Comments 11
Насколько я знаю, натрий в батарейках давно придумали совать вместо лития и это точно придумали не в мисисе. Ну и разрыв между DFT симуляциями и работающей батарейкой довольно большой пока.
Ну… во-первых, запасы лития не так уж ограничены. Его просто уйма — но в морской воде. Впрочем, не спорю, натрия намного больше.
Во-вторых, помимо ёмкости в mAh, есть ещё такой параметр, как вольтаж батареи. У литиевых 3,6 вольта (самых ходовых, разумеется. Бывает и 3,7, и 2,5, и 3 вольта — химия разнообразна). У натриевых, насколько я знаю, вольтаж пониже, в районе 3 вольт. Т.е. ёмкость*вольтаж даёт меньше запасаемой энергии, чем в случае литий-ионок. А у них уже и так масса на грани в автомобилях, в обычный седан/кроссовер с плотностью даже литий-ионок не получается засунуть больше 100 кВт*ч, большинство производителей упёрлись в районе 80-90 кВт*ч для среднеразмерных машин.
И к вопросу цены. Цена на карбонат лития падает уже несколько лет, и сейчас уже на внутреннем рынке КНР тонна карбоната лития стоит в районе 5,5-6 тысяч долларов (хотя ещё несколько лет назад цены были в районе 20 тысяч), несмотря на растущий спрос и стремление многих автопроизводителей и производителей батарей законтрактовать большие объёмы.
И снова к химии. Литий-ионки — это не только литий, это ещё куча других металлов, в зависимости от химии — кобальт, марганец, алюминий, никель, железо-фосфаты, лития в батарейке в среднем от 8 до 15%, а никеля, например, может быть 70%. И литий там — не основной по стоимости и количеству материал. Собственно, с натрием может получиться так же — то, что он дешёв и распространён, может и не снизить стоимость батареи — если стоимость остальных материалов в батарее будет высокой.
Собственно, тенденции таковы, что миру в ближайшем будущем понадобится два вида электрических батарей — ёмкие компактные для электромобилей, и дешевые экологичные многоцикловые — для средних систем хранения энергии (ёмкостью от 50 кВт*ч для домашних систем до ~10 МВт*ч для торговых сетей/крупных суперчаржеров/парковок/ферм/удалённых от цивилизации селений). Всё, что больше по требованиям к запасаемой энергии, думаю, будет на водороде/зелёном метане. Вот для «средних» батарей натрий может и зайдёт. Отбить нишу электромобилей у лития уже вряд ли что-то сможет в ближайшее время…
Во-вторых, помимо ёмкости в mAh, есть ещё такой параметр, как вольтаж батареи. У литиевых 3,6 вольта (самых ходовых, разумеется. Бывает и 3,7, и 2,5, и 3 вольта — химия разнообразна). У натриевых, насколько я знаю, вольтаж пониже, в районе 3 вольт. Т.е. ёмкость*вольтаж даёт меньше запасаемой энергии, чем в случае литий-ионок. А у них уже и так масса на грани в автомобилях, в обычный седан/кроссовер с плотностью даже литий-ионок не получается засунуть больше 100 кВт*ч, большинство производителей упёрлись в районе 80-90 кВт*ч для среднеразмерных машин.
И к вопросу цены. Цена на карбонат лития падает уже несколько лет, и сейчас уже на внутреннем рынке КНР тонна карбоната лития стоит в районе 5,5-6 тысяч долларов (хотя ещё несколько лет назад цены были в районе 20 тысяч), несмотря на растущий спрос и стремление многих автопроизводителей и производителей батарей законтрактовать большие объёмы.
И снова к химии. Литий-ионки — это не только литий, это ещё куча других металлов, в зависимости от химии — кобальт, марганец, алюминий, никель, железо-фосфаты, лития в батарейке в среднем от 8 до 15%, а никеля, например, может быть 70%. И литий там — не основной по стоимости и количеству материал. Собственно, с натрием может получиться так же — то, что он дешёв и распространён, может и не снизить стоимость батареи — если стоимость остальных материалов в батарее будет высокой.
Собственно, тенденции таковы, что миру в ближайшем будущем понадобится два вида электрических батарей — ёмкие компактные для электромобилей, и дешевые экологичные многоцикловые — для средних систем хранения энергии (ёмкостью от 50 кВт*ч для домашних систем до ~10 МВт*ч для торговых сетей/крупных суперчаржеров/парковок/ферм/удалённых от цивилизации селений). Всё, что больше по требованиям к запасаемой энергии, думаю, будет на водороде/зелёном метане. Вот для «средних» батарей натрий может и зайдёт. Отбить нишу электромобилей у лития уже вряд ли что-то сможет в ближайшее время…
Кроме ниши автомобилей есть еще ниша зеленой энергетики, которая генерирует электричество когда природа на то согласна, а не тогда, когда надо. Чтобы скомпенсировать этот недостаток, нужны аккумуляторные системы. И здесь параметр стоимости на джоуль куда важнее, чем Дж/кг и Дж/л. И даже применимы аккумуляторы, требовательные к условиям. В стационарных условиях можно много чего реализовать.
Гореть будут при повреждениях ещё сильнее, чем литиевые?..
Тут уже было куча ответов по поводу "а при чём тут МИСИС". Добавлю.
- нет, гореть будут хуже (там же не чистый метал, да и натрий горит исключительно в воде и при сильно-насыщенном воздухе… ну т.е. в Сахаре не загорится "стопудов". А вот во Владике/Сочи — вполне возможно. В Питере — как повезёт. Да и не в чистом же виде его там будут класть — почти наверняка пойдут соли
- МИСИС тут при чем в плане тех процесса формирования этой трёхмерной структуры (насколько я помню из других статей — около 10 лабораторий целенаправленно роет эту тему, включая МИСИС).
Наиболее перспективная замена литию – натрий, так как даже при двуслойной компоновке атомов натрия в структуре биграфена (два слоя графена – сверху и снизу) емкость такого анода становится сопоставимой с ёмкостью обычного графитового анода в литий-ионных аккумуляторах: около 335 мА*ч/гр (миллиампер-час на грамм материала) против 372 мА*ч/гр у лития.
Если я правильно понял — дорогущая нано-технология укладки атомов натрия в 2 слоя сможет достичь 90% плотности энергии литиевых батарей, которые китайцы шпателем по фольге размазывают и сворачивают в рулон? А где здесь экономическая выгода? В чём смысл разработки, если даже двукратного прорыва в плотности энергии не произошло, а про ресурс вообще не сказано?
Во-первых, натрий на порядок дешевле лития. Даже когда его больше по объему. Во-вторых, вы сейчас придираетесь к конкретной цифре, первичному результату. Замечателен уже сам тот факт, что многослойная компоновка атомов в целом возможна, это просчитано, это доказано. И замечательно то, что рекордсменом (после дорогого лития) стал натрий, а не какой-нибудь редкозем из недр Тундры.
Представьте, что вы занимаетесь производством аккумуляторов. Вас не обрадует тот факт, что вместо накопанного в далеком южноамериканском карьере лития вы можете использовать, фигурально выражаясь, половину содержимого вашей солонки?
Представьте, что вы занимаетесь производством аккумуляторов. Вас не обрадует тот факт, что вместо накопанного в далеком южноамериканском карьере лития вы можете использовать, фигурально выражаясь, половину содержимого вашей солонки?
Меня не обрадует, что плотность энергии осталась та же или стала меньше. Потому что современая электроника, от телефонов до автомобилей, упёрлась в вес и ёмкость батареи, и все ждут прорыва в запасаемой мощности. А если сделают батарею в 5 раз дешевле, но на 30% тяжелее, какой вы купите телефон — весом 180 грамм за 292 доллара с натриевой батареей, или телефон с литиевой батареей той же ёмкости, но весом 150 грамм и за 300 долларов?
Насколько я помню из общения с профессорами мичиганского университета их институт сфокусирован на поиске замены литию уже очень давно. И это было в 2014 году.
Почему нужна замена литию с точки зрения Америки. Во-первых, в Америке нет месторождений лития, а огромные мировые запасы сосредоточены, в основном, то ли в Иране, то ли в Ливии, и если эти страны не захотят его продавать (здесь вопрос сразу и недоступности и спекуляции ценами на литий), то встанет вся электроника в США.
Что касается использования натрия, основная проблема здесь заключается в том, что натрий-ионные аккумуляторы при зарядке увеличиваются в размерах в 4 раза. Что демонстрирует уравнение реакции процесса зарядки аккумулятора. Но тем неменее он все ещё остаётся наиболее перспективной разработкой для США, как самый распространенный активный металл на Земле. И основная доля исследований сегодня посвящена именно решению проблемы с изменением размеров аккумуляторов.
Создание натрий-ионных аккумуляторов упирается в катод, а не в анод. С анодом практически нет никаких проблем, можно взять обычный натрий и он прекрасно циклируется. А вот натриевые аналоги катодов литий-ионных аккумуляторов вообще никакие, потому что у натрия ионный радиус больше и его интеркаляция существенно хуже идёт. Поэтому все циклируют один анодный материал относительно другого (металлический натрий) и дальше это всё красивых картинок и отчетов никуда не идёт. Просто выкачивание бюджетных денег.
Sign up to leave a comment.
Что сможет заменить литий в аккумуляторах?