Натрий-ионные аккумуляторы в ЦОД: новая эра хранения энергии?
Сегодня литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы доминируют на рынке хранения энергии. Однако, это не единственный и далеко не идеальный вариант. У Li-Ion батарей есть существенные недостатки. В этой статье мы поговорим о перспективной разработке, получившей крупные инвестиции для масштабирования производства – натрий-ионных аккумуляторах.
Многие эксперты видят в них реальную альтернативу литию. Что такое натрий-ионные аккумуляторы и почему они могут быть лучше литиевых?
Основная проблема Li-Ion аккумуляторов – высокая стоимость, около $140 за 1 кВт·ч. Натрий-ионные аккумуляторы, при сопоставимых масштабах производства, обещают значительное снижение цены благодаря более доступному сырью. До недавнего времени, альтернативы Li-Ion не могли с ними конкурировать из-за меньшей плотности энергии. Это означало, что при всех преимуществах, натриевые накопители энергии были бы больше и тяжелее литиевых. Кроме того, существовали сложности с характеристиками заряда и разряда. Но благодаря современным технологиям, эти проблемы удалось решить.
Например, емкость удалось повысить за счет нового химического состава: в одной части аккумулятора используется хромат натрия, а в другой – олово. В результате, объем таких аккумуляторов не превышает объем литиевых. При этом, характеристики натриевых аккумуляторов сопоставимы с Li-Ion, что является огромным плюсом. Это открывает широкие возможности для применения натриевых аккумуляторов в различных отраслях, включая ИБП для дата-центров, медицинских учреждений и т.д. Еще одним важным преимуществом перед Li-Ion является высокая температура возгорания – несколько сотен градусов Цельсия, что значительно повышает безопасность эксплуатации.
Что не так с литием? Литий часто называют "белым золотом" из-за высокой рыночной стоимости (около $13 440) и характерного серебристого цвета. Этот мягкий и пластичный металл – ключевой компонент перезаряжаемых Li-Ion аккумуляторов, используемых повсеместно, от смартфонов до электромобилей. Международное энергетическое агентство (IEA) прогнозирует дефицит лития уже в следующем году из-за растущего спроса на аккумуляторы для электромобилей. Анализ Министерства энергетики США показывает, что спрос на Li-Ion аккумуляторы вырастет в 10 раз к 2030 году. Это приводит к строительству новых заводов по их производству. Однако, предложение не успевает за спросом, так как разработка новых месторождений и добыча лития занимают годы. Кроме того, такая промышленная инфраструктура оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду: требуются огромные объемы воды и энергии, а после завершения цикла добычи и переработки остаются отвалы карьеров, шахты и токсичные отходы. Вопросы охраны окружающей среды становятся все более актуальными, даже в Китае, где раньше им уделялось мало внимания. Еще одна проблема с литием – доминирование Китая на глобальном рынке. Речь идет не столько об исходном сырье, руде и продуктах ее первичной переработки (здесь лидируют Австралия, Чили и Аргентина), сколько о полном цикле обработки сырья, который Китай осуществляет в кратчайшие сроки.
Главное, в этой стране есть множество гигафабрик для производства аккумуляторных батарей различных форм-факторов и назначения. Что еще ищут взамен? Поиском альтернатив литию занимаются и другие компании. Microsoft и Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) объединились для поиска альтернативных материалов для производства батарей. В результате, было обнаружено новое вещество, названное N2116, которое, по предварительным данным, способно снизить необходимость литиевых элементов в аккумуляторах на 70%. Для поиска нового материала исследователи составили список из 32 миллионов потенциально подходящих неорганических веществ, который за неделю сузился до 18 "кандидатов" на замену литию. Традиционными методами на это ушло бы не менее 20 лет. Использование искусственного интеллекта и высокопроизводительных компьютеров для решения сложных научных и математических задач значительно ускорило процесс. От момента обнаружения N2116 до создания первого рабочего прототипа батареи прошло менее девяти месяцев. Аккумулятор успешно использовался для питания обычной лампочки. N2116 – это твердотельный электролит с потенциалом сохранения энергии, который теоретически может стать основным элементом для батарей с высокой энергоемкостью и запасом на тысячи циклов заряда. При этом, твердотельные батареи более безопасны, чем Li-Ion. В целом, поиском альтернатив Li-Ion аккумуляторам занимается множество компаний. Можно ожидать появления на рынке новых решений, которые подойдут как для потребительских, так и для корпоративных устройств.
Многие эксперты видят в них реальную альтернативу литию. Что такое натрий-ионные аккумуляторы и почему они могут быть лучше литиевых?
Основная проблема Li-Ion аккумуляторов – высокая стоимость, около $140 за 1 кВт·ч. Натрий-ионные аккумуляторы, при сопоставимых масштабах производства, обещают значительное снижение цены благодаря более доступному сырью. До недавнего времени, альтернативы Li-Ion не могли с ними конкурировать из-за меньшей плотности энергии. Это означало, что при всех преимуществах, натриевые накопители энергии были бы больше и тяжелее литиевых. Кроме того, существовали сложности с характеристиками заряда и разряда. Но благодаря современным технологиям, эти проблемы удалось решить.
Например, емкость удалось повысить за счет нового химического состава: в одной части аккумулятора используется хромат натрия, а в другой – олово. В результате, объем таких аккумуляторов не превышает объем литиевых. При этом, характеристики натриевых аккумуляторов сопоставимы с Li-Ion, что является огромным плюсом. Это открывает широкие возможности для применения натриевых аккумуляторов в различных отраслях, включая ИБП для дата-центров, медицинских учреждений и т.д. Еще одним важным преимуществом перед Li-Ion является высокая температура возгорания – несколько сотен градусов Цельсия, что значительно повышает безопасность эксплуатации.
Что не так с литием? Литий часто называют "белым золотом" из-за высокой рыночной стоимости (около $13 440) и характерного серебристого цвета. Этот мягкий и пластичный металл – ключевой компонент перезаряжаемых Li-Ion аккумуляторов, используемых повсеместно, от смартфонов до электромобилей. Международное энергетическое агентство (IEA) прогнозирует дефицит лития уже в следующем году из-за растущего спроса на аккумуляторы для электромобилей. Анализ Министерства энергетики США показывает, что спрос на Li-Ion аккумуляторы вырастет в 10 раз к 2030 году. Это приводит к строительству новых заводов по их производству. Однако, предложение не успевает за спросом, так как разработка новых месторождений и добыча лития занимают годы. Кроме того, такая промышленная инфраструктура оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду: требуются огромные объемы воды и энергии, а после завершения цикла добычи и переработки остаются отвалы карьеров, шахты и токсичные отходы. Вопросы охраны окружающей среды становятся все более актуальными, даже в Китае, где раньше им уделялось мало внимания. Еще одна проблема с литием – доминирование Китая на глобальном рынке. Речь идет не столько об исходном сырье, руде и продуктах ее первичной переработки (здесь лидируют Австралия, Чили и Аргентина), сколько о полном цикле обработки сырья, который Китай осуществляет в кратчайшие сроки.
Главное, в этой стране есть множество гигафабрик для производства аккумуляторных батарей различных форм-факторов и назначения. Что еще ищут взамен? Поиском альтернатив литию занимаются и другие компании. Microsoft и Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) объединились для поиска альтернативных материалов для производства батарей. В результате, было обнаружено новое вещество, названное N2116, которое, по предварительным данным, способно снизить необходимость литиевых элементов в аккумуляторах на 70%. Для поиска нового материала исследователи составили список из 32 миллионов потенциально подходящих неорганических веществ, который за неделю сузился до 18 "кандидатов" на замену литию. Традиционными методами на это ушло бы не менее 20 лет. Использование искусственного интеллекта и высокопроизводительных компьютеров для решения сложных научных и математических задач значительно ускорило процесс. От момента обнаружения N2116 до создания первого рабочего прототипа батареи прошло менее девяти месяцев. Аккумулятор успешно использовался для питания обычной лампочки. N2116 – это твердотельный электролит с потенциалом сохранения энергии, который теоретически может стать основным элементом для батарей с высокой энергоемкостью и запасом на тысячи циклов заряда. При этом, твердотельные батареи более безопасны, чем Li-Ion. В целом, поиском альтернатив Li-Ion аккумуляторам занимается множество компаний. Можно ожидать появления на рынке новых решений, которые подойдут как для потребительских, так и для корпоративных устройств.