Li-Ion-батареи сейчас — основная технология для хранения энергии. Тем не менее она вовсе не единственная, тем более что у нее большое количество недостатков. В статье поговорим о разработке компании Unigrid, которая недавно получила инвестиции для дальнейшего масштабирования производства своих аккумуляторов. А они как раз — натрий-ионные. Ученые и игроки рынка энергетики считают, что они могут стать альтернативой литию.

Что это за батареи и почему они лучше литиевых?

Дело в том, что Li-Ion-источники весьма дорогие. Они стоят примерно около $140 в расчете на 1 кВт·ч. В то же время натрий-ионные изделия при производстве в сопоставимых масштабах обещают значительное снижение цены благодаря более доступному сырью.

К сожалению, альтернативы до последнего времени не могли конкурировать с Li-Ion просто потому, что плотность у них меньше. А это значит, что при всех достоинствах таких накопителей энергии они будут больше и тяжелее литиевых. Есть и еще одна сложность — это характеристики заряда и разряда.

Но компания, о которой идет речь, смогла решить все сложности. Например, ей удалось повысить емкость благодаря новому химическому составу. Компания, которая разработала эти элементы, поделилась подробностями. Так, в одной части источника питания применяется хромат натрия, а в другой олово. И объем таких аккумуляторов не больше, чем литиевых. Также характеристики их сравнимы с Li-Ion, что является большим плюсом.

По словам разработчиков, их элементы питания могут найти применение в самых разных отраслях, включая ИБП для дата-центров, медицинских учреждений и пр. Еще одним преимуществом таких батарей перед литий-ионными изделиями является высокая температура возгорания — несколько сотен градусов Цельсия. Таким образом повышается безопасность при эксплуатации.

Что не так с литием?

Литий часто называют «белым золотом» из-за высокой рыночной стоимости ($13 440) и характерного серебристого цвета. Этот мягкий и пластичный металл — основной компонент перезаряжаемых литий-ионных батарей, которые используются во всех электронных устройствах: от смартфонов до электрических транспортных средств. Исследование от Международного энергетического агентства (IEA) показало, что мир столкнется с дефицитом лития уже к следующему году из-за увеличения производства аккумуляторов для электромобилей.

Согласно анализу американского Министерства энергетики, спрос на литий-ионные батареи вырастет в 10 раз к 2030 году. А это, в свою очередь, приводит к развертыванию заводов по их производству. К сожалению, предложение не поспевает за спросом, поскольку разработка новых месторождений и добыча лития занимают годы. Кроме того, промышленная инфраструктура такого рода оказывает сильное негативное воздействие на состояние окружающей среды. В частности, требуются огромные объемы воды и энергии, а после завершения цикла добычи и переработки остаются отвалы карьеров, сами карьеры, шахты и токсичные отходы. Сейчас об охране окружающей среды стали сильно заботиться даже в КНР, где раньше этот вопрос никогда не стоял в списке приоритетных на повестке дня.

Проблема с литием еще и в том, что бо́льшая часть глобального рынка этого ресурса принадлежит Китаю. И речь не об исходном сырье, руде и продуктах ее первичной переработки. Здесь впереди планеты всей Австралия, Чили и Аргентина. Но Китай умеет работать в полный цикл обработки сырья, причем весь процесс занимает минимум времени. А главное — в этой стране есть несколько гигафабрик для производства аккумуляторных батарей самых разных форм-факторов и назначения.

Что еще?

Поиском альтернативы литию занимаются и другие компании. Microsoft и Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) объединились для поиска альтернативных материалов для производства батарей. Ими было обнаружено новое вещество, названное N2116, которое, пока что в теории, способно снизить необходимость литиевых элементов в аккумуляторах на 70%.

Для поиска нового материала исследователи сформировали список из 32 миллионов потенциально подходящих неорганических веществ, который за неделю сузился до 18 «кандидатов» на замену литию. Если бы ученые использовали традиционные методы поиска, у них ушло бы не меньше 20 лет на получение тех же самых результатов. Однако с применением искусственного интеллекта и высокопроизводительных компьютеров для решения сложных научных и математических задач процесс значительно ускорился и занял всего неделю.

От момента обнаружения N2116 до создания первого рабочего прототипа батареи прошло менее девяти месяцев. Аккумулятор впоследствии был использован в качестве питательного блока для обычной лампочки, где и продемонстрировал свою работоспособность. Материал N2116 — твердотельный электролит с потенциалом сохранения энергии. Он теоретически способен стать основным элементом для батарей с высокой энергоемкостью и запасом на тысячи циклов заряда. При этом твердотельные батареи более безопасные, чем Li-Ion-элементы.

В целом, поиском альтернатив Li-Ion-источникам питания занимаются и другие компании, их не так и мало. Так что в конечном счёте можно ожидать появления на рынке новых решений, которые подойдут как для пользовательских устройств, так и для корпоративных решений.