно-технического прогресса. Напомним, что с литий-ионными аккумуляторами связывали эру господства электромобилей. Казалось, что они соответствую всем параметрам, необходимым для того, чтобы успешно конкурировать с автомобилями с ДВС. Энтузиазм был настолько велик, что во многих странах даже приняли программы по полному переходу на электромобили.
Еще одна важная сфера применения литий-ионных аккумуляторов – это «зеленая» энергетика. Считалось, что таким путем можно будет исправить главный изъян ветряков и солнечных электростанций, а именно прерывистый характер их работы. В этой связи ставился вопрос о строительстве гигантских хранилищ электроэнергии.
Указанные программы работают и поныне. Правда, былой энтузиазм уже угас. Со временем выяснилось, что литий-ионные аккумуляторы еще далеки от совершенства. Кроме того, не везде и не во всех отраслях они могут работать с высокой эффективностью. Например, они чувствительны к низким температурам, и потому становилось непонятно, насколько такие батареи подходят для суровых климатических условий, если их применять в электротранспорте. К тому же они очень долго заряжаются, что способно нервировать владельцев электромобилей. Также отмечались случаи возгорания, что сразу же ставит вопрос о безопасности их массового применения.
Но основная проблема, как всегда, уперлась в цену, которая, в свою очередь, сильно диктуется международной обстановкой. Литий – не такой уже распространенный материал, чтобы быть дешевым (особенно при массовом спросе). Китай, воспользовавшись (как всегда) этой ситуацией, уже сосредоточил в своих руках большую долю переработки лития. Кроме лития, он также производит большую часть графита – неотъемлемого компонента литий-ионных аккумуляторов. Помимо этого, там используются такие материалы, как кобальт и никель. И здесь Китай также добивается доминирования. Для стран коллективного Запада, где уже приняли программы по переходу на электромобили и возобновляемые источники энергии, данное обстоятельство стало серьезным вызовом – не менее серьезным, чем китайская монополия на редкоземельные металлы.
В силу указанных причин ученые разных стран стали искать альтернативу литий-ионным аккумуляторам. Вариантов тут было много, и один из них привлек к себе наибольшее внимание.
Как мы помним, в знаменитом романе Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой» капитан Немо использовал в своей подводной лодке «Наутилус» натриевые электрические батареи. Причем, натрий он добывал прямо из морской соли с помощью угля. Поразительно, но в этом фантастическом романе великий писатель кое-что предвосхитил применительно к нашему дню. Дело в том, что натрий давно рассматривался в качестве одной из альтернатив литию.
Самое удивительное, что для производства натриевых накопителей энергии подошел такой широко известный материал, как берлинская лазурь (она же – «прусская синь»). Это был первый синтетический пигмент, изготовленный берлинскими мастерами еще в начале XVIII века. Он обладал высочайшей красящей способностью, поэтому стал использоваться в живописи. В дальнейшем он получил еще несколько применений. Например, его использовали в медицине как антидот при отравлении цезием и таллием. Не так давно ученые обнаружили еще одно полезное свойство берлинской лазури: оказалось, что она отлично «хранит» ионы натрия, что позволяет создавать батареи с высокой мощностью и длительным сроком службы.
Отметим, что упомянутый материал дает производителям важные преимущества. Он дешев и доступен, а его свойства прекрасно изучены. Одно из очевидных преимуществ берлинской лазури состоит в том, что она (в отличие от других материалов) позволяет ионам легче перемещаться туда и обратно. Данное свойство делает электроды более долговечными, чем металлические и углеродные электроды литий-ионных батарей. И еще одно важное свойство: натрий-ионный аккумулятор может заряжаться за считанные минуты и точно так же быстро выдавать короткие мощные импульсы энергии. При этом, как утверждают специалисты, у него отсутствует риск возгорания.
Таким образом, литий-ионные аккумуляторы не являются универсальным решением (как еще представлялось десять лет назад). Конечно, у них есть свои очевидные преимущества. В первую очередь – высокая плотность энергии (она заметно выше, чем у натрий-ионных аккумуляторов). Однако использование дорогостоящих металлов (включая никель и кобальт) приводит к тому, что в общей стоимости такой батареи примерно 60% будет приходиться на сырье. Если же учесть перспективы, когда окружающие нас предметы начинают электрифицироваться, нам понадобится более экономичный и более долговечный вариант. Натрий-ионные аккумуляторы как раз соответствуют этим критериям. По крайней мере, так произойдет в процессе налаживания их массового выпуска.
В США массовое производство натрий-ионных аккумуляторов началось с июня 2024 года. Такие же предприятия появились в Швеции, Южной Корее и в Китае. То есть процесс развивается полных ходом. Пока что новые продукт не воспринимают в качестве абсолютной замены литий-ионным аккумуляторам. Последние, ввиду более высокой плотности энергии, считаются более предпочтительным вариантом для использования в электромобилях. Так, если аккумулятор на основе лития позволяет обеспечить запас хода от одной зарядки на 400-600 км, то его конкурент на основе натрия обеспечивает не более 350 км.
По этой причине американские специалисты тесно связывают будущее натрий-ионных аккумуляторов с созданием хранилищ электроэнергии, где размер батареи не имеет принципиального значения, зато принципиально важна экономичность, долговечность и безопасность (еще раз напомним, что натрий-ионные аккумуляторы не подвержены риску возгорания). Кроме того, способность за короткое время выдавать большой импульс энергии делает их весьма привлекательными для обеспечения бесперебойной работы электронных систем (например, Центров обработки информации) в случае неожиданного сбоя в работе электросетей. Благодаря высокой скорости разрядки натриевые батареи могут в течение нескольких минут обеспечить электронным устройствам необходимую мощность, пока не включатся и не синхронизируются резервные электрогенераторы. Как подчеркивают специалисты, из-за погодных аномалий сбои в работе электросетей становятся очень частым явлением, и в этом случае натрий-ионные аккумуляторы становятся важным компонентом решения данной проблемы для ЦОДов и компаний, занимающихся облачными вычислениями.
Интересно, что с тех пор, как американский президент Дональд Трамп ввел пошлины на китайские товары, «натриевая» тема для Америки стала еще более актуальной. Учитывая, что именно Китай осуществляет туда поставки лития и графита, у производителей литий-ионных аккумуляторов начались реальные проблемы. И как раз в этих условиях натрий-ионные аккумуляторы становятся способом обхода этой уязвимой цепочки поставок. Забавно, что таким путем американцы избавляются от «китайской зависимости».
Тем временем в самом Китае времени не теряют и весьма активно продвигаются в «натриевой» теме. Как мы уже сказали, китайские компании также развивают технологии производства батарей на основе натрия. Причем, в этом деле они демонстрируют впечатляющие успехи.
Так, совсем недавно одна китайская компания провела испытания электрических внедорожников, оснащенных как раз натрий-ионными аккумуляторами. Испытания проводились на окраине горнолыжного курорта во Внутренней Монголии. Машины без особых проблем преодолевали обледенелые дороги и заснеженные склоны. Причем, всё это происходило при тридцатиградусном морозе.
Испытание наглядно показало, что натрий-ионные аккумуляторы могут работать гораздо лучше при низких температурах, чем литиевые. Это открывает возможность для расширения продаж электромобилей для регионов с холодным климатом. Возможно, они будут использоваться в «бюджетных» моделях, не рассчитанных на большой запас хода. В любом случае мы уже сейчас можем наблюдать начало массового производства натриевых аккумуляторов и конкурентную борьбу за покупателей со стороны компаний-производителей, которые рассчитывают со временем сделать такой товар более доступным для потребителей. Нынешний 2026 год обещает в этом отношении стать переломным. Поэтому у нас есть основание говорить о начале «натриевой» революции.
Николай Нестеров
Статья написана на основе подборок материалов информационного агентства Bloomberg
Изображение сгенерировано нейросетью
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии