Натрий-ионные и литий-ионные батареи: в чём главные различия

Натрий-ионные и литий-ионные батареи работают по одному принципу, но различаются составом, плотностью энергии и возможными областями применения. Technology-издание Engadget сравнило оба типа на фоне того, что ряд производителей, среди них китайская CATL и General Motors вместе с Peak Energy, движутся к более крупному выпуску натрий-ионных элементов.

Принцип работы

В обоих случаях энергия накапливается и отдаётся за счёт перемещения заряженных частиц между отрицательным и положительным электродами. В литиевой батарее двигаются ионы лития, в натриевой — ионы натрия.

Плотность энергии

Главное отличие — плотность энергии, то есть сколько энергии батарея хранит относительно своего веса и размера. Натрий-ионные элементы достигают примерно 175 ватт-часов на килограмм, что на 20–30 % ниже, чем у литий-ионных. У литий-железо-фосфатных этот показатель составляет 205 ватт-часов, а у литиевых NMC (оксид никеля, марганца и кобальта) — 255. Ионы натрия крупнее и тяжелее, поэтому для больших батарей пространство становится недостатком, к тому же такие элементы работают при более низком напряжении.

Стоимость, холод и безопасность

Главное достоинство натрия — доступность: его гораздо больше, чем лития. Однако обилие сырья пока не привело к массовому производству, а у лития серьёзное преимущество в выпуске и использовании. Проблемой остаётся и поставка других компонентов, например никеля и марганца.

На холоде натрий-ионные батареи выигрывают: по данным Международного энергетического агентства (IEA), они сохраняют 90 % ёмкости при минус 40 градусах по Фаренгейту, тогда как у литий-ионных характеристики при схожих температурах резко падают. У натрия также ниже риск теплового разгона: элементы выделяют меньше тепла и требуют меньше систем защиты, хотя огнеупорными они не являются.

Перспективы

Над технологией работают также HiNa Battery Technology и Natron Energy (ныне Draslovka). Большинство компаний ориентируются на автомобили, некоторые — на питание дата-центров. Многообещающим началом считаются стационарные накопители для электросетей, где нет ограничений по размеру и весу, как у электромобилей. Автор считает, что технологии могут дополнять друг друга, например в экстремальный холод или в гибридных батарейных блоках.