Натриевый переход

Натриевый переход: батареи Naxtra и Changan Nevo А06

[{"type":"announce","attr":{},"content":"

Джон Гуденаф получил Нобелевскую премию за аккумуляторы на основе лития, но мало кто знает о его работах над батареями другого типа — ­натрий-ионными. Труды Гуденафа не пропали даром: китайская компания CATL недавно объявила о создании аккумулятора на альтернативных натрий-ионных технологиях, а первым электромобилем с батареей нового типа станет лифтбек Changan Nevo А06, который нам показали во время зимней поездки в Северный Китай.

"},{"type":"text-block","attr":{},"content":"

Литий-ионная революция в системах накопления энергии произошла настолько быстро, что велосипеды, самокаты и автомобили на электротяге появились в нашей жизни как-то сразу и вдруг. Сегодня они используют литиевые батареи разного типа, отличающиеся друг от друга материалом электродов, химическим составом и внутренним устройством.

Но объединяет их одно — легкий щелочной металл с атомным номером 3. 

При ­небольших габаритах такие аккумуляторы характеризуются малым  весом, высокой плотностью энергии, внушительной токоотдачей и выдерживают завидное количество зарядно-разрядных циклов. У них низкий саморазряд, и они вообще не требуют обслуживания. Собственно говоря, в обнимку с литием человечество вполне могло бы шагнуть в новую энергетическую эпоху, тем более что уже сейчас на литиевых технологиях работают гигантские аккумуляторные системы, сглаживающие скачки потребления электроэнергии в пиковые часы. Но в каждой бочке меда есть своя ложка дегтя, и порой не одна. 

При всех неоспоримых достоинствах литиевые батареи подвержены старению, даже если они просто хранятся, а не используются. Они ощутимо теряют емкость на холоде, плохо переносят избыточный нагрев, причем сильная разрядка в таких условиях приводит к существенному снижению энергетической отдачи, что весьма болезненно для электротранспорта. Чтобы нивелировать этот эффект и не допустить деградации энергетических ячеек, приходится колдовать с ­системами термостатирования, что делает электромобили дороже. Для правильной зарядки литий-ионной батареи нужен контроллер, ограничивающий ток и защищающий цепь от короткого замыкания, и специальное балансирующее устройство, иначе часть аккумуляторов окажется переразряженной или недозаряженной.

"},{"type":"text-block","attr":{"cut":true},"content":"

А еще от сильного перезаряда или механического повреждения литий-ионные аккумуляторы могут бабахнуть: батареи первого поколения, где в качестве анода использовался металлический литий, а катод изготавливался из оксида кобальта, самовоспламенялись и даже взрывались из-за замыкания электродов. И представьте себе, очень весело полыхали: с термическим разгоном и выделением веществ, поддерживающих горение, что затрудняло их тушение традиционными способами, — ролики с пылающими электромобилями наверняка видели все. На воздушном транспорте сейчас и вовсе расцвела литиевая пирофобия: некоторые авиакомпании просто не допускают на борт пассажиров с пауэрбанками, не имеющими отметок государственной сертификации, и с ноунейм-аккумуляторами большой емкости.

Но и это еще не все. Литиевых месторождений на нашей планете, мягко говоря, немного — основными мировыми резервами этого металла располагают Австралия, Аргентина и Чили. И если представить, что человечество полностью откажется от двигателей внутреннего сгорания в пользу электротранспорта, то приблизительно через 90 лет литий на Земле закончится. На радость экологам! Ведь добыча щелочных металлов и их последующая утилизация приводят к загрязнению почвы и вызывают разрушение биосистем.

О возможной замене лития натрием в аккумуляторах заговорили еще в семидесятых годах прошлого века. ­Все-таки натрий в разы дешевле, его запасов на нашей планете выше крыши, да и природа при выпуске и последующей утилизации батарей страдать будет куда меньше. С их интегрированием в уже существующие системы хранения энергии и выпущенные электромобили проблем не возникнет, и, как утверждают аналитики, в долгосрочной перспективе натрий-ионные батареи окажутся приблизительно на 20% дешевле литиевых.

"},{"type":"text-block","attr":{},"content":"

По своим физико-химическим свойствам оба элемента близки. Но атом натрия крупнее и тяжелее атома лития, его ионы не так шустро перемещаются между электродами, так что по плотности энергии литий вне конкуренции. То есть при прочих равных условиях электромобиль на литиевой батарее уедет дальше «натриевого». Зато натрий-ионные аккумуляторы не боятся ­разряда «в ноль» и куда лучше ведут себя на ­холоде! На это обстоятельство уже отреагировали в Северной Америке и Канаде, где быстро прижились 24-вольтовые стартерные натрий-ионные аккумуляторы для грузовиков — в отличие от древних свинцово-кислотных, они избавляют водителей чуть ли не от всех низкотемпературных проблем.

"},{"type":"images","attr":{"images":[{"src":"https://autoreview.ru/img/article/images/1794/179474/r30yMcqJlC.jpg","alt":"При одинаковых массово-габаритных параметрах натриевая батарея Naxtra имеет меньшую плотность энергии по сравнению с литиевой. Зато она прекрасно работает на морозе!","loaded":true}]}},{"type":"text-block","attr":{},"content":"

Ну а первую тяговую натрий-ионную батарею компания CATL ­представила в 2021 году. Ее характеристики не были выдающимися, но оказались ­вполне подходящими для городского ­электромобильчика JAC Yiwei, число зарядно-разрядных циклов которого удалось увеличить за счет применения многослойного оксидного катода. А еще через год CATL и Changan ­совместно разработали натрий-ионные ­батареи второго поколения под названием Naxtra — они ­рассматриваются сегодня как реальный конкурент ­литиевым аккумуляторам, и в ­ближайшее время ими будет оснащена специальная «натриевая» версия электромобиля Changan Nevo А06, которая сейчас проходит заключительный цикл пробеговых испытаний на ­северном ­полигоне ­Китая во ­Внутренней Монголии.

"},{"type":"images","attr":{"images":[{"src":"https://autoreview.ru/img/article/images/1794/179474/IkV4580vW4.jpg","alt":"Changan Nevo A06 длиной 4,9 м выпускается с 2025 года, но ­пока только с литий-железо-фосфатными батареями. Версия с натриевым аккумулятором должна выйти на рынок во второй половине этого года

","loaded":true}]}},{"type":"text-block","attr":{},"content":"

При емкости 45 кВт·ч и довольно скромной плотности энергии ­­(200 ­Вт·ч/кг, на треть ниже литий-ионных ­аналогов) Naxtra обеспечивает ­машине ­массой под две тонны пробег 200 км на «голом» электричестве и 500 км в ­гибридном режиме. Не впечатляет? А как вы оцените способность электромобиля заряжаться до 80% всего за полчаса на лютом морозе? При комнатной температуре это и вовсе займет 15 минут.

Вдобавок натрий-ионный аккумулятор безопаснее. В ходе сертификации по безопасности инженеры CATL клали батареи под пресс, сверлили насквозь, разрезали циркулярной пилой — и ни в одном случае не возникло даже намека на задымление, образование искр, химический перегрев или воспламенение.

"},{"type":"images","attr":{"images":[{"src":"https://autoreview.ru/img/article/images/1794/179474/RBhobAlymM.jpg","alt":"Инженеры CATL утверждают, что даже после ­такого ­«краш-теста» батарея Naxtra не воспламеняется, не ­взрывается и вообще не представляет никакой опасности","loaded":true}]}},{"type":"text-block","attr":{},"content":"

Да, по плотности энергии и эффективности отдачи натрий-ионные батареи пока здорово уступают литиевым. Но химики продолжают колдовать! ­Оптимизируют конструкцию, экспериментируют с различными ­материалами для мембран, изучают термическую стабильность электролитов и их совместимость с высоковольтными катодами, добиваясь максимального срока службы батареи и баланса между плотностью энергии аккумулятора и его потребительской безопасностью. И если говорить о натриевом перевороте на рынке тяговых батарей пока рано, то о конкуренции с литиевыми — уже можно.  

"},{"type":"images","attr":{"images":[{"src":"https://autoreview.ru/img/article/images/1794/179474/JLzKRjbXHn.jpg","alt":"","loaded":true}]}}]