Литият от години е основна суровина за производството на батерии, използвани в електромобили, смартфони и други електронни устройства. Заради ключовата си роля в енергийния преход той често е наричан „бялото злато“. Зависимостта от тази суровина обаче носи редица предизвикателства – от колебанията в цените до рисковете за доставките и концентрацията на производството в ограничен брой държави.

На този фон все повече внимание привлича натрият – евтин и широко разпространен елемент, който може да предложи алтернатива на лития при производството на батерии.

Разликата в наличните количества е значителна. Натрият съставлява около 2,8% от земната кора, докато делът на лития е едва 0,002%, пише испанското издание El País.

„Оптимизмът е оправдан, защото технологията има сериозен потенциал. Все още обаче не е доказано доколко ще бъде конкурентоспособна и какви ще бъдат разходите при масово производство“, обяснява Джон Ахурия, ръководител на изследванията на натриеви технологии в испанския научен център CIC energiGUNE.

Освен по-достъпната суровина натриево-йонните батерии предлагат и други потенциални предимства пред литиево-йонните. Според Маркос Лафос, изследовател в испанския Център за енергийни, екологични и технологични изследвания (CIEMAT), сред тях са бързото зареждане и разреждане, по-добрата работа при ниски температури и възможността за по-голям брой цикли на зареждане.

Технологията позволява и пълно разреждане на батериите, което може да улесни транспортирането и работата с тях. Очаква се също производствените разходи да намалеят с увеличаването на мащаба на производство.

Литият обаче запазва две съществени предимства. Първото е, че литиево-йонните батерии се усъвършенстват вече повече от три десетилетия, през които са развити производствени мощности, стандарти за качество, вериги за доставки и системи за рециклиране. Второто е свързано с физическите характеристики на елемента.

„Литият е лек и има малки атоми, което позволява създаването на батерии с високо напрежение и голяма енергийна плътност“, обяснява Хосе Луис Тирадо, професор по неорганична химия в Университета на Кордоба.

На практика това означава, че натриевите батерии обикновено са по-тежки при едно и също количество съхранена енергия.

Старите батерии от електромобили могат да дадат нов живот на енергийната мрежа на Европа

Двете технологии ще се използват за различни цели

По-ниската енергийна плътност е един от основните фактори, които определят приложенията на натриевите батерии. Те са особено подходящи за системи, които съхраняват електроенергия от възобновяеми източници за използване в домакинства, промишлени предприятия и центрове за данни.

При тези системи цената, безопасността и експлоатационният живот са по-важни от теглото и размерите.

„Това са приложения, при които пространството не е толкова критично. Натриевите батерии могат да бъдат добра алтернатива, тъй като работят по-добре при ниски температури, издържат на повече цикли на зареждане и имат потенциал за по-ниска цена“, посочва Ахурия.

Експертите, цитирани от El País, са единодушни, че натрият едва ли ще измести напълно лития. По-вероятно е двете технологии да се използват паралелно според конкретните нужди.

Лафос обяснява, че в момента литиеви батерии се използват и там, където не е необходима толкова висока производителност. Ако се появи достатъчно развита и по-евтина алтернатива, тя би могла да ги замени в тези приложения.

При електромобилите от среден и висок клас обаче литият вероятно ще остане предпочитан вариант, тъй като пробегът и енергийната плътност са особено важни. Същото се отнася и за авиацията, дроновете и смартфоните, при които размерът и теглото на батерията са решаващи.

Китай вече има водеща позиция в новата технология

Развитието на натриевите батерии има и сериозно геополитическо значение. Китай доминира световното производство на батерии и инвестира активно в новата технология.

Според Международната агенция по енергетика (IEA) на страната се падат над 95% от съществуващия и обявения производствен капацитет за натриево-йонни батерии, планиран до 2030 г.

Широкото разпространение на натрия обаче дава възможност и на други държави да развият собствено производство и да намалят зависимостта си от вносни суровини.

„Все още не е ясно кои държави ще се превърнат в лидери при тази технология. Ясно е обаче, че страните с по-развити пазари за съхранение на енергия имат по-добри позиции и по-голяма мотивация да инвестират“, коментира Лафос.

Предимствата на натриевите батерии не се ограничават само до достъпността на основната суровина.

За производството им могат да се използват и по-евтини материали, включително въглерод, получен чрез преработка на селскостопански отпадъци. Според Мария Бернечеа, старши учен в Института по нанонауки и материали на Арагон, това позволява едновременно намаляване на разходите и оползотворяване на отпадъчни продукти.

Учените разработват и по-евтини материали за електродите с по-ниско съдържание на никел или ванадий, без това да влошава характеристиките на батериите.

Бернечеа очаква манганът и никелът да придобият по-голямо значение и при двете технологии, но отбелязва, че макар манганът да е сравнително широко разпространен в света, запасите му в Европа са ограничени.

Новата златна треска изправя General Motors срещу лидерството на Tesla при съхранението на енергия

По-лесно рециклиране, но с по-малка икономическа изгода

Друг важен въпрос е какво се случва с натриевите батерии след края на експлоатационния им живот. Според Ахурия те могат да се рециклират по-лесно, но процесът е по-малко привлекателен от икономическа гледна точка.

Причината е, че обикновено съдържат по-малко ценни метали, които могат да бъдат извлечени и продадени за повторна употреба. Това ограничава потенциалните приходи от рециклирането.

„Затова е особено важно батериите да бъдат проектирани още от самото начало така, че да могат лесно да се разглобяват и рециклират“, подчертава професор Тирадо.

Ахурия допълва, че ще бъдат необходими и политики, които да насърчават преработката на използваните батерии.

Натриево-йонната технология все още е на по-ранен етап на развитие от литиево-йонната. Въпреки това достъпността на суровините и възможността за по-ниски производствени разходи я правят перспективна за енергийния сектор.

Вместо да замени напълно лития, натрият може постепенно да намери приложение там, където ниската цена и дългият експлоатационен живот са по-важни от размера и теглото на батерията.