Хотя цены на литий-ионные аккумуляторы снова падают, интерес к натрий-ионным (Na-ионным) накопителям энергии не ослабевает. В условиях глобального наращивания мощностей по производству клеток остается неясным, сможет ли эта многообещающая технология изменить соотношение спроса и предложения. Рассказывает Мария Майш.
Ионно-натриевые аккумуляторы переживают критический период коммерциализации, поскольку отрасли промышленности, от автомобилестроения до хранения энергии, делают большие ставки на эту технологию. Известные производители аккумуляторов и новички борются за то, чтобы перейти от лаборатории к производству жизнеспособную альтернативу литий-ионным батареям. Учитывая последний стандарт электрической мобильности и стационарного хранения, новая технология должна предложить доказанные преимущества. Ион натрия выглядит хорошо, с превосходной безопасностью, затратами на сырье и экологическими характеристиками.
Натриево-ионные устройства не нуждаются в критически важных материалах, поскольку вместо лития в них используется большое количество натрия, а также нет кобальта или никеля. Поскольку цены на ионы лития выросли в 2022 году на фоне прогнозов о нехватке материалов, ионы натрия стали рассматриваться как конкуренты, и интерес к ним остается высоким, даже несмотря на то, что цены на ионы лития снова начали падать.
«В настоящее время мы отслеживаем мощность производства 335.4 ГВтч натрий-ионных элементов до 2030 года, подчеркивая, что эта технология по-прежнему остается значительной», — сказал Эван Хартли, старший аналитик Benchmark Mineral Intelligence.
В мае 2023 года лондонский консультант предсказывал, что к 150 году будет произведено 2030 ГВтч.
Более дешевый
Натриево-ионные элементы, производимые в больших масштабах, могут быть на 20–30% дешевле, чем литий-ферро-железо-фосфат (LFP), доминирующая технология стационарных аккумуляторных батарей, в первую очередь благодаря большому количеству натрия и низким затратам на экстракцию и очистку. В ионно-натриевых батареях в качестве коллектора анодного тока может использоваться алюминий вместо меди, используемой в литий-ионных, что еще больше снижает затраты и риски в цепочке поставок. Однако эта экономия все еще потенциальна.
«Прежде чем натрий-ионные батареи смогут бросить вызов существующим свинцово-кислотным и литий-железо-фосфатным батареям, игрокам отрасли необходимо будет снизить стоимость технологии за счет улучшения технических характеристик, налаживания цепочек поставок и достижения эффекта масштаба», — сказал Шазан Сиддики, старший технологический аналитик United. Британская исследовательская компания IDTechEx. «Ценовое преимущество Na-ion достижимо только тогда, когда масштаб производства достигнет масштаба, сравнимого с литий-ионными аккумуляторными элементами. Кроме того, дальнейшее падение цен на карбонат лития может снизить ценовое преимущество натрия».
Ион натрия вряд ли заменит ион лития в приложениях, в которых приоритет отдается высокой производительности, и вместо этого будет использоваться для стационарных аккумуляторов и микроэлектромобилей. Аналитики S&P Global ожидают, что к 80 году литий-ионные аккумуляторы будут занимать 2030% рынка аккумуляторов, причем 90% этих устройств будут основаны на LFP. Ионы натрия могут составлять 10% рынка.
Правильный выбор
Исследователи рассматривают ионы натрия с середины 20-го века, и последние разработки включают улучшение емкости хранения и жизненного цикла устройств, а также новые материалы анода и катода. Ионы натрия крупнее, чем аналоги лития, поэтому натрий-ионные элементы имеют более низкое напряжение, а также меньшую гравиметрическую и объемную плотность энергии.
Гравиметрическая плотность энергии ионов натрия в настоящее время составляет от 130 до 160 Втч/кг, но ожидается, что в будущем она превысит 200 Втч/кг, что превышает теоретический предел для устройств LFP. Однако с точки зрения удельной мощности натрий-ионные батареи могут иметь удельную мощность 1 кВт/кг, что выше, чем у никель-марганцево-кобальтовых (NMC) от 340 Вт/кг до 420 Вт/кг и у LFP от 175 Вт/кг до 425 Вт/кг.
Хотя срок службы натрий-ионных устройств от 100 до 1,000 циклов ниже, чем у LFP, индийский разработчик KPIT сообщил о сроке службы с сохранением емкости 80% в течение 6,000 циклов – в зависимости от химического состава элементов – сравнимом с литий-ионными устройствами.
«В натрий-ионных батареях до сих пор не существует единого выигрышного химического состава», — сказал Сиддики из IDTechEx. «Предпринимается множество исследований и разработок, чтобы найти идеальный активный материал анода/катода, который позволит масштабировать за пределы лабораторной стадии».
Ссылаясь на находящуюся в США организацию Underwriter Laboratories, занимающуюся вопросами безопасности, Сиддики добавил, что «поэтому до стандартизации UL для натрий-ионных элементов еще далеко, и это заставляет OEM-производителей [производителей оригинального оборудования] нерешительно брать на себя обязательства по такой технологии».
Прусские белила, полианион и слоистый оксид являются кандидатами на катоды и состоят из более дешевых материалов, чем литий-ионные аналоги. Первый, используемый компаниями Northvolt и CATL, широко доступен и дешев, но имеет относительно низкую объемную плотность энергии. Британская компания Faradion использует слоистый оксид, который обещает более высокую плотность энергии, но со временем теряет мощность. Французская компания Tiamat использует полианион, который более стабилен, но содержит токсичный ванадий.
«Большинство производителей элементов, планирующих емкость натрий-ионных аккумуляторов, будут использовать технологию слоистых оксидных катодов», — сказал Хартли из Benchmark. «Фактически, 71% трубопровода [ячейки] представляет собой слоистый оксид. Аналогичным образом, 90.8% трубопровода катода ионов натрия представляет собой слоистый оксид».
В то время как катоды являются основным источником затрат для литий-ионных батарей, анод является самым дорогим компонентом в натрий-ионных батареях. Твердый углерод является стандартным выбором для анодов с ионами натрия, но производственные мощности отстают от мощностей натриевых элементов, что приводит к росту цен. Твердые углеродные материалы недавно были получены из различных прекурсоров, таких как отходы животноводства, осадки сточных вод, глюкоза, целлюлоза, древесина, уголь и производные нефти. Синтетический графит, распространенный материал литий-ионных анодов, основан почти исключительно на двух последних предшественниках. Учитывая развивающуюся цепочку поставок, твердый углерод обходится дороже, чем графит, и представляет собой одно из ключевых препятствий в производстве натрий-ионных элементов.
Частично компенсируя более высокие затраты, натрий-ионные батареи демонстрируют лучшую термостойкость, особенно в условиях минусовой температуры. Они безопаснее, чем литий-ионные, поскольку их можно разряжать до нуля вольт, что снижает риск при транспортировке и утилизации. Литий-ионные аккумуляторы обычно хранятся при уровне заряда около 30%. Ион натрия имеет меньший риск возгорания, поскольку его электролиты имеют более высокую температуру вспышки – минимальную температуру, при которой химическое вещество может испаряться с образованием воспламеняющейся смеси с воздухом. Поскольку обе химические структуры имеют схожую структуру и принципы работы, ион натрия часто можно добавлять в линии и оборудование по производству ионов лития.
Фактически, ведущий мировой производитель аккумуляторов CATL интегрирует ионы натрия в свою литий-ионную инфраструктуру и продукцию. Ее первая натрий-ионная батарея, выпущенная в 2021 году, имела плотность энергии 160 Втч/кг, а в будущем обещали 200 Втч/кг. В 2023 году CATL заявила, что китайский автопроизводитель Chery будет первым, кто будет использовать ионно-натриевые аккумуляторы. CATL сообщила журнал pv В конце 2023 года компания разработала базовую производственную цепочку по производству натрий-ионных аккумуляторов и наладила массовое производство. Масштаб производства и поставки будут зависеть от реализации проекта клиента, заявили в CATL, добавив, что необходимо сделать больше для крупномасштабного коммерческого внедрения ионов натрия. «Мы надеемся, что вся отрасль будет работать вместе над продвижением разработки ионно-натриевых аккумуляторов», — заявил производитель аккумуляторов.
Зарядка до натрия
В январе 2024 года крупнейший китайский автопроизводитель и второй по величине поставщик аккумуляторов BYD заявил, что начал строительство завода по производству натрий-ионных аккумуляторов стоимостью 10 миллиардов юаней (1.4 миллиарда долларов) и мощностью 30 ГВтч в год. Выход будет питать устройства «микромобильности». Компания HiNa, созданная на базе Китайской академии наук, в декабре 2022 года ввела в эксплуатацию линию по производству натрий-ионных аккумуляторов мощностью в гигаватт-час и анонсировала линейку продукции натрий-ионных аккумуляторов и прототип электромобиля.
Европейский производитель аккумуляторов Northvolt в ноябре 160 года представил сертифицированные натрий-ионные аккумуляторные элементы емкостью 2023 Втч/кг. Разработанная совместно с компанией Altris, созданной на базе Уппсальского университета в Швеции, технология будет использоваться в устройстве хранения энергии следующего поколения компании. Текущее предложение Northvolt основано на химии NMC. На презентации Вильгельм Лёвенхильм, старший директор Northvolt по развитию бизнеса в области систем хранения энергии, заявил, что компании нужна батарея, конкурентоспособная по масштабу с LFP. «Ожидается, что со временем эта технология значительно превзойдет LFP с точки зрения экономической конкурентоспособности», — сказал он.
Northvolt хочет создать батарею «подключи и работай» для быстрого выхода на рынок и масштабирования. «Ключевыми мероприятиями по выводу этой конкретной технологии на рынок является расширение цепочки поставок материалов для аккумуляторов, чем компания Northvolt в настоящее время занимается вместе с партнерами», — сказал Левенхильм.
Более мелкие игроки также вносят свой вклад в коммерциализацию технологии ионов натрия. Компания Faradion, которая была приобретена индийским конгломератом Reliance Industries в 2021 году, заявляет, что сейчас переносит в производство конструкцию ячеек следующего поколения. «Мы разработали новую технологию и занимаемую площадь ячейки с плотностью энергии на 20% выше, а также увеличили срок службы на треть по сравнению с нашей предыдущей конструкцией ячеек», — сказал генеральный директор (генеральный директор) Faradion Джеймс Куинн.
Элементы компании первого поколения продемонстрировали плотность энергии 160 Втч/кг. В 2022 году Куинн заявил, что план Reliance состоял в том, чтобы построить в Индии завод по производству ионов натрия мощностью, превышающим двузначные гигаватты. На данный момент кажется, что эти планы все еще в силе. В августе 2023 года председатель Reliance Мукеш Амбани заявил на ежегодном собрании акционеров компании, что бизнес «ориентирован на ускоренную коммерциализацию нашей технологии натрий-ионных аккумуляторов… Мы будем опираться на наше технологическое лидерство, индустриализируя производство натрий-ионных элементов на уровне мегаватт за счет 2025 года, а затем быстро вырастет до гигамасштабных масштабов», — сказал он.
Производство
Стартап Tiamat продвинулся в реализации своих планов по началу строительства завода по производству электроэнергии мощностью 5 ГВтч во французском регионе Верх-де-Франс. В январе 2024 года компания привлекла 30 миллионов евро (32.4 миллиона долларов) в виде акционерного и долгового финансирования и заявила, что рассчитывает завершить финансирование своего промышленного проекта в ближайшие месяцы, в результате чего общий объем финансирования составит около 150 миллионов евро. Компания, дочерняя компания Французского национального центра научных исследований, первоначально будет производить на своем заводе натрий-ионные элементы для электроинструментов и стационарных систем хранения данных, «чтобы выполнить первые уже полученные заказы». Позже компания будет нацелена на масштабное производство продуктов второго поколения для аккумуляторных электромобилей.
В Соединенных Штатах игроки отрасли также наращивают усилия по коммерциализации. В январе 2024 года Acculon Energy объявила о серийном производстве своих модулей и блоков натрий-ионных аккумуляторов для мобильных и стационарных систем хранения энергии, а также обнародовала планы по масштабированию производства до 2 ГВтч к середине 2024 года. Тем временем компания Natron Energy, дочерняя компания Стэнфордского университета, намеревалась начать массовое производство своих натрий-ионных батарей в 2023 году. Ее целью было производство 600 МВт натрий-ионных элементов на существующем литий-ионном заводе производителя аккумуляторов Clarios International в Медоубруке в Мичигане. Однако обновленная информация о прогрессе была ограничена.
Финансирование
В октябре 2023 года возникла компания Peak Energy с финансированием в размере 10 миллионов долларов и управленческой командой, состоящей из бывших руководителей Northvolt, Enovix, Tesla и SunPower. Компания заявила, что первоначально будет импортировать аккумуляторные элементы, и ожидается, что эта ситуация не изменится до начала 2028 года. «Для небольшой гигаваттной фабрики потребуется около миллиарда долларов — думайте, менее 10 ГВт», — заявил на презентации генеральный директор Peak Energy Лэндон Моссбург. . «Поэтому самый быстрый способ выйти на рынок — это построить систему с элементами, доступными от третьей стороны, и Китай — единственное место, где можно построить мощности для поставки достаточного количества ячеек». В конечном итоге компания надеется получить право на получение кредитов на внутренний контент в соответствии с Законом США о снижении инфляции.
Некоторые поставщики, такие как индийская KPIT, вышли на рынок без каких-либо производственных планов. Подразделение автомобильного программного обеспечения и инженерных решений представило технологию натрий-ионных аккумуляторов в декабре 2023 года и приступило к поиску партнеров-производителей. Рави Пандит, председатель KPIT, сказал, что компания разработала несколько вариантов с плотностью энергии от 100 Втч/кг до 170 Втч/кг и потенциально достигающей 220 Втч/кг.
«Когда мы начали работу над ионно-натриевыми батареями, первоначальные ожидания относительно плотности энергии были довольно низкими», — сказал он. «Но за последние восемь лет плотность энергии выросла из-за разработок, которые мы и другие компании проводим». Другие ищут партнерские отношения в сфере поставок. В прошлом году финская технологическая группа Wärtsilä – один из ведущих мировых интеграторов аккумуляторных систем хранения энергии – заявила, что ищет потенциальное партнерство или приобретение в этой области. В то время компания приступила к тестированию технологии в своих исследовательских центрах. «Наша команда по-прежнему привержена использованию новых возможностей с точки зрения диверсификации технологий хранения энергии, таких как включение натрий-ионных батарей в наши будущие решения для стационарного хранения энергии», — сказала Эми Лю, директор по разработке стратегических решений в Wärtsilä Energy Storage and Optimization, в феврале. 2024.
Возможность ниаршоринга
После множества заявлений о массовом производстве натрий-ионные батареи сейчас находятся на переломном этапе, и судьба технологии будет зависеть от интересов инвесторов. Анализ рынка IDTechEx, проведенный в ноябре 2023 года, предполагает ожидаемый рост как минимум на 40 ГВтч к 2030 году, а дополнительные 100 ГВтч производственных мощностей будут зависеть от успеха рынка к 2025 году.
«Эти прогнозы предполагают надвигающийся бум в индустрии [натрий-ионных аккумуляторов], которая будет зависеть от коммерческих обязательств в течение следующих нескольких лет», — сказал Сиддики.
Ион натрия может предложить еще одну возможность для прибрежных цепочек поставок экологически чистой энергии, поскольку необходимое сырье легко доступно по всему миру. Однако, похоже, поезд уже ушел со станции.
«Как и на ранних этапах развития рынка литий-ионных аккумуляторов, основным узким местом мировой промышленности будет доминирование Китая», — сказал Хартли из Benchmark. «По состоянию на 2023 год 99.4% мощностей натрий-ионных аккумуляторов базировалось в Китае, и, по прогнозам, к 90.6 году эта цифра упадет только до 2030%. из-за зависимости от внутреннего производства, также потребуются изменения на рынке ионов натрия для создания локализованных цепочек поставок».
Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, принадлежат автору и не обязательно отражают взгляды, которых придерживается журнал pv.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors@pv-magazine.com.
Источник из журнал pv
Отказ от ответственности: информация, изложенная выше, предоставлена pv-magazine.com независимо от Alibaba.com. Alibaba.com не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий относительно качества и надежности продавца и продукции.
