Натрий-ионные и литий-ионные аккумуляторы: в чём между ними разница?

По принципу работы натрий-ионные аккумуляторы не так уж сильно отличаются от литий-ионных. И те и другие накапливают и отдают энергию, перемещая заряженные частицы между отрицательным и положительным электродами. Разница заключается главным образом в составе и в том, какие элементы служат источником ионов.

В литиевом аккумуляторе ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному, а в натриевом — ионы натрия. Главное различие между ними — плотность энергии, то есть количество энергии, которое аккумулятор запасает в расчёте на свой вес и размер. Натрий-ионные элементы достигают примерно 175 ватт-часов на килограмм, что примерно на 20–30% меньше, чем у литий-ионных. Литий-железо-фосфатные элементы поднимают этот показатель до 205 ватт-часов, а литиевые NMC (на основе оксида никеля, марганца и кобальта) — чуть выше, до 255.

Поскольку ионы натрия крупнее и тяжелее ионов лития, более громоздкие натрий-ионные аккумуляторы проигрывают в ёмкости и занимаемом объёме. Кроме того, натрий-ионные элементы работают при более низком напряжении. Это не значит, что натрий-ионная технология бесполезна, но у неё есть ограничения. Некоторые производители, такие как CATL и General Motors/Peak Energy, переходят к более масштабному коммерческому производству, так что, возможно, мы наблюдаем начальный этап более активного продвижения натриевых аккумуляторов, которое уже не за горами.

Главное преимущество натрия — доступность. Он буквально повсюду, особенно по сравнению с литием. К сожалению, изобилие сырья пока не привело к массовому производству. К тому же литий имеет огромную фору в производстве и применении, и хотя он заметно дороже, натрий-ионные аккумуляторы пока недостаточно дёшевы, чтобы оправдать масштабный переворот в отрасли.

«Изобилие» здесь тоже понятие относительное. Натрия действительно много, но это не единственный материал, из которого делают аккумуляторы вроде натрий-ионной батареи в электромобиле JAC Motors 2024 года. Поставки других компонентов, например никеля и марганца, по-прежнему остаются проблемой. Массовое производство не налаживается за одну ночь, а цепочки поставок не вырастают и не выстраиваются за день. Позитивные сигналы в этом направлении есть, но натрию ещё предстоит пройти немалый путь.

Что касается работы в холодную погоду, здесь натрий-ионные аккумуляторы опережают литиевые альтернативы. По данным МЭА, натрий-ионные аккумуляторы сохраняют 90% ёмкости при минус 40 градусах по Фаренгейту. Литий-ионные при подобных температурах резко теряют в ёмкости. Кроме того, у натриевых элементов ниже риск теплового разгона. Они попросту выделяют меньше тепла и требуют меньше систем защиты, чем литий-ионные аналоги. Это не значит, что натрий-ионные аккумуляторы пожаробезопасны, но это хороший признак того, что при аварии автомобиля они могут оказаться более стабильным вариантом.

Как уже упоминалось, CATL и GMC уже движутся в этом направлении, как и HiNa Battery Technology, Natron Energy (ныне Draslovka) и другие. Большинство из них сосредоточены на автомобильном применении, а некоторые — на электропитании центров обработки данных. Однако натрий-ионной технологии нужно больше сфер применения, чтобы по-настоящему бросить вызов почти безраздельному господству лития в отрасли.

Стационарные накопители — многообещающее начало. Батарейной установке, поддерживающей электросеть, не приходится считаться с теми же ограничениями по размеру и весу, что и электромобилям. Если вы достаточно взрослый, чтобы помнить противостояние Betamax и VHS, это неплохая аналогия. У Betamax были как преимущества перед VHS, так и недостатки. Но в итоге на стороне VHS оказались масштаб и привязанность потребителей. Препятствия для натрий-ионной технологии существенны. Мировое производство натриевых аккумуляторов в 2025 году было значительно ниже, чем литий-ионных. У лития производство хорошо отлажено, цены на LFP конкурентоспособны, а цепочки поставок надёжны.

В конечном счёте технологии могут начать дополнять друг друга. Натрий-ионные аккумуляторы способны закрыть ниши, с которыми литий не справляется, — например, эксплуатацию в условиях сильных морозов или гибридные батареи, где литий делает своё дело, а натрий берёт на себя другие задачи. Успех может означать больший выбор, а это обычно идёт на пользу покупателю.