Как натрий может изменить правила игры для аккумуляторов

Эта статья взята из The Spark, еженедельного климатического бюллетеня MIT Technology Review. Чтобы получать его в свой почтовый ящик каждую среду, зарегистрируйтесь здесь.

Пристегнитесь, потому что на этой неделе мы говорим об аккумуляторах.

За последние два месяца я заметил много объявлений о новом типе батареи, которая может встряхнуть мир, если все обещания, которые я слышу, окажутся правдой.

Новый претендент? Натрий-ионные аккумуляторы, которые заменяют натрий литием, который сегодня питает большинство электромобилей и устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки.

Натрий-ионные аккумуляторы могут найти свое место на рынке аккумуляторов уже в конце этого года и внести значительный вклад в снижение стоимости электромобилей. Я написал статью обо всех недавних объявлениях, и вы должны прочитать ее, если вам интересно, какие компании попадают в эту тенденцию и каковы их планы. Но в информационном бюллетене на этой неделе давайте углубимся в химию и подумаем, что эти детали могут означать для будущего аккумуляторов для электромобилей.

Одна из причин, по которой литий сегодня доминирует в батареях, абсолютно проста до безумия: он маленький.

Я имею в виду в самом буквальном атомарном смысле. Литий — третий по легкости элемент, тяжелее водорода и гелия. В конечном счете, трудно превзойти самый легкий металл, если вы пытаетесь сделать компактные и легкие батареи.

Уменьшение веса и габаритов – это цель всех производителей, от iPhone до электромобилей: легкая и мощная батарея означает, что ваш телефон станет меньше, а ваш автомобиль сможет проехать дальше. Таким образом, одним из основных способов измерения прогресса батареи является плотность энергии, которая показывает, сколько энергии может удерживать батарея данного размера.

Когда вы смотрите на эту химическую реальность, почти неудивительно, что популярность литий-ионных аккумуляторов резко возросла с момента их коммерческого дебюта в 1990-х годах. Очевидно, существуют и другие факторы, такие как способность литий-иона достигать высокого напряжения в чтобы обеспечить достаточную мощность, но преимущество легкости и портативности трудно переоценить.

Литий-ионные аккумуляторы также выиграли от занимаемой ими позиции. Бесчисленное количество исследователей исследуют мир в поисках новых материалов и новых способов создания литий-ионных элементов, и многие компании производят их в большем количестве, способствуя повышению эффективности. В результате затраты снижались практически каждый год на протяжении десятилетий (за заметным исключением 2022 года).

И в то же время плотность энергии увеличивается, и я лично благодарен за эту тенденцию, поскольку я часто забываю заряжать свой телефон в течение нескольких дней, и обычно это работает намного лучше, когда это происходит сейчас, чем это было несколько раз. много лет назад.

То, что сегодня в мире аккумуляторов доминируют литий-ионные аккумуляторы, не означает, что они навсегда победят конкурентов.

Я уже писал ранее о растущем числе вариантов аккумуляторной промышленности, в первую очередь в контексте стационарных сетевых хранилищ. Это особенно важно при переходе на прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия.

Хотя сегодня в системах резервного копирования обычно используются литий-ионные батареи, поскольку они доступны, многие компании изо всех сил стараются производить батареи, которые могли бы быть еще дешевле и надежнее. Другими словами, многие исследователи и компании хотят разработать батареи специально для стационарного хранения.

Новые аккумуляторы могут быть изготовлены из распространенных материалов, таких как железо или пластик, например, и они могут использовать воду вместо органических растворителей для перемещения...