Didžiausia baterijų gamintoja keičia kryptį: nauja technologija gali pakeisti elektromobilių ateitį

Pasaulio baterijų rinkoje bręsta lūžis. Kinijos bendrovė „CATL“, didžiausia ličio jonų baterijų gamintoja, šiemet pasirašė rekordinį, 60 gigavatvalandžių apimties natrio jonų baterijų užsakymą. Tai didžiausias iki šiol sudarytas susitarimas dėl ne ličio chemijos baterijų ir aiškus signalas, kad pramonė ieško alternatyvų.

Litis tris dešimtmečius buvo praktiškai nepakeičiamas – jis maitina mūsų telefonus, nešiojamuosius kompiuterius ir elektromobilius. Tačiau ši technologija turi ir tamsiąją pusę: gaisrų riziką, prastą darbą šaltyje bei nestabilią žaliavų rinką.

Litis: aukšta energija ir aukšta rizika

Ličio jonų baterijos pasižymi didele energijos talpa, nes ličio jonai yra labai lengvi, maži ir lengvai atiduoda išorinį elektroną. Dėl to elementai pasiekia aukštą įtampą ir maždaug tris kartus didesnę energijos tankį nei ankstesnės nikelio–kadmio baterijos.

Tačiau šios baterijos naudoja degius organinius tirpiklius, todėl perkaitus, pažeidus korpusą ar esant gamybos brokui, elektrolitas gali užsidegti. Tai parodė ir išgarsėjęs „Samsung Galaxy Note 7“ atšaukimas, ir augantis ličio baterijų gaisrų skaičius didmiesčiuose.

Šalčiuje ličio jonų judėjimas sulėtėja, jų dalis nusėda kaip metalinis litis ir formuoja dendritus – mikroskopinius spyglius, galinčius sukelti vidinį trumpąjį jungimą ir gaisrą. Be to, ličio gavyba ir perdirbimas sutelktas keliose valstybėse, o kainos per kelerius metus šoktelėjo kelis kartus ir vėl smarkiai krito.

Kaip į sceną grįžo natris?

Natrio jonų baterijų idėja nėra nauja – pirmieji prototipai pasirodė dar šeštajame–septintajame dešimtmečiuose. Natris cheminėmis savybėmis labai primena litį, bet yra gausesnis, pigesnis ir tolygiau pasiskirstęs pasaulyje.

Didžiausia kliūtis buvo anodo medžiaga. Grafitas, idealiai tinkantis ličiui, natriui praktiškai netinka, nes didesni natrio jonai ardo sluoksninę struktūrą. Lūžis įvyko, kai mokslininkai atrado vadinamąjį kietąjį anglį – netvarkingą, mikroporėtą anglies formą, galinčią saugoti natrio jonus nesuyrant.

„CATL“ investavo apie 1,5 milijardo eurų į natrio technologijos vystymą ir sukūrė Na Astra bateriją. Jos energijos tankis siekia apie 175 vatvalandes kilogramui – tai panašu į pigesnes ličio geležies fosfato baterijas, naudojamas daugelyje masinių elektromobilių.

Kuo natrio baterijos skiriasi ir kam jos tinka?

Natrio jonų elementai pasižymi itin geru atsparumu šalčiui. Na Astra baterijos prie minus 40 laipsnių išlaiko apie 90 proc. įkrovimo galios, nes naudoja kitokio tipo – eterinius – elektrolitus, kurie išlieka skysti esant labai žemai temperatūrai.

Gamintojas teigia, kad šios baterijos gali būti įkraunamos daugiau kaip 10 000 ciklų ir vis tiek išlaikyti didžiąją dalį talpos. Tai reiškia dešimtmečius darbo stacionariose energijos saugyklose ir ilgesnį nei paties automobilio gyvavimo laiką elektromobiliuose, naudojamuose kasdien.

Maža žaliavų kaina ir aliuminio vietoj brangesnio vario naudojimas leidžia prognozuoti apie 19 eurų už kilovatvalandę siekiančią elementų savikainą. Palyginti – ličio jonų baterijų kaina dažniausiai būna kelis kartus didesnė ir stipriai priklauso nuo žaliavų kainos.

Vis dėlto natris vargu ar pakeis litį ten, kur svarbus kiekvienas gramas: lėktuvuose ar itin plonuose įrenginiuose. Daug žadantis scenarijus – mišrios sistemoms, kai elektromobilyje derinamos ličio ir natrio baterijos, programiškai parenkant, kurią chemiją naudoti pagal temperatūrą ir apkrovą.

Ši kryptis rodo, kad baterijų ateitis greičiausiai bus ne vienas „stebuklingas“ chemijos sprendimas, o kelių technologijų derinys, leidžiantis subalansuoti kainą, saugumą, patikimumą ir energijos tankį.