Литий-ионные аккумуляторы еще далеко от того, чтобы ослабить свое господство на рынке аккумуляторных батарей. Однако ускоряется разработка конкурирующей химии для крупномасштабных приложений - то есть не электромобилей или бытовой электроники - натриево-ионных аккумуляторов .

Исследователи много лет обещали сделать натриевые батареи жизнеспособными . Технология, возможно, наконец-то оправдает свои обещания, и пара компаний теперь приступает к коммерческим поставкам.

В сентябре 2020 года Департамент энергетики перспективных исследований агентства-Энергией награжден Санта - Клара, штат Калифорния Natron Energy USD  млн $ 19,9 в рамках новой программы по ускоренной технологии, с целью продвижения их усилий по коммерциализации. По словам вице-президента по продажам Джека Пуше, сейчас аккумуляторы выпускаются мелкими партиями. Первые клиенты Natron - центры обработки данных и телекоммуникационные компании.

«С точки зрения производительности натрий-ионные аккумуляторы непривлекательны для портативной электроники или электромобилей», - говорит К. М. Абрахам, профессор-исследователь Северо-Восточного университета и технический директор консалтинговой фирмы E-KEM Sciences, занимающейся литиевыми аккумуляторами . Литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии, чем ионы натрия, а это означает, что у компактных литий-ионных аккумуляторов будет больше времени автономной работы. По его словам, до сих пор ионы натрия продемонстрировали примерно половину плотности энергии лития, которая может достигать 285 Втч / кг.

Но ионно-натриевые батареи могут дать литий-ионам возможность заработать деньги в стационарных приложениях, таких как возобновляемые источники энергии для домов и сетей или резервное питание для центров обработки данных, где стоимость важнее размера и плотности энергии. Основываясь на имеющейся в настоящее время информации, Абрахам прогнозирует, что стоимость натриево-ионных батарей будет примерно на 10–20 процентов ниже, чем литий-ионных.

Самая большая особенность натриевых батарей - это использование в них большого количества дешевых и безвредных материалов. В земной коре натрия в тысячу раз больше, чем лития. Кроме того, его извлечение и очистка обходятся дешевле. Более того, катоды из оксида металла натрия, обычно используемые в батареях - аноды из углерода, как и литий-ионные батареи, - могут быть изготовлены из большого количества металлов, таких как железо и марганец. Литий-ионные катоды, напротив, используют кобальт, металл с ограниченными геологическими запасами и ненадежной цепочкой поставок, сосредоточенной в нескольких странах . А другие батареи, такие как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, содержат токсичные металлы. «Главная привлекательность натрия - это экологичность», - говорит Абрахам.

Натриевые батареи также более стабильны и безопасны, чем литий-ионные. «Они имеют более широкий температурный диапазон, негорючие и не имеют теплового разгона, который может вызвать возгорание литий-ионных аккумуляторов», - говорит Пуше.

Natron - один из немногих игроков, разрабатывающих и продающих натриево-ионные батареи. Компания применяет уникальный подход, производя катод и анод из берлинской синей , пигмента, используемого в красках и красителях. Химическая структура недорогого материала очень хороша для впитывания и высвобождения ионов натрия, что дает батарею, которая может заряжаться и разряжаться за считанные минуты и может обеспечивать быстрые выбросы энергии. По словам Пуше, электроды Prussian Blue могут служить дольше, чем электроды на углеродной или металлической основе, с возможностью более 50 000 циклов зарядки.

Другая ведущая компания по производству натриево-ионных аккумуляторов, британская компания Faradion , нашла рынки сбыта в Австралии и Индии. В прошлом году компания объявила, что получила свой первый заказ от инвестиционной группы ICM Australia для использования на австралийском рынке, где растет спрос на аккумуляторы для жилых, коммерческих и сетевых приложений. Они также разрабатывают аккумуляторы для коммерческих автомобилей в Индии.

Faradion заявляет, что его прототипные элементы могут обеспечивать плотность энергии более 140 Втч / кг.

В конце февраля компания объявила, что она работает с энергетической компанией Phillips 66 из Хьюстона, штат Техас, над разработкой более дешевых и эффективных анодных материалов для батарей.

По словам Абрахама, такие целенаправленные исследования - это именно то, что нужно технологии. В недавнем обзоре, который он написал в ACS Energy Letters , он указывает на необходимость дополнительных исследований по улучшенным анодным и катодным материалам, которые могли бы производить практические натрий-ионные батареи с плотностью энергии, приближающейся к 200 Втч / кг. Он указывает на многообещающие текущие исследования в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории , Французском национальном центре научных исследований (CNRS) и французской исследовательской сети по электрохимическому хранению энергии . «Конечно, на натриево-ионные батареи идут большие деньги», - говорит он.