Ресурсы для производства натрий-ионных аккумуляторов практически неисчерпаемы
Многие страны сегодня стремятся перейти к экономике без ископаемого топлива. Поэтому потребность в аккумуляторах растёт в геометрической прогрессии. Использование литий-ионных аккумуляторных батарей приводит к нехватке таких металлов, как кобальт и литий. Одним из перспективных аналогов является натрий-ионный аккумулятор. Учёные разработали технологию, в которой для производства таких АКБ используется биомасса, получаемая в лесной промышленности, а также поваренная соль. Не так давно исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции показали, что эти натрий-ионные аккумуляторы можно выпускать без риска исчерпания сырья.
Один из учёных говорит, что материалы, которые они планируют использовать в аккумуляторах будущего, будут доступны и практически неисчерпаемы. Уже сейчас спрос на критически важное сырье для литий-ионных аккумуляторов растёт в геометрической прогрессии. Его подстегивает переход стран ЕС на систему возобновляемой энергии и электромобили. Это требует увеличения объемов производства аккумуляторов в Европе, а также разработки новых технологий, в которых не используется ископаемое топливо. Для всего этого требуются стабильные поставки. Производство литий-ионных аккумуляторных батарей несёт в себе высокие риски перебоев в поставках из-за того, что источники сырья (литий, кобальт, никель) ограничены.
Именно литий является узким местом в производстве Li-Ion АКБ. Невозможно выпускать аккумуляторы на основе лития такими же темпами, которыми необходимо производить электромобили. В перспективе месторождения истощаться. Серьёзный риск поставок также касается кобальта, который добывается лишь в нескольких местах на планете.
Многообещающая технология Na-Ion
В последнее время быстрыми темпами разрабатываются новые аккумуляторные технологии, которые предлагают длительный срок службы аккумуляторов, высокую энергетическую плотность и простое производство. Исследовательская группа из университета Чалмерса рассмотрела направление натрий ионных аккумуляторов. Натрий в данном случае выступает в качестве замены литию. Он является распространённым металлом, который встречается повсеместно, например, в обычном хлориде натрия.
В своём новом исследовании учёные провели оценку жизненного цикла натрий-ионных аккумуляторов. Они изучили общее воздействие этой технологии на окружающую среду и доступность ресурсов. Они пришли к выводу, что по этим направлениям натрий-ионные аккумуляторы существенно выигрывают у технологии Li-Ion. Обе технологии оказывают одинаковое воздействие на окружающую среду. Однако натрий ионные АКБ являются более многообещающими, благодаря доступности используемых ресурсов. Исследователи также озвучили ряд мер, позволяющих снизить воздействие на климат. Например, они предложили разработать более экологически чистый электролит. Именно на электролит приходится большая часть общего воздействия аккумуляторов на окружающую среду.
Для «зеленой» энергетики требуется накопление энергии
Современные натрий-ионные аккумуляторы уже планируют использовать в системах хранения энергии, относящихся к электросетям. В будущем, возможно, эти аккумуляторные батареи будут использоваться в электромобилях. Необходимым условием для расширения солнечной и ветровой энергетики является накопление энергии, поскольку её выработка является нестабильной. Это осуществляется преимущественно с помощью аккумуляторов. И сейчас ограниченность ресурсов лития и кобальта является препятствием для дальнейшего развития этой отрасли.
Преимуществом натрий-ионной технологии является то, что исходные материалы здесь широко распространены и их можно добывать по всему миру. Катод в этих аккумуляторах использует ионы натрия в качестве носителя заряда. Анод состоит из твёрдого углерода. Исследователи из университета Чалмерса приводят в качестве одного из примеров анод, полученный из древесной биомассы. Неплохой альтернативой для ускорения перехода к «зелёной» энергетике натрий-ионные аккумуляторы являются с точки зрения производственных процессов и геополитики. Они позволяют снизить геополитические риски и зависимости от поставок сырья из конкретных регионов мира.
Проведённое исследование представляет собой оценку жизненного цикла двух разных натрий-ионных аккумуляторных элементов. Учёные рассчитали необходимые ресурсы и воздействие на окружающую среду от добычи сырья до производства аккумуляторного элемента. В качестве функциональной единицы исследования была взята теоретическая ёмкость хранения электроэнергии 1 кВтч на уровне на уровне аккумуляторного элемента.
Оба типа аккумуляторных элементов основаны на распространённом сырье. Анод сделан из твёрдого углерода, получаемого из лигнина. Это сырьё биологического происхождения. Катод состоит из «прусских белил» (смесь натрия, железа, углерода и азота). Электролит включает в свой состав соль натрия. Производство моделируется таким образом, чтобы в дальнейшем можно было развернуть крупномасштабный выпуск. Производство аккумуляторных элементов было основано на принципах крупномасштабного выпуска современных литийных аккумуляторов на гигафабриках.
Исследователи протестировали два разных сочетания электроэнергии и два разных типа методов распределения ресурсов и выбросов. Один из методов подразумевает распределение воздействия на климат и ресурсы между сопутствующими продуктами в зависимости от массы. При втором методе всё воздействие распределяется на основной продукт – натрий-ионные аккумуляторы, а также его компоненты и материалы.
Результаты проведенной работы опубликованы здесь. Исследование было профинансировано Шведским энергетическим агентством в рамках программы Battery Fund.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
