Натрий-ионные аккумуляторы: шаг к энергетической независимости

Почему именно натрий?

Рентабельность производства натрий-ионных аккумуляторов обусловлена природной доступностью и относительной простотой добычи основного материала – натрия. Это один из самых распространенных элементов на планете. В отличие от лития, который добывается лишь в нескольких странах и требует сложных и опасных технологий переработки, натрий легко извлекается из морской воды или каменной соли. Это делает его доступным, экономически выгодным и экологически безопасным сырьем.

Сама технология производства натриевых аккумуляторов стоит столько же, сколько и литиевых, но производство продукции с использованием натрия будет дешеветь. Кроме того, их можно выпускать на тех же производственных линиях, что позволяет сократить стартовые инвестиции.   

И хотя по плотности энергии натриевые батареи пока уступают литиевым (до 275 Вт·ч/л против 680 у Li-ion), зато выигрывают по другим важным параметрам: температурному диапазону, устойчивости к скачкам напряжения, безопасности и сроку службы при эксплуатации в сложных условиях.

Основной недостаток – меньшая удельная энергия (размер и масса аккумулятора при той же емкости обычно выше, чем у литиевых), но для крупномасштабных энергосистем, электросетей и транспорта это не критично. В перспективе с развитием технологий натрий-ионные батареи могут стать еще более привлекательной альтернативой.

Потенциал и преимущества

В России до недавнего времени не существовало собственного производства натрий-ионных аккумуляторов. Российская компания SNDGLOBAL совместно с партнерами из Китая запустила проект по организации ODM-производства таких батарей. Особое значение натрий-ионные аккумуляторы имеют для северных и удаленных регионов, где традиционная инфраструктура энергоснабжения развита слабо, а климатические условия крайне суровы. Такие территории часто зависят от дизельных электростанций, которые дороги в обслуживании и загрязняют окружающую среду. Натрий-ионные АКБ могут стать основой для локальных систем хранения энергии, работающих в паре с возобновляемыми источниками – солнечными панелями, ветряками, гидроагрегатами.

Кроме того, натрий менее токсичен, чем литий. Поэтому натрий-ионные АКБ оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, во время эксплуатации и после ее окончания.  

Рабочее напряжение Li-Ion составляет от 3 до 4,2V. Диапазон напряжения Na-ion значительно шире: от 6 до 15,8 V, что защищает натрий-ионные аккумуляторы от угрозы скачков напряжения и допускает зарядку от 0V.  К тому же натрий-ионные батареи хороши своей низкой чувствительностью к глубокому разряду, а также долговечностью емкости – они выдерживают намного больше циклов «заряд – разряд» без существенной потери емкости и не боятся глубокой разрядки.

Кроме того, такая разработка имеет широкие перспективы именно в российском климате: натрий-ионные аккумуляторы имеют широкий температурный диапазон: от -40 °С до +60 °С (у литий-ионных АКБ он составляет +20 °С. При снижении температуры до +4 °С эффективность уменьшается примерно на 7%, а при дальнейшем уменьшении до 0 °С и ниже – на 20% и больше).

Натрий-ионные батареи имеют меньший риск теплового разгона по сравнению со многими литий-ионными, что делает их более безопасными в использовании. Они проявляют значительную устойчивость к протыканию, сжатию, высокой температуре, давлению и перегрузкам. Натрий-ионные аккумуляторы менее требовательны к условиям поставки. Это упрощает логистические цепочки и снижает стоимость перевозок. 

Справка

По международным оценкам, себестоимость натрий-ионных батарей составляет сейчас порядка 87 долларов/кВт·ч на уровне ячеек, литий-ионных – 100-140 долларов/кВт·ч для готовых батарейных блоков.

Разрыв небольшой, и на старте он может нивелироваться из-за малых партий и затрат на отладку линий. Сырье у натрия дешевле, но экономия начинает играть роль только при масштабировании.

Для России реальных заводских цифр пока нет – все на уровне ориентировок.

подробнее

Вызовы новой технологии

Одна из главных сложностей заключается в том, что такая технология пока не имеет аналогов на российском рынке.Для оценки объемов рынка специалистам компании SNDGLOBAL пришлось анализировать этот аспект у схожих продуктов.

Полученные данные подвергались корректировке, так как продукты не являлись полными аналогами друг друга. В плотной кооперации с маркетинговым агентством был проведен детальный анализ смежных ниш и определены целевые категории потребителей. Это позволило команде понять потенциальные объемы рынка и точки роста, а также учесть внутренние сигналы рынка, подтверждающие наличие спроса на такие решения.

Несмотря на очевидные преимущества, внедрение натрий-ионных аккумуляторов сталкивается с рядом задач:

• необходимость дополнительных НИОКР для повышения энергоэффективности;
• ограниченная осведомленность рынка о возможностях технологии;
• конкуренция со стороны устоявшихся литий-ионных решений;
• необходимость создания нормативно-правовой базы и стандартов.

Однако с учетом роста стоимости лития, риска его дефицита и усиления требований к экологичности переход на натрий-ионные аккумуляторы становится не просто возможным, но и жизненно необходимым.

Формально производство таких батарей попадает под действие  ФЗ-89  и схему расширенной ответственности производителя. Натрий-ионные батареи проще с точки зрения опасных металлов, но это и минус – экономическая мотивация для переработчиков меньше, ведь действующие мощности по переработке ориентированы на литий. Вероятно, при дальнейшем развитии отрасли потребуется создавать или переоснащать линии, которые позволят проводить безопасную разрядку «отживших» батарей, проводить нейтрализацию электролита, выделение графена и алюминия, без господдержки этот процесс может тормозиться.

Справка

Экологичность и безопасность натрий-ионных батарей (НИБ) в российском контексте обусловлены недостаточным развитием системы их переработки и утилизации. Основной регулирующий документ – Федеральный закон № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», который вводит принцип расширенной ответственности производителя (РОП). Однако специализированные нормы для НИБ отсутствуют, и их переработка возможна лишь в рамках общих правил обращения с отходами I-II классов.

НИБ выигрывают в плане безопасности благодаря отсутствию токсичных металлов и меньшему риску теплового разгона. Тем не менее компоненты электролита и связующие вещества могут быть токсичными, если не обеспечены соответствующие методы переработки. В России пока отсутствует отлаженная инфраструктура, специально адаптированная под утилизацию НИБ, так как их состав не содержит ценных металлов, что снижает экономическую привлекательность переработки.

Национальный проект «Экология» создал базовые условия для обращения с опасными отходами, включая разработку экотехнопарков и информационной системы учета перемещения отходов. Однако переработка аккумуляторов в основном сосредоточена на литий-ионных батареях, а специфических требований для НИБ нет.

Для устойчивого обращения с НИБ необходимо развитие нормативной базы: установление ГОСТов по их утилизации, маркировке и обезвреживанию, а также включение в программы РОП с обязательными показателями переработки. Кроме того, создание экономических стимулов, таких как субсидии или налоговые льготы, может способствовать внедрению технологий рециклинга.

подробнее

Однако в SNDGLOBAL сделали ставку на экономию за счет долговечности. Например, для базовых станций связи замена литиевых аккумуляторов на натрий-ионные снижает затраты на обслуживание на 20% за пять лет.

Что касается нормативно-правовой базы, то у IEC есть базовый стандарт 63056, адаптированный в России как ГОСТ Р МЭК 63056 – документ, который описывает общие требования к батареям с щелочными или иными некислотными электролитами. Этот стандарт был принят в 2024 году и формально подходит и для использования в натрий-ионных технологиях. Однако сейчас ГОСТ не учитывает специфики, связанной с особенностями Na-ion, например, влияния более тяжелых катионов на деградацию электродов или поведения при глубоком разряде в мороз.

Кроме того, схема декларирования соответствия и испытаний в аккредитованных лабораториях действует та же, что и для литий-ионных батарей. Однако проблема в том, что методики испытаний заточены под литий: температурные профили, параметры глубины разряда, поведение при перезаряде. Сейчас инженеры работают по универсальным нормам, дополняя их внутренними методиками, однако нормы нужно адаптировать, иначе производитель получит «формальную» сертификацию без учета нюансов конкретной химии.

Несмотря на все сложности, в условиях роста стоимости лития, риска его дефицита и усиления требований к экологичности переход на натрий-ионные аккумуляторы становится не просто возможным, но и жизненно необходимым.

Производственный кластер НИБ в России

Первый кластер по производству натрий-ионных батарей должен будет появится в Северо-Западном федеральном округе России. По мнению инвестора, которым выступила компания, благодаря развитой логистике и научному потенциалу Ленинградская область и Санкт-Петербург смогут стать отличной площадкой для появления новой российской технологии. Ожидается, что членами кластера также станут частные производители, государственные структуры, образовательные учреждения, научные центры и лаборатории, которые поспособствуют технологическому развитию и конкурентоспособности нового продукта на рынке.

Проект будет реализован SNDGLOBAL совместно с партнерами из Китая в формате организации  ODM-производства , где российская компания выступает автором двух основных конфигураций натрий-ионных аккумуляторов, а китайские партнеры – исполнителями. В настоящее время часть элементов продукта производится в Китае, остальные элементы российские. В дальнейшем производство будет полностью перенесено на территорию России.

Для оценки поставщиков комплектующих сейчас в компании используется зрелая система:

• входной контроль материалов (ICP, XRF, XRD);

• аудит производства;

• тесты на циклы, сопротивление, деградацию.

Это стандартная практика для производств литий-ионных батарей, которая переносима на Na-ion. При этом необходимо дополнять контроль параметрами, которые критичны именно для натрия, например – устойчивость электролита к кристаллизации при -30 °C или скорость роста пассивирующих слоев на аноде.

Что касается строительства специальных лабораторий для обеспечения качества и метрологического контроля продукции, то часть испытаний уже проводится на действующих стендах НИЦ и в аккредитованных лабораториях. Однако для специфических тестов Na-ion вроде длительной работы при -40 °C или быстрой зарядки на морозе необходимо модернизировать оборудование и официально прописать новые методики, что потребует времени и инвестиций.

Поддержка на государственном уровне

Важным сигналом со стороны государства стало поручение президента РФ Владимира Путина, опубликованное  в апреле 2025 года. Документ обязывает правительство разработать стратегию развития производства натрий-ионных аккумуляторов в России и обеспечить финансовую поддержку соответствующих проектов. Это решение было принято на фоне растущего интереса к данной технологии как внутри страны, так и за рубежом.

Государственная поддержка может сыграть решающую роль в создании экосистемы для развития отрасли – от научных исследований до массового выпуска продукции. Также важно развивать сотрудничество между университетами, научными центрами и производственными предприятиями, чтобы закладывать основы долгосрочной конкурентоспособности.

С поддержкой государства, активным участием частного сектора и развитием научной базы Россия может занять лидирующие позиции в этой области. Локализация производства натрий-ионных аккумуляторов станет не только шагом к энергетической независимости, но и важным фактором социально-экономического развития отдаленных территорий, а также позволит занять лидирующие позиции на рынке натрий-ионных «батарей будущего».