Натрий-ионный аккумулятор первого поколения представила CATL

29 июля компания Contemporary Amperex Technology Co., Ltd. (далее «CATL») успешно провела свою первую онлайн-презентацию «Tech Zone». На этом мероприятии председатель правления CATL д-р Робин Цзэн (Robin Zeng) представил разработанный компанией натрий-ионный аккумулятор первого поколения, а также ее аккумуляторный блок AB, способный совмещать натрий-ионные и литий-ионные элементы в одном модуле. В качестве другого важного этапа освоения достижений фундаментальной науки и технологий компанией CATL ее натрий-ионные аккумуляторы обеспечат новое решение в плане использования экологически чистой энергии и электрификации транспорта, способствуя тем самым скорейшей реализации цели углеродной нейтральности.

Преодоление узких мест в технологии производства натрий-ионных аккумуляторов 

В связи с наличием глобального консенсуса в вопросе достижения углеродной нейтральности новая энергетика вступила в сложную и разноплановую стадию развития. Все более усиливающаяся сегментация рынка повысила разнородные требования к аккумуляторным батареям. В то же время по всему миру ускоряются исследования и разработки в отношении основных материалов для изготовления аккумуляторных батарей, что открывает двустороннее окно возможностей для развития производства натрий-ионных аккумуляторов.

По принципу работы натрий-ионный аккумулятор аналогичен литий-ионному. Ионы натрия также перемещаются между катодом и анодом. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия имеют больший объем и более высокие требования в отношении структурной устойчивости и кинетических свойств материалов. Это стало сдерживающим фактором для развития промышленного производства натрий-ионных аккумуляторов.

Компания CATL уже долгие годы специализируется на исследованиях и разработках материалов для изготовления электродов натрий-ионных аккумуляторов. В отношении материалов катода компания CATL применила материал «Prussian white» (эверитова соль) с более высокой удельной емкостью и модернизировала объемную структуру этого материала путем перераспределения электронов, что позволило решить глобальную проблему быстрого снижения емкости при циклической работе материала. В отношении материалов анода компания CATL разработала твердый углеродный материал, отличающийся уникальной пористой структурой, обеспечивающей избыточные возможности хранения и быстрое перемещение ионов натрия, а также превосходные характеристики при циклических нагрузках.

Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов CATL, основанное на серии новых разработок в химической системе, обладает такими преимуществами, как высокая плотность энергии, возможность быстрой зарядки, превосходная термостойкость, отличные эксплуатационные свойства при низких температурах, высокая эффективность интеграции и др. Плотность энергии элемента натрий-ионного аккумулятора CATL может достигать 160 Вт·ч/кг, а зарядка аккумулятора может производиться за 15 минут до уровня 80% при комнатной температуре. Кроме того, в условиях низких температур (-20°C) натрий-ионный аккумулятор имеет степень удержания емкости, превышающую 90%, а его эффективность системной интеграции может достигать более 80%. Термостойкость натрий-ионных аккумуляторов превосходит национальные требования по безопасности для тяговых аккумуляторов. Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов может использоваться в различных вариантах электрификации транспорта, особенно в регионах со сверхнизкими температурами, где его выдающиеся преимущества становятся очевидными. Кроме того, оно может быть гибко адаптировано к прикладным потребностям всех сценариев в области накопления и хранения энергии.

4-компонентная инновационная система поддержки трех стратегических направлений развития 

Компания CATL всегда стремилась быть одной из ведущих в мире корпораций, разрабатывающих и осваивающих передовые технологии, а также вносить выдающиеся вклады в разрешение на пользу всего человечества проблем, связанных с развитием экологически чистой энергетики, что заложено в основу ее мировоззренческой концепции. Для реализации последней CATL прилагает неослабные усилия по трем стратегическим направлениям развития. Первым направлением развития является замена стационарной энергетики, основанной на ископаемых ресурсах, на выработку и хранение возобновляемой энергии; вторым направлением является замена мобильной энергетики, основанной на ископаемых видах топлива, за счет использования аккумуляторов электромобилей для ускорения развития электротранспорта; третье направление состоит в содействии принципиальному обновлению рыночных целей в сторону интеграции с эффективным использованием электрификации и интеллектуального интеллекта для ускорения процесса перехода к применению новых типов энергоносителей в различных областях. Для поддержки устойчивого развития по этим трем направлениях компания CATL создала 4-компонентную инновационную систему, в состав которой входят химическая система, структурная система, производственная система и бизнес-модели, с целью создания возможности быстрого перехода от фундаментальных исследований к промышленному применению, а затем к крупномасштабной коммерческой реализации.

Фундаментальные исследования материала и химической системы имеют огромное значение. По словам председателя правления CATL Робина Цзэна, некоторые считают, что химическая система аккумуляторных батарей вряд ли претерпит какие-либо новые прорывы, а усовершенствования возможны лишь в системе физической структуры. Но мы убеждены, что мир электрохимии представляет собой «энергетический куб», где нам еще предстоит открыть много неизвестного. Мы никогда не устаем исследовать его тайны. Используя вычислительную платформу с высокой пропускной способностью и технологию моделирования, основанную на нашем глубоком понимании принципов в сочетании с применением передовых алгоритмов и вычислительных мощностей, мы проводим углубленные исследования с целью разработки химической системы, наиболее подходящей для натрий-ионных аккумуляторов, позволяющей им выйти на путь ускоренного перевода в промышленное производство и непрерывно развивающейся. Целевым показателем развития следующего поколения натрий-ионных аккумуляторов является плотность энергии, превышающая 200 Вт·ч/кг.

Что касается совершенствования аккумуляторной системы, компания CATL совершила очередной прорыв в ее интеграции и разработала комплексное решение для аккумуляторной системы AB, состоящее в смешивании и подборке натрий-ионных и литий-ионных аккумуляторов в определенном соотношении и их интеграции в одну систему аккумуляторных батарей, а также управлении различными аккумуляторными системами посредством высокоточного алгоритма BMS. Аккумуляторная система AB может компенсировать нынешний недостаток плотности энергии в натрий-ионном аккумуляторе, а также расширить его преимущества в плане высокой мощности и производительности при низких температурах. Благодаря этой качественно новой структурной системе расширяются варианты применения литиево-натриевых аккумуляторных систем.

Многомерное развертывание для содействия развитию производства натрий-ионных аккумуляторов 

На прошедшем мероприятии заместитель декана научно-исследовательского института CATL д-р Цисен Хуан (Qisen Huang) заявил, что производство натрий-ионных аккумуляторов идеально совместимо по оборудованию и технологиям с производством литий-ионных аккумуляторов и что производственные линии могут быть быстро переключены с одного типа продукции на другой для достижения высокой производительности. На данный момент компания CATL приступила к развертыванию промышленного производства натрий-ионных аккумуляторов и планирует сформировать базовую отраслевую цепочку к 2023 году. CATL приглашает своих поставщиков и клиентов, находящихся соответственно на более высоких и низких уровнях отраслевой цепочки, а также научно-исследовательские учреждения к совместному ускорению процессов популяризации и разработки натрий-ионных аккумуляторов.

Д-р Робин Цзэн заявил, что обязательство по достижению углеродной нейтральности породило спрос на аккумуляторы тераватт-часового масштаба и способствовало активному развитию новой энергетики. Непрерывное возникновение прикладных потребностей позволило продемонстрировать возможности различных технологий. Разнообразные технические маршруты также обеспечат устойчивость долгосрочного развития отрасли.