В начале января 2026 года китайские ученые из Шанхайского университета Цзяотун предложили новую конструкцию натриево-серной батареи. Она работает при обычной комнатной температуре, выдает напряжение разряда около 3,6 вольта и собрана из дешевых и широко доступных компонентов — натрия, серы, алюминия и хлорсодержащего электролита. В лабораторных условиях система вышла на удельную энергию больше 2000 Вт·ч/кг активных веществ — для аккумуляторов это очень высокий уровень.
Разумеется, цифры получены без учета корпуса, сепаратора и прочих вспомогательных компонентов, поэтому в реальной ячейке удельная энергия будет ниже. Но даже с этой поправкой разрыв с существующими решениями остается заметным. А отказ от лития, кобальта и других дефицитных металлов напрямую упрощает производство и снижает потенциальную себестоимость таких аккумуляторов. Давайте посмотрим, что это за новинка.
Как устроена новая натриево-серная батарея и в чем ее ключевое отличие
Если бы это была обычная заметка, то стоило бы сразу перейти к восторгам про «революцию» и «конец лития». Но мы на Хабре и знаем, что такие «революции» случались не раз и не два. Давайте разберемся, чем новый проект отличается от предыдущих.
История натриево-серных батарей тянется десятилетиями, почти похожие попытки всегда упирались в одни и те же ограничения. Классические высокотемпературные варианты работают при 300–350 градусах, требуют специальной керамики / митрила / слез ангелов и подходят в основном для стационарного хранения. «Комнатные» версии страдали от низкого напряжения (обычно меньше двух вольт) и быстрого износа из-за растворения полисульфидов, которые разрушали электроды. Плюс ко всему нужен большой избыток металлического натрия на аноде, что повышало стоимость и риски.
Главная загвоздка всегда в химии катода. В стандартных подходах сера переходила в Na₂S с низким напряжением и образованием вредных промежуточных продуктов. Китайские исследователи подошли с другой стороны: они заставили серу работать по пути высокого валентного состояния — S⁰/S⁴⁺. Вместо привычного превращения в сульфиды здесь сера отдает электроны и реагирует с хлором из электролита, образуя тетрахлорид серы SCl₄. Благодаря этому напряжение разряда поднимается до 3,6 вольта — это уже уровень хороших литий-ионных систем.
Конфигурация получилась anode-free: в исходном состоянии анода как такового нет, только токосъемник из обычной алюминиевой фольги. Катод — чистая сера S8, нанесенная на пористый углерод для лучшей проводимости и удержания продуктов реакции. Между ними — сепаратор из стекловолокна. Ключевой элемент — негорючий электролит на основе хлораллюмината (AlCl4) с добавкой натрия дицианамида (NaDCA). Именно она одновременно разблокирует обратимую реакцию S/SCl₄ на катоде и обеспечивает ровное осаждение/растворение Na на аноде.
В процессе разряда ионы перемещаются к алюминиевой фольге и осаждаются там металлическим слоем. При зарядке все идет наоборот, уже без полисульфидов и с высокой обратимостью. Для ускорения конверсии серы авторы добавляли катализатор на основе висмута в ковалентной органической рамке — всего восемь процентов по массе. Это подняло емкость катода до 1206 мА·ч на грамм суммарной массы серы и катализатора.
В тестах с мягкими pouch-ячейками батарея даже после разрезания на воздухе продолжала питать светодиод около двадцати минут. Электролит при контакте с влагой быстро гидролизовался и затвердевал, не вызывая огня или короткого замыкания. Это серьезный плюс по безопасности — никаких возгораний, как у литиевых аналогов.
Производительность, долговечность и сравнение с существующими технологиями
По активным материалам плотность энергии вышла на рекордные 2021 Вт·ч/кг. Для сравнения: коммерческие Li-Ion-ячейки дают обычно 250–300 Вт·ч/кг на уровне полной сборки, а Na-Ion — 150–200. Цикличность тоже впечатляет: сотни заряд-разрядов с минимальной потерей. Один из тестов показал 95% заряда после года простоя — это важно для сетевого хранения, где аккумуляторы могут месяцами стоять без дела.
Безопасность на хорошем уровне: нет лития, который любит гореть, электролит негорючи��, а отсутствие избыточного натрия снижает риск дендритов. Все это проверяли спектроскопией и другими методами, чтобы убедиться в новом пути реакции.
Если смотреть шире, такие характеристики делают батарею конкурентной не только с литий-ионными, но и с другими натриевыми вариантами. Традиционные комнатные Na-S-системы страдали от низкого напряжения и шаттл-эффекта полисульфидов, что ограничивало их применение. Здесь эти проблемы решены за счет смены химического пути реакции.
Что с себестоимостью и где использовать
Расчеты по сырью дают себестоимость около пяти долларов за киловатт-час емкости. Это в десятки раз ниже, чем у литий-ионных, и дешевле многих существующих натриевых вариантов. Материалы везде в избытке: сера из нефтепереработки, натрий из соли, алюминий и хлор тоже не редкость. Подход anode-free оптимизирует сборку — меньше компонентов, проще процесс, совместимость с текущими линиями производства.
Важный плюс в том, что такая архитектура хорошо вписывается именно в сценарии долгого хранения: батарея спокойно переносит простои, не требует постоянного подогрева и не теряет заряд на саморазряд так быстро, как многие альтернативы. Для энергосистем с переменной генерацией это критично — аккумулятор здесь работает не как «ускоритель», а как буфер, который можно неделями держать в резерве и включать тогда, когда это действительно нужно.
В первую очередь такие батареи подойдут для стационарного хранения — солнечные и ветровые фермы, где важны цена и объем, а не суперкомпактность. Для электромобилей плотность на уровне полной ячейки пока под вопросом из-за массы электролита, но для сетевых систем это почти идеальный вариант. Если производство наладят, хранение возобновляемой энергии станет в разы доступнее.
Какие препятствия остаются на пути к коммерческому использованию
Большинство батарейных «прорывов», о которых активно писали десять лет назад, так и остались демонстрационными проектами. Красивые цифры на графиках редко превращались в массовое производство: мешали цена, сложная химия, проблемы с масштабированием или банальная ненадежность.
В случае этой натриево-серной батареи скепсис тоже уместен. Электролит на основе хлора коррозионно активен, а значит, в реальном производстве потребуются специальные материалы и покрытия. Все опубликованные данные получены на небольших лабораторных ячейках, и при увеличении размеров могут всплыть проблемы с равномерностью реакций, тепловыделением или деградацией. Отдельный вопрос — экология и утилизация хлорсодержащих соединений. О сроках выхода на рынок никто не говорит, и это нормально для технологии на таком этапе.
Тем не менее у разработки есть несколько признаков, которые отличают ее от типичных «лабораторных сенсаций». Речь идет не об экзотических материалах, а о хорошо знакомых и дешевых элементах. Архитектура ячейки относительно простая, без сложных многослойных структур и других «костылей». Плюс публикация в Nature и внимание со стороны индустрии (пусть и не оформленное в конкретные проекты) говорят о том, что работу воспринимают всерьез.
Надежда на реализацию технологии в реале есть. В Китае подобные темы часто проходят путь от лаборатории до пилотного производства быстрее, чем где бы то ни было. Компании уровня CATL или BYD уже не раз показывали, что готовы экспериментировать с альтернативными химиями, если те обещают реальное снижение стоимости. Литий-ионные аккумуляторы еще долго будут доминировать, особенно в мобильных устройствах и транспорте, но в сегменте стационарного хранения у них постепенно появляются конкуренты. И эта натриево-серная схема — один из самых интересных кандидатов на такую роль.
А вы верите в скорый конец эры лития или считаете, что это очередной «лабораторный прорыв»? Поделитесь в комментариях.