Натриевые АКБ: на старт, внимание, марш!

– Если коротко, то литий дорожает. В 2021–2023 гг. произошел резкий скачок стоимости, а поскольку разведанные запасы этого металла невелики, прогнозируется дальнейшее подорожание. Собственно, именно постоянный рост лития в цене заставил вспомнить о натрии.

Дело в том, что технологии создания литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторных батарей возникли почти одновременно – в 1976 г. Но в то время большее развитие получил литий, так как батареи на его основе имели бо́льшую емкость.

В 2010 г. разработка АКБ на основе натрия была возобновлена, а с 2016 г. в силу геополитических и экономических причин технология стала развиваться еще активнее. 

Ключевые достижения в этой области были получены в последние два года. Но отмечу, что технологии производства натриевых и литиевых батарей схожи. Именно поэтому весь путь от лаборатории до коммерческого использования натриевые АКБ прошли так быстро. 

– Во-первых, в отличие от лития, натрия очень много. То есть дефицит сырья нам не грозит. Кроме того, пока литиевые АКБ будут дорожать, натриевые будут становиться все доступнее. 

Во-вторых, с ростом производства стоимость натриевых АКБ будет постепенно снижаться, по прогнозам, они даже могут стать дешевле свинцово-кислотных батарей. При этом их характеристики приближены к характеристикам литиевых, а порой превосходят их. 

Для наглядности сравним основные параметры. 

Номинальное напряжение ячейки натриевой АКБ составляет 2,8–3,5 В. Это серединное положение между свинцовой (2 В) и литиевой (3–4,5 В). 

По жизненному циклу натриевые АКБ значительно лучше свинцовых и несколько хуже литиевых (свыше 3000 циклов заряда-разряда у лития, свыше 2000 – у натрия и всего 300–500 циклов у свинца). 

Теперь о тех параметрах, где натрий рекордсмен. Начнем с глубины разряда. У натриевых батарей этот показатель 100%! То есть натриевую батарею можно разрядить полностью, до нуля, и после зарядки она продолжит работу без потери характеристик, в то время как у лития этот показатель – 80–100% (на практике – не более 90%), а у свинца – 50%.

Кроме того, натриевые АКБ можно и заряжать, и разряжать при низких (около −20°С) температурах. Напомню, что литиевые АКБ в такой ситуации можно только разрядить, а вот заряжать уже придется в тепле. Что касается свинца, то для него при низках температурах невозможны ни разрядка, ни зарядка.

Натриевая батарея – абсолютный лидер по скорости зарядки: она заряжается на величину, более чем в пять раз превышающую ее емкость, в час (5С). Для лития этот показатель равен 1С, для свинца – 0,15 С. Разряд высоким током (та энергия, которую можно взять от батареи одномоментно) у натрия составляет 15С, т.е. это 15-кратная емкость батареи.

Для ЦОДов скорость заряда и разряда высоким током, а также допустимая температура работы, возможно, не столь важны. Но надо помнить, что двигатель рынка АКБ – это не дата-центры, а электротранспорт. А для этой области перечисленные характеристики весьма существенны. 

Кстати, уже в прошлом году китайская компания BYD выпустила две машины на базе натриевых батарей.

– С точки зрения безопасности эксплуатации натриевые батареи однозначно выигрывают у литиевых. Они не возгораются. Более того, в натриевых батареях безопасность обеспечивается на уровне ячейки.

Каждая ячейка в натриевой АКБ снабжена специальным механическим предохранителем, который сработает в случае подачи на него слишком большого напряжения и выведет батарею из строя. Вернуть его в исходное состояние не получится, но ячейку со сработавшим предохранителем можно вынуть из массива и заменить на рабочую.

Если же рассматривать вопрос с точки зрения безопасности окружающей среды, то здесь натрий также оптимален. На базе натрия создаются действительно наиболее «зеленые» на данный момент решения среди АКБ. 

– Да, мы протестировали АКБ на основе натрия. Все перечисленные преимущества в ходе испытаний были подтверждены. Например, мы проверили, как будет заряжаться батарея, будучи предварительно полностью разряженной. За полчаса с нуля она зарядилась до 90%. Натриевые АКБ работают в широком диапазоне температур, при тестировании мы понижали температуру до –40°С.

Отмечу еще один существенный плюс: протестированные ИБП на основе натриевых батарей не только быстро заряжаются и выдерживают многократные циклы заряда-разряда, но и в течение долгого времени (больше года) могут не использоваться без потери рабочих качеств. Их не нужно регулярно перезаряжать, как того требуют свинцово-кислотные АКБ. 

– Да, мы уже начали поставки однофазных ИБП с натриевыми батареями. 

У нас представлено несколько типов таких устройств. Это ИБП в корпусе башенного типа («тауэр») и для установки в стойку 19” (RT) мощностью от 1 до 10 кВА.

– Да, Ippon по соглашению с заказчиками полностью берет на себя обслуживание натриевых батарей.

– Никаких препятствий для замены свинцово-кислотного аккумулятора натриевым нет. Достаточно просто заменить в ИБП батареи одного типа на другой. Здесь не требуется ни специальных решений, ни специального оборудования. И это, конечно, огромный плюс для тех, кто хотел бы перейти на новые АКБ, но по тем или иным соображениям не готов менять источник питания. 

Единственное ограничение, которое может возникнуть, связано с зарядником ИБП. Если он не поддерживает скорость заряда, присущую натриевым АКБ, то заряжаться батареи будут не так быстро, как это в них заложено. Впрочем, по сравнению со свинцовыми разница все равно будет огромна. 

Что касается ИБП, использующих АКБ на основе лития, то здесь ситуация иная. Из-за требований безопасности каждая литиевая батарея большой емкости в обязательном порядке снабжается своей системой безопасности, которая на базовом уровне сопрягается с ИБП. Она становится неотъемлемой частью ИБП, своего рода его «мозгами». Натриевые батареи в таких системах не нуждаются, потому и заменить литий на натрий не выйдет – система просто не будет «понимать» новые АКБ. 

– Учитывая такие факторы, как доступность элемента, близкие к литию, а порой и превосходящие характеристики натриевых батарей, потенциально низкую стоимость, можно предположить, что смена фаворита неизбежна. Полагаю, что речь идет о сроке примерно в пять лет.

Еще раз подчеркну, что ключевым рынком для АКБ являются не ЦОДы, не энергоемкие отрасли, а электротранспорт. Так что и следить за тенденциями нужно на его примере.

Рекламодатель: ООО "МЕРЛИОН"  ИНН: 7719269331 ERID: 2Vfnxx45QiC

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!