Компания CATL утверждает, что ее натриево-ионный аккумулятор может продолжать заряжать и обеспечивать мощность при температуре значительно ниже нуля. Настоящий тест заключается в том, выдержат ли эти лабораторные показатели реальную зимнюю езду
Ю Сяоин под редакцией Эрика Салливана
Обычный элемент, содержащийся в поваренной соли, может стать ключом к следующей волне внедрения электромобилей в Китае.
Автомобили, оснащенные натрий-ионным аккумулятором — новой технологией, поступят в продажу в стране в середине 2026 года, сообщает производитель аккумуляторов the Ningde, Китай- базирующаяся в Чунцине компания Contemporary Amperex Technology (CATL) и производитель транспортных средств, китайская фирма Changan Automobile.
Даже если эти электромобили вряд ли попадут в США, заявление компании CATL, которая, являясь крупнейшим в мире производителем аккумуляторов для электромобилей, производит, по оценкам, 40 процентов мирового объема поставка — это ранний сигнал о том, сможет ли технология использования ионов натрия в конечном итоге снизить затраты на аккумуляторы или улучшить работу электромобилей зимой.
О поддержке научной журналистики
Если вам понравилась эта статья, подумайте о том, чтобы поддержать нашу премию-выигрывайте в журналистике, подписываясь на рассылку. Приобретая подписку, вы помогаете обеспечить будущее впечатляющих историй об открытиях и идеях, формирующих наш современный мир.
Аккумулятор под названием Naxtra может стабильно работать при температуре -50 градусов по Цельсию (58 градусов по Фаренгейту), сообщает CATL, — эта функция может быть использована для одного из электромобилей; самые большие недостатки: меньший радиус действия и более медленная зарядка, вызванные сильным холодом. Для любого, кто наблюдал, как падает запас хода его автомобиля холодным утром, это утверждение трудно игнорировать.
«Это может принести пользу и другим холодным регионам, например, в некоторых частях Соединенных Штатов, Канады и Европы», — говорит Лю Ченгуан, исследователь аккумуляторов из Университета Сиан Цзяотун-Ливерпуль в Китае. Жители Миннесоты и северной части штата Нью-Йорк, радуйтесь.
Побеждающий холод
в настоящее время большинство электромобилей в мире питаются от литий-ионных аккумуляторов, которые являются более мощными, чем натрий-ионные, но в холодную погоду работают иначе, чем в теплую. При низких температурах многие литий-ионные аккумуляторы вырабатывают меньше энергии и заряжаются медленнее.
Аккумуляторы накапливают и высвобождают энергию, перемещая заряженные частицы между электродами через электролит; низкие температуры замедляют эти процессы.
Как следует из названия, в натриево-ионных аккумуляторах литий заменяется натрием, который в изобилии содержится в солях.
Хотя ионы натрия крупнее, они образуют более слабые связи с жидким электролитом, чем литий. По словам Лю, это позволяет им отделяться и перемещаться гораздо легче, чем ионам лития, даже когда из-за холода электролит становится густым. и ldquo;холодная погода делает все ионы движутся медленнее, но системы на основе натрия часто меньше страдают, чтобы они могли сохранить больше электроэнергии и мощности в зимний период&.raquo; из
<источника Media="(мин-ширина: 0px)" srcSet="https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=1000 1000Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=1200 1200Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=1350 1350w, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=2000 2000Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=600 600Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=750 750 Вт https://static.scientificamerican.com/dam/m/1e7322033ee32bcd/original/CATL-naxtra-battery-display.jpg?m=1772470709.58&w=900 900 Вт" размеры="(мин-ширина: 2000 Пикс.) 2000 Пикс., (мин-разрешение: 3dppx) 50vw, (мин-разрешение: 2dppx) 75vw, 100vw"/>
CATL утверждает, что при –30 градусах Цельсия (-22 градуса по Фаренгейту), Naxtra может обеспечить мощность разряда, почти в три раза превышающую мощность аналогичных аккумуляторов LFP или литий-железо-фосфатных батарей (LFP), дешевых стандартных аккумуляторов, которые доминируют на китайском рынке электромобилей. Аккумулятор может заряжаться на 90 процентов, когда температура падает до -40 градусов по Цельсию (-40 градусов по Фаренгейту), и обеспечивает «стабильную подачу энергии» при -50 градусах по Цельсию в тестовых условиях, отмечает компания.
Зарядка и разрядка при температуре –50 ° C – с научной точки зрения возможна, хотя и является чрезвычайно сложной задачей», — говорит Кенил Раджпура, специалист по материаловедению из Энергетического университета Пандита Диндаяла в Индии. Он говорит, что достижение таких температур зависит от тщательного использования материалов и дизайна упаковки, включая электролиты, которые продолжают работать при экстремальных холодах.
Для сравнения, многие литий-ионные аккумуляторы не справляются с такими экстремальными нагрузками. «При таких температурах большинство литий-ионных аккумуляторов будут выдавать лишь очень малую долю своей первоначальной емкости, если только в них не установлена активная система обогрева», — объясняет Лю.
Зарядка на холоде также может быть опасной для литий-ионных аккумуляторов, поскольку ионы не могут достаточно быстро проникать в анод, что приводит к их осаждению на поверхности. По словам Раджпуры, это может привести к повреждению аккумулятора и, в худшем случае, к угрозе безопасности.
Тем не менее, цифры, которыми поделилась CATL, скорее всего, являются наилучшими результатами контролируемых тестов, считает Син Лей, независимый аналитик китайской автомобильной промышленности из США. Они служат ориентирами, к которым следует «отнестись с осторожностью», — говорит Син. То, как эти электромобили будут работать в реальном мире, будет зависеть от целого ряда факторов, в том числе от того, как их используют клиенты.
Хранение большего количества энергии
По данным компании, за последнее десятилетие CATL потратила почти 10 миллиардов юаней (1,4 миллиарда долларов) и привлекла более 300 сотрудников к разработке натрий-ионных аккумуляторов.
В 2023 году компания CATL установила свои первые натрий-ионные аккумуляторы на автомобили марки Chery. Однако, согласно анализу исследовательского института Starting Point, базирующегося в Шэньчжэне, запас хода этих автомобилей составлял всего 170 километров, и они плохо продавались.
<источника Media="(мин-ширина: 0px)" srcSet="https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=1000 1000Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=1200 1200Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=1350 1350w, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=2000 2000Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=600 600Вт, https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=750 750 Вт https://static.scientificamerican.com/dam/m/1cc41cb049bcdd6b/original/CATL-Naxtra-battery-up-close.jpg?m=1772483531.215&w=900 900 Вт" размеры="(мин-ширина: 2000 Пикс.) 2000 Пикс., (мин-разрешение: 3dppx) 50vw, (мин-разрешение: 2dppx) 75vw, 100vw"/>
<п class="" данные-блок="sciam/пункте">но недавно анонсированной модели предполагается, что 400-километровый запас хода на Китай малотоннажных автомобилей цикл испытаний (CLTC), лабораторный тест, благодаря Naxtra&амп;с повышенной плотностью энергии. Показатели лабораторных тестов CLTC часто превышают показатели Агентства по охране окружающей среды США, и водители могут видеть меньший диапазон в реальном мире. Показатель, предоставленный CATL, составляет до 175 ватт-часов на килограмм, что составляет примерно 90 процентов от плотности энергии существующих аккумуляторов LFP.
Раджпура называет это число «верхней коммерческой границей» современной натрий-ионной технологии. Лю называет это «убедительным показателем», который говорит о том, что натрий-ионные аккумуляторы становятся все более практичными для автомобилей малой дальности пробега, ориентированных на город.
Система CATL «cell-to-pack» также повышает плотность энергопотребления, помещая элементы питания непосредственно в упаковку, вместо того, чтобы сначала собирать их в отдельные модули, что позволяет сократить расход материала и вес, говорится в Чэнь Шань, аналитик энергетической исследовательской компании Rystad Energy.
Несмотря на изобилие натрия, новая цепочка поставок означает, что производство этих аккумуляторов в настоящее время обходится примерно на 30 процентов дороже, чем производство аналогичных литий-ионных аккумуляторов в Китае, что реально подталкивает массовое производство к концу этого десятилетия» — говорит Син.
Если автомобиль будет хорошо работать при низких температурах без дополнительных затрат, натрий-ионная технология может найти применение в более холодных регионах, считает Фейт Чжан, основатель шанхайского новостного издания CnEVPost, специализирующегося на электромобилях. «Если нет, то пока это может оставаться нишевой химией», — говорит он.
