Натриево-йонните батерии се появяват като революционна алтернатива на днешните литиево-йонни батерии. Представете си да захранвате колата или дома си със същия натрий, който се съдържа в готварската сол – това е обещанието на тази нова технология. С покачването на цените на лития през последните години и нарастващите опасения относно веригите за доставки, интересът към батериите на основата на натрий рязко се увеличи. Тези батерии предлагат примамливата перспектива за по-ниски разходи, повишена безопасност и използване на изобилни материали, което кара мнозина да се запитат: Могат ли натриево-йонните батерии да революционизират съхранението на енергия и електрическите превозни средства?
В този изчерпателен доклад ще обясним какво представляват натриево-йонните батерии и как работят, ще сравним техните предимства и недостатъци спрямо литиево-йонните клетки, ще разгледаме текущите приложения (от електрически автомобили до съхранение на енергия в мрежата) и ще подчертаем най-новите разработки към август 2025 г. Ще представим и основните компании и изследователи, които движат иновациите при натриево-йонните батерии, както и ще разгледаме предизвикателствата пред мащабирането на тази обещаваща технология.
Какво представляват натриево-йонните батерии?
Натриево-йонните батерии са акумулаторни батерии, които използват натриеви йони (Na⁺) за съхранение и отдаване на енергия, по подобие на литиево-йонните батерии, които използват литиеви йони. Всъщност, водещ експерт казва, че „натриево-йонната технология всъщност е клонинг на литиево-йонната технология“ physics.aps.org. Структурно те работят по същия начин: батерията има два електрода (катод и анод) с течен електролит между тях. Когато батерията се зарежда и разрежда, натриевите йони се движат напред-назад между електродите през електролита, докато електроните протичат през външна верига, за да осигурят енергия physics.aps.org.
- Катод (положителен електрод): Обикновено се изработва от съединение, съдържащо натрий. Изследователите са разработили няколко типа катодни материали, включително натриеви слоести метални оксиди, полианионни съединения (като натриев ванадиев фосфат) и аналози на Пруско синьо physics.aps.org. Те са аналогични на литиевите кобалтови или литиево-железни съединения, използвани в Li-ion батериите, но са формулирани да приемат натриеви йони.
- Анод (отрицателен електрод): Често се изработва от „твърд въглерод“, форма на въглерод, която може да абсорбира натриеви йони. (Чистите графитни аноди, използвани при Li-ion, не работят добре за натрий, затова се използва твърд въглерод – неупорядочен въглерод physics.aps.org.) Анодът поема натриевите йони при зареждане на батерията и ги освобождава при разреждане.
- Електролит: Течен разтвор с натриева сол (като натриев хексафлуорофосфат) в органични разтворители, с функция, подобна на електролитите в Li-ion батериите physics.aps.org. Електролитът пренася натриеви йони между анода и катода, но блокира електроните, принуждавайки ги да преминават през веригата, за да вършат полезна работа.
Как работи: При зареждане външен източник на енергия вкарва електрони в анода и ги изтегля от катода. За да се балансира зарядът, натриевите йони от катода мигрират през електролита и се вграждат в анода от въглерод. При разреждане процесът се обръща: натриевите йони напускат анода и се връщат към катода, докато електроните преминават през веригата, за да захранят устройство physics.aps.org. Това „люлеещо се столче“ движение на натриевите йони е по същество същият принцип, който направи литиево-йонните батерии толкова успешни, само че тук носител на заряда е натрият.
Предимства на натриево-йонните батерии
Защо целият този шум около натрия? Натриево-йонните батерии носят няколко потенциални предимства пред традиционната литиево-йонна технология:
- Изобилни, нискостойностни материали: Натрият е един от най-разпространените елементи на Земята – може дори да се извлича от морска вода. За разлика от това, литият е относително рядък и географски концентриран. Експертите отбелязват, че натрият е 1000 пъти по-изобилен от лития в земната кора physics.aps.org. Това изобилие води до по-ниски разходи за суровини; натриевият карбонат струва само около $0.05 на килограм, срещу около $15 на килограм за литиев карбонат sodiumbatteryhub.com. Теоретично това може да направи натриево-йонните клетки много по-евтини за производство, когато технологията узрее. Освен това катодите на натриево-йонните батерии често използват евтини метали като желязо и манган вместо скъпите кобалт или никел. „Натриево-йонните батерии избягват използването на редки и екологично проблемни материали като кобалт и никел,“ намалявайки зависимостта от критични минерали sodiumbatteryhub.com.
- Подобрена безопасност (по-нисък риск от пожар): Натриево-йонната химия може да намали риска от пожари и термично изтичане, които понякога съпътстват литиевите батерии. Експерти от индустрията отбелязват, че натриево-йонните батерии са по-стабилни при високи температури и се представят по-добре при тестове за пробиване с пирон и смачкване energy-storage.news. Клетките са по-малко склонни към образуване на дендрити и прегряване, които могат да причинят пожари при литиевите батерии. При електрическите превозни средства, потенциалът за намален риск от пожар е основно предимство reuters.com. Един китайски производител на батерии дори съобщи, че техните натриево-йонни пакети са преминали тестове за злоупотреба (като пробиване) по-безопасно от конвенционалните литиеви пакети energy-storage.news.
- Бързо зареждане и висока мощност: Въпреки че използват по-тежък йон, натриево-йонните клетки могат да предложат отлична мощност и скорости на зареждане. Натриевите йони имат по-„дифузен“ електрически заряд от литиевите, което изненадващо им позволява да преминават по-бързо през батерийните материали physics.aps.org. Това означава, че натриево-йонните батерии могат да осигурят висок ток (за ускорение или голямо натоварване) и да се зареждат бързо. Жан-Мари Тараскон, пионер в изследванията на батериите, обяснява, че по-големият натриев йон може да се движи бързо заради разпределението на заряда си, което потенциално позволява по-висока мощност и по-бързо зареждане от Li-ion physics.aps.org. Всъщност, натриево-йонна батерия, разработена във Франция за електроинструменти, може да се зарежда за под 5 минути и издържа хиляди цикли physics.aps.org, демонстрирайки високата си мощност. Такова бързо зареждане може да бъде голямо предимство за електромобили и устройства.
- По-добра работа при ниски температури: Потребителите в студен климат знаят, че литиевите батерии губят производителност при замръзване. Натриево-йонната химия има предимство и тук. Прототипи са показали способност да работят при екстремен студ (до -20°C или дори -40°C) с по-малка загуба на капацитет sodiumbatteryhub.com. Тази устойчивост на ниски температури може да направи натриевите батерии идеални за външни приложения и зимна употреба, където литиевите батерии страдат.
- Потенциал за дълъг жизнен цикъл: Ранните данни показват, че натриево-йонните батерии могат да бъдат много издръжливи. Някои конструкции, особено тези с електродни материали на основата на Пруско синьо, са постигнали впечатляващ жизнен цикъл – хиляди или дори десетки хиляди цикли на зареждане/разреждане, като все още запазват по-голямата част от капацитета си sodiumbatteryhub.com. Например, една търговска натриево-йонна батерийна химия предлага над 7 000 цикъла (20-годишен живот) с 80% запазване на капацитета sodiumbatteryhub.com, което е далеч над типичния живот на литиево-йонна батерия при дълбоки цикли. Такава дълготрайност е изключително привлекателна за стационарно съхранение на енергия и други приложения, при които батерията се циклира ежедневно.
- Екологична устойчивост: Освен предимствата при добива, натриево-йонните батерии могат да бъдат по-екологични за производство и изхвърляне. Те използват нетоксични материали (без кобалт, без литиеви соли) и потенциално опростяват рециклирането, тъй като натриевите соли са по-лесни за обработка. Въпреки че настоящото производство на натриеви батерии не е напълно оптимизирано, експертите са убедени, че с мащабиране натриево-йонните ще имат още по-добри общи екологични показатели от литиевите системи physics.aps.org. По-ниското въздействие върху ресурсите и елиминирането на етично проблемния добив (като кобалт в конфликтни зони) дават на натрия етично предимство.
Накратко, натриево-йонната технология обещава по-евтина, по-безопасна и по-устойчива батерия. Както казва професор Тараскон, мнозина виждат тази „зелена технология“ като „имаща място в бъдещето“ на съхранението на енергия physics.aps.org.
Недостатъци и предизвикателства на натриево-йонните (спрямо литиево-йонните)
Ако натриево-йонните батерии са толкова добри, защо все още не са навсякъде? Истината е, че натриево-йонната технология все още има важни ограничения и догонва литиево-йонната в няколко области:
- По-ниска енергийна плътност: Най-големият недостатък е, че натриево-йонните клетки просто не могат да съхраняват толкова енергия на тегло или обем, колкото литиево-йонните клетки – поне засега. Химически, натрият има по-ниско напрежение и по-висока атомна маса от лития, което води до батерии, които са средно с около 20–30% по-ниска енергийна плътност physics.aps.org. На практика, натриево-йонна батерия с даден размер ще осигури по-малко изминати километри или часове работа на устройство в сравнение с литиева батерия със същия размер. Тараскон откровено отбелязва, че по отношение на пробега, „натрият не може да победи лития“ physics.aps.org. Това по-ниско енергийно съдържание означава, че са необходими по-тежки или по-обемисти батерии, за да се постигне същият пробег или време на работа – критичен фактор за електрическите превозни средства (EV), където теглото и пространството са от голямо значение.
- По-голямо тегло: Тъй като натриевите атоми са три пъти по-тежки от литиевите и е необходимо повече материал, за да се компенсира по-ниската енергия, натриево-йонните пакети ще тежат повече при същия капацитет. Това намалява ефективността на превозните средства и е ключово предизвикателство за високопроизводителните EV. Докато това не е проблем за стационарното съхранение, при автомобилите всеки допълнителен килограм има значение.
- Начална технология и мащабиране: Литиево-йонните батерии се възползват от над 30 години развитие и огромни икономии от мащаба. Натриево-йонната технология е сравнително нова за комерсиализация – едва през последните години компаниите започнаха пилотно производство. Към 2025 г. натриево-йонните клетки се произвеждат основно в малки партиди или демонстрационни линии, така че разходите все още не са по-ниски от тези на литиево-йонните. Анализ на Станфорд установи, че въпреки по-евтините съставки, настоящите натриеви батерии все още могат да струват повече на единица енергия от литиевите батерии поради по-ниската им енергийна плътност и незрялото производство news.stanford.edu. За да се постигне ценови паритет, ще са необходими допълнителни технологични пробиви и мащабиране на производството (за да се намалят единичните разходи). С две думи, икономиите от мащаба все още не са налице.
- Ограничени ранни приложения: Поради горните фактори, натриево-йонната технология все още не е директен заместител на литиево-йонната за всички приложения. Първото поколение натриеви батерии са насочени към нишови или нискобюджетни приложения (като електрически скутери, базови EV или съхранение на енергия в мрежата), а не към премиум електрически автомобили или смартфони. Ще са нужни време и научноизследователска дейност, за да се подобри енергийната плътност, така че натриево-йонните батерии да могат да се конкурират във висок клас електроника или дългопробегови превозни средства. Възприемането от индустрията може да бъде бавно, докато производителността не се подобри допълнително или цените на лития не скочат отново.
- Предизвикателства във веригата за доставки и материалите: Въпреки че самият натрий е в изобилие, натриево-йонните батерии все още изискват други материали (въглеродни аноди, специални електролити, катодни минерали). Някои водещи натриеви катоди използват редки или скъпи елементи като ванадий или никел, което може да усложни разказа за „евтино и изобилно“ news.stanford.edu. Например, един високоефективен катод е натриевият ванадиев фосфат – ефективен, но зависим от ванадий. Изследователите работят за елиминиране на скъпите елементи и разчитане само на наистина изобилни като желязо, манган и др. news.stanford.edu. Освен това трябва да се развият нови вериги за доставки за неща като батериен твърд въглерод и други специфични за натрия компоненти, тъй като веригата за доставки на литиеви батерии не може винаги да се използва директно за натрий. Разширяването на тези вериги ще изисква инвестиции и време, макар че за щастие голяма част от съществуващото оборудване за производство на литиево-йонни батерии може да се адаптира за натриево-йонни клетки energy-storage.news.
- По-висок първоначален въглероден отпечатък: Парадоксално, днешните натриево-йонни батерии могат да имат леко по-висок въглероден отпечатък при производството на kWh в сравнение с литиево-йонните. Това е така, защото изграждането на натриева батерия с по-ниска енергийна плътност означава използване на повече материал за съхранение на същото количество енергия, което в момента води до по-високи емисии по време на производството physics.aps.org. Анализ на жизнения цикъл показа, че натриево-йонните клетки отделят повече парникови газове при производството си в сравнение с еквивалентна литиево-йонна батерия, главно поради по-голямата маса на необходимите материали physics.aps.org. Очаква се обаче това да се подобри с повишаване на ефективността на дизайна. Един анализатор отбелязва, че това е просто „моментна снимка“ и че с оптимизация натриевите батерии могат да постигнат по-добра цялостна устойчивост от литиевите системи physics.aps.org.
Въпреки тези предизвикателства, изследователите и лидерите в индустрията остават оптимисти, че много от пропуските могат да бъдат преодолени. Шърли Менг, професор в Чикагския университет, която работи върху батерии от 20 години, очаква бърз напредък сега, когато натриево-йонните продукти излизат на пазара. „Нямам съмнение, че най-добрите натриево-йонни батерии ще работят толкова добре, колкото литиево-йонните, за по-малко от 10 години“, казва Менг physics.aps.org. Общото мнение е, че натриево-йонните батерии няма да заменят напълно литиево-йонните, но и не е нужно – дори ако заемат определени ниши и половината от пазара, това би било огромен успех. Всъщност, основателят на CATL Робин Зенг предположи, че натриево-йонните батерии потенциално могат да завземат до 50% пазарен дял при по-евтините литиево-железни фосфатни (LFP) батерии в бъдеще reuters.com. Сега надпреварата е да се усъвършенства технологията и да се увеличи производството, за да се реализира потенциалът на натриево-йонните батерии.
Текущи приложения и случаи на употреба
Натриево-йонните батерии бързо преминаха от лабораторни прототипи към реални приложения. Макар че все още са в начален етап, те вече се тестват пилотно в няколко важни сектора:
Електрически превозни средства (EVs)
Електрическите автомобили и други превозни средства са естествена цел за натриево-йонните батерии, благодарение на ценовите им предимства и безопасността. Първите електромобили с натриево-йонни батерии вече дебютираха в Китай. През 2023 г. китайският автомобилен производител JAC, в партньорство с фирмата за батерии HiNa, представи компактен електромобил, наречен Hua Xianzi, задвижван от натриево-йонен батериен пакет sodiumbatteryhub.com. Този петместен автомобил може да измине над 155 мили (250 км) с едно зареждане, доказвайки, че натриево-йонната технология може да задвижва практично превозно средство sodiumbatteryhub.com. Макар пробегът му да е скромен според днешните стандарти за електромобили, това подчертава потенциала на натриевите батерии за икономични градски автомобили. HiNa се фокусира върху такива приложения от години (включително електрически автобуси и нискоскоростни превозни средства) и дори изгради първата в света специализирана производствена линия за материали за натриево-йонни батерии sodiumbatteryhub.com.
Други автомобилни производители следват този пример. Chery Automobile (друг китайски автомобилен производител) обяви планове да използва натриево-йонни батерии на CATL в предстоящ модел physics.aps.org. А BYD, един от най-големите производители на батерии за електромобили в света, инвестира в натриево-йонни батерии за по-малки градски коли и двуколесни превозни средства. BYD очаква, че натриево-йонните батерии могат да бъдат 15–30% по-евтини от литиево-йонните LFP батерии до 2025 г., което ги прави идеални за бюджетни електромобили energy-storage.news. Поради по-ниската енергийна плътност тези батерии първоначално са насочени към по-малки превозни средства или модели с по-къс пробег, където не е необходима голяма батерия physics.aps.org. Както отбелязва говорител на CATL, първият целеви пазар за натриево-йонните батерии в електромобилите вероятно ще бъдат „по-малки коли и двуколесни превозни средства“, където изискванията за пробег са по-ниски physics.aps.org.
Важно е, че предимствата на натриево-йонните батерии по отношение на безопасността и цената ги правят привлекателни за електрифициране на превозни средства, при които цената и издръжливостта са по-важни от максималния пробег. Например има интерес към използването на натриеви батерии в електрически служебни автомобили, автобуси или бавнодвижещи се доставъчни ванове, които не се нуждаят от голям пробег, но биха спечелили от по-ниски разходи и дълъг живот на батерията. Дори електрически двуколесни превозни средства и рикши в развиващите се страни биха могли да възприемат натриево-йонните батерии, тъй като тези пазари са изключително чувствителни към цената, а нуждите от пробег са скромни. Има дори съобщения, че Tesla може да обмисля натриево-йонни батерии за бъдещия си икономичен електромобил за $25,000, за да постигне агресивни ценови цели sodiumbatteryhub.com. (Tesla не е потвърдила това, но самият факт, че има такива спекулации, показва нивото на интерес в индустрията към натриевата технология.)
Съхранение на енергия в мрежата
Най-голямата в света ферма за натриево-йонни батерии – система за съхранение на енергия с капацитет 100 MWh (мегаватчаса) в Хубей, Китай – беше пусната в експлоатация в средата на 2024 г. като част от усилията за диверсифициране на съхранението на енергия в мрежата отвъд лития energy-storage.news. Всеки контейнер съдържа стелажи с натриево-йонни батерии за съхранение на възобновяема енергия и осигуряване на резервно захранване.
Първоначалните резултати са обнадеждаващи: натриевата система в Хубей е показала висока ефективност при циклична работа и устойчивост при екстремни температури, според инженерите по експлоатация energy-storage.news. Клетките ѝ също са преминали успешно тестове за безопасност (ключов фактор за батерии за електрическата мрежа, които може да се намират близо до населени места) energy-storage.news. Стратегията на Китай тук е стратегическа: въпреки че страната доминира в производството на литиеви батерии днес, тя разполага само с около 6% от световните литиеви ресурси energy-storage.news. За разлика от това, Китай има изобилие от суровини за натриеви батерии (като натрий, желязо и др.). Чрез инвестиции в натриево-йонни технологии, Китай се застрахова срещу потенциален недостиг на литий или геополитически ограничения, като гарантира, че разширяването на енергийните хранилища няма да бъде ограничено от доставките на литий energy-storage.news. Генералният мениджър на HiNa, Ли Шудзюн, смело прогнозира, че до 2030 г. ще се е формирала „индустрия за натриево-йонни батерии с капацитет тераватчас“ energy-storage.news – с други думи, натриевите батерии могат да достигнат до тераватчасови нива на годишно производство, подпомагайки масови внедрявания в електрическата мрежа.
Извън Китай, натриево-йонните батерии започват да намират приложение и в други продукти за стационарно съхранение. В САЩ, Natron Energy е комерсиализирала натриево-йонни батерии (с електродна химия на основата на Пруско синьо) за резервно захранване на центрове за данни и индустриални приложения. Батериите на Natron, макар и с по-ниска енергийна плътност, се отличават с бързо зареждане и дълъг цикъл на живот – те могат да бъдат напълно презаредени за 15 минути и да издържат десетки хиляди цикли fossforce.com, businesswire.com. Това ги прави идеални за критични енергийни системи, които се нуждаят от незабавен отговор и чести цикли (като изглаждане на производството на възобновяема енергия или осигуряване на резервно захранване за сървърни ферми). Всъщност, през 2022 г. Natron откри първия в Северна Америка завод за масово производство на натриево-йонни батерии в Мичиган natron.energy, а компании като United Airlines са инвестирали в Natron, за да използват батериите ѝ за електрифициране на наземното летищно оборудване natron.energy. В Европа стартъпи като Altris (Швеция) си партнират с индустрията (например инженерната компания Fluor), за да изградят първото в региона голямо производствено съоръжение за натриево-йонни батерии sodiumbatteryhub.com, с цел да доставят батерии за съхранение на енергия в мрежата.
Като се има предвид ниската им цена на цикъл и безопасността, натриево-йонните батерии са на път да изиграят голяма роля в бума на съхранението на възобновяема енергия. Те могат да бъдат инсталирани в големи батерийни паркове, за да прехвърлят слънчевата енергия за нощта, да подпомагат мрежата при пиково търсене и да осигуряват резервно захранване без опасността от пожар, характерна за лития. Енергийните компании и разработчиците на проекти внимателно следят натриевите проекти в Китай, а пилотни програми започват и другаде (например Индия също провежда изпитания за съхранение с натриево-йонни батерии в своята мрежа). Съхранението за дълги периоди е друг аспект: изследват се нови натриеви химии (като натриево-железни батерии) за много дълъг живот на цикъла, с цел икономично съхранение на енергия за 8+ часа sodiumbatteryhub.com. Всичко това подсказва, че стационарното съхранение може да бъде първият сектор, в който натриево-йонните батерии ще постигнат широко разпространение.
Други нововъзникващи приложения
Извън автомобилите и съхранението в мрежата, натриево-йонните батерии намират ранно приложение в няколко други области:
- Преносима енергия и електроника: Не очаквайте натриево-йонни батерии в смартфона си все още (клетките все още са твърде големи за висок клас мобилна електроника). Въпреки това, вече има прототипи на натриево-йонни външни батерии и нискобюджетни решения за съхранение на енергия за потребителска употреба. Например, стартъп в Китай наскоро пусна натриево-йонна USB външна батерия – тя е по-обемиста от литиевата, но се зарежда бързо и е много безопасна (няма да прегрее в джоба ви). Това са нишови продукти, но показват възможностите за потребителска електроника, особено ако енергийната плътност се подобри. В региони, където достъпността е ключова, бъдещи лаптопи или джаджи може да използват натриево-йонни батерии, ако могат да понесат малко повече тегло.
- Електроинструменти и оборудване: Един от първите комерсиални продукти с натриево-йонна батерия всъщност беше безжична бормашина. През 2022 г. френската компания Tiamat (с изследвания, ръководени от д-р Тараскон) предостави натриево-йонни батерии за бормашина, която може да се зареди за под 5 минути и издържа над 5000 цикъла physics.aps.org. Такъв инструмент показва, че натриево-йонните батерии могат да осигурят високи енергийни импулси и бързо презареждане – привлекателно за строителни и индустриални инструменти, които трябва да се зареждат бързо. В следващите години може да видим повече електроинструменти, косачки или електрически скутери с натриеви батерии, особено за професионални пазари, които ценят дългия живот на батерията.
- Електрическа мобилност с ниска скорост: Освен автомобилите, натриево-йонните батерии са отличен избор за електрически велосипеди, скутери и триколки. Тези леки електрически превозни средства обикновено имат по-малки батерии (така че допълнителното тегло е поносимо) и са изключително чувствителни към цената на пазари като Индия, Югоизточна Азия и Африка. Първите електрически двуколесни превозни средства с натриево-йонни батерии се очакват скоро. Например, индийската Reliance Industries (която придоби британския стартъп Faradion за натриеви батерии) reportedly тества сменяеми натриево-йонни батерийни пакети за електрически скутери и рикши sodiumbatteryhub.com. Такива станции за сменяеми батерии могат да намалят първоначалната цена на електрическите превозни средства и да използват бързото зареждане на натрия. По подобен начин, китайската компания BYD има партньорство с Huaihai за разработване на натриево-йонни батерии за леки градски електромобили и електрически велосипеди sodiumbatteryhub.com.
- Авиация и нишов транспорт: Провеждат се дори изследвания за използване на натриеви батерии в нишови области като електрическата авиация (в хибридни форми) или като удължители на пробега. Това са експериментални, но креативни приложения (например, хибридна натриево-въздушна батерия, която се тества за самолети sodiumbatteryhub.com) илюстрират широтата на изследванията в областта на натриевата електрохимия.
Като цяло, натриево-йонните батерии преминават от лабораторията към реалния свят. Първите случаи на употреба са насочени към приложения, чувствителни към разходите и с приоритет на безопасността: помислете за съхранение на енергия в мрежата, автопаркове, електромобили от начален клас и устройства, при които ултра-високата енергийна плътност не е критична. С подобряването на технологията можем да очакваме нейното разширяване към по-масова електроника и превозни средства с по-голям пробег. Но дори и в близко бъдеще, натриево-йонните батерии доказват своята стойност в области, където литиево-йонните може да не са идеални поради цена или безопасност.
Водещи компании и изследвания, движещи развитието на натриево-йонните батерии
Натискът за развитие на натриево-йонните батерии се превърна в глобално усилие, включващо иновативни стартъпи, академични лаборатории и някои от най-големите производители на батерии в света. Ето някои от ключовите играчи и участници в сферата на натриево-йонните батерии:
- Contemporary Amperex Technology Co. (CATL) – Китайският гигант в батериите: CATL е най-големият производител на батерии за електромобили в света (доставя и на Tesla, наред с други) и е един от първите, които се насочиха към натриево-йонните батерии. През 2021 г. CATL беше първата голяма компания, която представи прототип на натриево-йонна батерия reuters.com. Оттогава те разработиха второ поколение натриево-йонна клетка (с марка “Naxtra”) с енергийна плътност от ~160–175 Wh/kg reuters.com, почти равна на литиево-железофосфатните клетки. CATL планира да започне масово производство на натриево-йонни батерии до декември 2025 г. reuters.com. Робин Дзън (основателят на CATL) е оптимистично настроен към натриево-йонните батерии и вярва, че те могат да заемат значителен дял от пазара на LFP литиеви батерии reuters.com. CATL също така е пионер в “двойна химия” – комбиниране на натриево-йонни и литиево-йонни клетки в един батериен пакет, за да се използват предимствата на всяка технология. Това може да компенсира по-ниския пробег на натриевите батерии, като същевременно намали разходите. Като лидер в индустрията, агресивният подход на CATL придава голяма достоверност на натриево-йонната технология.
- HiNa Battery – Пионери в Китай: HiNa (известна още като Zhongke Haina) е китайски стартъп, отделен от Китайската академия на науките и е посветен изцяло на натриево-йонните батерии. Те работят в тази област вече десетилетие и са постигнали няколко първи постижения: първата пилотна производствена линия, първото внедряване в електрически превозни средства (автомобилът JAC) и доставката за най-големия в света проект за натриева мрежа sodiumbatteryhub.com, energy-storage.news. HiNa произвежда различни формати клетки (цилиндрични, pouch, призматични) и увеличава производствения мащаб. Подкрепата на китайското правителство за проекти като фермата за съхранение Datang показва доверие в технологията на HiNa. Работата на HiNa е насочена към нискостойностни материали (използват катоди от Пруско синьо и твърд въглерод) и твърдят, че са решили по-ранни проблеми с производителността. Техният генерален мениджър, Ли Шуджун, е един от най-активните защитници на натриево-йонните батерии в световен мащаб energy-storage.news.
- BYD и други китайски компании: Освен CATL и HiNa, почти всяка голяма китайска батерийна компания има програма за натриево-йонни батерии. BYD, чрез съвместно предприятие с Huaihai, създава производство на натриеви батерии, насочено към малки електромобили. Farasis Energy, друг китайски производител на батерии, е обявил планове за натриево-йонни батерии и прототипни сделки за превозни средства physics.aps.org. Компании като CNGR и Great Wall са инвестирали в производство на материали за натриеви батерии. Дори има китайски национален стандарт за натриево-йонни батерии, установен през 2023 г. sodiumbatteryhub.com, което сигнализира за държавна подкрепа. С две думи, Китай Инк. е изцяло заложил на натриево-йонните батерии, инвестирайки сериозно в комерсиализацията им като допълнение към лития.
- Faradion (Великобритания/Индия): Faradion беше един от най-ранните западни стартъпи (основан през 2010 г. във Великобритания), работещи по натриево-йонни батерии. Те разработиха патентована анодна и катодна химия на основата на въглерод, която постигна прилична енергийна плътност (~140 Wh/kg) и добър жизнен цикъл. През 2022 г. индийската Reliance Industries придоби Faradion за 135 милиона долара, с цел мащабно производство на натриево-йонни батерии в Индия sodiumbatteryhub.com. Reliance (голям енергиен конгломерат) планира да използва технологията на Faradion за всичко – от съхранение на енергия в мрежата до батерии за дву- и триколесни електромобили на огромния индийски пазар. Те дори тестват сменяеми натриеви батерийни пакети за електрически скутери, както беше споменато. Екипът на Faradion, сега под шапката на Reliance, е основен играч, който трябва да се следи, като свързва британските иновации с производствения напредък на Индия.
- Natron Energy (САЩ): Natron е компания от Силициевата долина, която се фокусира върху уникална натрий-йонна химия с Пруско синьо. Вместо да се конкурира по енергийна плътност, батериите на Natron се зареждат изключително бързо и имат изключително дълъг живот, което е идеално за центрове за данни, резервно захранване за телекомуникации и индустриална енергия. Те са привлекли инвестиции от гиганти като Chevron и United Airlines natron.energy. Natron откри производствено съоръжение в Мичиган – което я прави първият търговски производител на натрий-йонни клетки в САЩ natron.energy. Те разширяват дейността си към пазари като поддръжка на бързи зарядни станции за електромобили (буферни батерии) и се надяват да достигнат нива на гигафабрика до края на 2020-те години fossforce.com. Успехът на Natron може да стимулира по-голям американски интерес към натрий-йонните батерии, особено за мрежови и военни приложения, където безопасността е ключова.
- Tiamat (Франция): Съоснована от професор Тараскон, Tiamat е френски стартъп, работещ върху високомощни натрий-йонни батерии. Те се фокусират върху полианоден катод (натриев ванадиев флуорофосфат), който осигурява отлична мощност и добър живот physics.aps.org. Клетките на Tiamat бяха използвани в първата акумулаторна отвертка с натриева батерия и те продължават да усъвършенстват химията. Макар и малка, Tiamat представлява изследователската сила на Европа в областта на батериите. ЕС също финансира изследвания и разработки на натрий-йонни батерии чрез проекти и консорциуми (например, проектът NAIMA включваше няколко европейски лаборатории и компании, които си сътрудничат по разработката на натриеви батерии).
- Академични изследователски лаборатории: Множество университети и национални лаборатории напредват в науката за натриево-йонните батерии. В САЩ, консорциум на Министерството на енергетиката на стойност 50 милиона долара на име LENS (Лаборатория за съхранение на енергия и устойчивост) беше създаден, за да ускори изследванията на натриево-йонните батерии sodiumbatteryhub.com. В това участват институции като Държавния университет на Флорида, Станфорд (SLAC) и други, които работят по пробиви в материалите. В Китай, Китайската академия на науките и университетите имат цели екипи, посветени на натриево-йонни електроди и електролити. В Европа водещи изследователи в Испания, Франция, Великобритания и Германия разширяват границите (например, испанският ICMM разработи нов устойчив катод, а германският институт Fraunhofer изследва твърдотелни натриеви батерии sodiumbatteryhub.com). Изследователската общност проучва следващо поколение идеи като батерии с натриев метал без анод, твърдотелни натриево-йонни и нови електролити за подобряване на производителността sodiumbatteryhub.com. Това непрекъснато иновиране е от решаващо значение за решаване на настоящите ограничения.
- Други забележителни: Altris в Швеция (произвежда катодни материали на основата на желязо и партнира за производствен инженеринг), Aquion (вече несъществуваща американска компания, която произвеждаше водни натриево-йонни батерии със солена вода за извънмрежова употреба, чиято наследена технология се преосмисля), Zooline (Zoolnasm) в Китай (нов играч, който набра 42 милиона долара за производство на натриево-йонни батерии sodiumbatteryhub.com), и различни стартиращи компании в Индия (например, спин-оф на IIT, който разработва бързозареждащи се натриеви клетки sodiumbatteryhub.com). Дори големи компании като Stellantis (автомобилният производител) проявяват интерес – Stellantis Ventures инвестира в стартираща компания за натриеви батерии, за да диверсифицира бъдещите доставки на батерии за електромобили. Междувременно, бивши експерти по батерии на Tesla са стартирали компании, фокусирани върху натриево-йонни решения, разпознавайки пазарния потенциал sodiumbatteryhub.com.
Заедно тези компании и екипи формират динамична екосистема, която бързо въвежда натриево-йонните батерии на пазара. От Азия до Европа и Америка се влагат значителни ресурси в научноизследователска и развойна дейност, мащабиране на пилотни линии и започване на планиране за масово производство. Конкуренцията и сътрудничеството между тези играчи ускоряват подобренията. Както се изрази един индустриален наблюдател, 2025 г. се очертава като „годината на натриево-йонната батерия“, с все повече продукти и съобщения, които се появяват в бърза последователност.
Последни новини и развития (2024–2025)
Полето на натриево-йонните батерии се нажежава с поредица от съобщения, инвестиции и технически постижения. Ето обобщение на най-значимите скорошни развития към август 2025 г.:
- Април 2025 – CATL представя втора генерация батерия “Naxtra”: Китайският батериен гигант CATL пусна новата марка натриево-йонни батерии Naxtra, като обяви, че масовото производство ще започне през декември 2025 reuters.com. Първите клетки Naxtra ще имат енергийна плътност от около 175 Wh/kg – почти колкото LFP литиевите батерии, използвани в много електромобили reuters.com. CATL разкри също план за използване на двойна батерийна система (като два двигателя в самолет), комбинираща натриево-йонни пакети с литиеви, за да се подобрят цялостната производителност и безопасност reuters.com. Оуян Чуин, съпрезидент по НИРД на CATL, отбеляза, че натриево-йонните батерии могат да имат ценово предимство пред литиево-йонните, когато веригата на доставки се разшири reuters.com. Това високопрофилно представяне подчертава, че CATL вижда натриево-йонните батерии като търговски жизнеспособен продукт в много близко бъдеще.
- Юли 2024 – Най-голямата в света ферма за натриеви батерии започва работа: 100 MWh станция за съхранение на енергия с натриево-йонни батерии (50 MW мощност) беше свързана към електрическата мрежа на Китай в провинция Хубей energy-storage.news. Построена от HiNa Battery и Datang Group, това е първата фаза на проект от 200 MWh – най-голямата натриево-йонна инсталация в света. Проектът е част от национална инициатива за алтернативи на лития в съхранението на енергия и вече доставя стабилна енергия към мрежата energy-storage.news. Това отбеляза голямо признание за натриево-йонната технология за съхранение в мащаб на комунални услуги, доказвайки, че може да се внедри в >100 MWh мащаб. Ръководителят на проекта съобщи за отлична работа, като посочи по-добра ефективност и дълъг жизнен цикъл дори при екстремни температури за натриевата система energy-storage.news. Държавните медии на Китай подчертаха, че такива проекти намаляват зависимостта от вносен литий и използват местни ресурси energy-storage.news.
- Началото на 2024 – Първите електромобили с натриево-йонни батерии влизат в производство: През януари 2024 г. китайският автомобилен производител JAC започна серийно производство на електромобил, задвижван с натриево-йонни батерии, след успешни прототипни тестове през 2023 г. electrive.com. По същото време конкурентът Chery представи електромобил с натриево-йонен пакет на CATL, който ще се предлага в Китай. Това са първите в света търговски електрически автомобили без литий в батерийните си пакети. Макар първоначално да се произвеждат в ограничени количества, те показват, че натриево-йонната технология е готова за пътя. Моделът JAC/HiNa Hua Xianzi EV с пробег около 250 км привлече значително внимание като доказателство за концепцията sodiumbatteryhub.com. Анализаторите очакват повече китайски модели (особено евтини градски коли) да приемат натриево-йонни опции през следващите 1–2 години, предвид спестяванията в разходите.
- Инвестиции и партньорства на възход: През последните две години имаше значителни инвестиции в стартъпи и производство на натриево-йонни батерии. Освен придобиването на Faradion от Reliance, сред забележителните сделки са инвестицията на TDK Ventures в американския стартъп Peak Energy за натриево-йонни батерии за електрическата мрежа sodiumbatteryhub.com, и инвестицията на United Airlines в Natron Energy за електрифициране на летищно оборудване с натриево-йонни клетки natron.energy. В Европа, Fluor Corporation си партнира с Altris за проектиране на това, което се определя като първата в света голяма фабрика за натриево-йонни клетки, с цел започване на производство в Швеция sodiumbatteryhub.com. Отпуснати са и няколко държавни гранта: напр. Калифорнийската енергийна комисия предостави средства на проект за натриево-йонни батерии (Unigrid) за създаване на пилотна производствена линия в САЩ sodiumbatteryhub.com. Интересът на рисковите инвеститори е висок, като няколко стартъпа набират начален капитал през 2024–2025 г., докато технологията се доближава до комерсиализация.
- Технологични пробиви: Изследователите продължават да се справят с оставащите предизвикателства пред натриево-йонните батерии. В края на 2024 г. екип от Принстънския университет разработи нов катоден материал, който значително повишава задържането на енергия и стабилността, като помага да се намали разликата с литиевите батерии sodiumbatteryhub.com. Лабораторията на Dincă в MIT представи иновативен органичен катод (TPAQ), който осигурява висока енергийна плътност с потенциално по-ниска цена sodiumbatteryhub.com. От страна на анода, напредъкът с усъвършенстван твърд въглерод и композитни аноди е подобрил капацитета и живота на батериите sodiumbatteryhub.com. Някои експериментални клетки вече постигат енергийна плътност до 200 Wh/kg (доближаваща се до средния клас литиево-йонни клетки) и живот от 10 000+ цикъла с >80% запазване на капацитета sodiumbatteryhub.com. Тези постижения, много от които са публикувани през 2024–2025 г., показват, че разликата в производителността се стеснява. Както гласи едно заглавие, „Northvolt срещу Natron: битката за иновации при натриево-йонните батерии“ – дори утвърдени производители на литиеви батерии влагат средства в научноизследователска и развойна дейност за натриево-йонни технологии forumnordic.com.
- Политики и пазарни тенденции: Правителствата и индустриалните анализатори все по-често признават натриево-йонните батерии в своите прогнози. През 2025 г. фирмата за пазарни проучвания IDTechEx прогнозира, че пазарът на натриево-йонни батерии може да достигне няколко милиарда долара до 2030 г., особено в областта на стационарното съхранение. Международната агенция по енергетика (IEA) спомена натриево-йонните батерии за първи път в годишния си доклад за енергийно съхранение, като ги посочи като ключова нововъзникваща технология за диверсификация на доставките на батерии. Междувременно, търговските напрежения и опасенията за сигурността на ресурсите косвено стимулират приемането на натриево-йонни батерии – например, акцентът на Закона за намаляване на инфлацията в САЩ върху вътрешното производство на батерии отвори врати за вериги за доставки на основата на натрий, които не зависят от вносен литий sodiumbatteryhub.com. Ограниченията на Китай върху износа на графит (ключов за литиевите батерии) също накараха други страни да обмислят алтернативни химични състави като натрий, които могат да използват местни материали, което доведе до заглавия като „Как търговските напрежения стимулират приемането на натриево-йонни батерии.“ sodiumbatteryhub.com
Като цяло, новините от последната година очертават картина на бърз напредък и нарастващ импулс за натриево-йонните батерии. От лабораторни подобрения до реални продукти на пазара, технологията напредва във всички направления. Експертите от индустрията често цитират известната фраза: „Времето на натриево-йонните батерии най-накрая настъпва.“ Следващите няколко години ще бъдат решаващи за определяне докъде и колко бързо тази решение на основата на сол може да стигне.
Предизвикателства и перспективи
Въпреки ентусиазма, значителни предизвикателства остават преди натриево-йонните батерии наистина да променят статуквото. Увеличаването на производството е приоритет номер едно. Настоящият световен производствен капацитет на литиево-йонни батерии е от порядъка на стотици гигаватчаса годишно; натриево-йонните все още са в ниските единични цифри в най-добрия случай. Ще са необходими огромни инвестиции в нови гигафабрики и вериги за доставки, за да се достигне мащабът на лития. Обнадеждаващата новина е, че голяма част от съществуващите знания за производство на батерии могат да бъдат прехвърлени – натриево-йонните клетки често могат да се произвеждат на подобно оборудване като литиевите клетки energy-storage.news. Както отбелязва едно индустриално издание, дизайнът на натриево-йонните батерии е достатъчно подобен, за да бъде „директна подмяна“ в някои случаи на съществуващите производствени линии energy-storage.news. Това означава, че ако търсенето и икономиката го оправдаят, компаниите биха могли сравнително бързо да пренасочат част от производството си към натриево-йонни батерии.
Друго предизвикателство е подобряването на енергийната плътност и производителността, за да се разширят приложенията на натриево-йонните батерии. Разликата постепенно се затваря, но са необходими допълнителни пробиви, за да станат натриево-йонните батерии подходящи за електромобили с голям пробег или ултракомпактна електроника. Изследователите работят по няколко направления: нови катоди с високо напрежение, оптимизирани електролити за стабилност и дори изследват натриево-метални аноди (аналогично на литиево-металните батерии) за увеличаване на капацитета. Работи се също така върху хибридни натриево-литиеви батерии и дори твърдотелни натриеви батерии, които биха могли да променят правилата на играта, ако бъдат реализирани sodiumbatteryhub.com. През следващото десетилетие научноизследователската и развойна дейност вероятно ще доведе до постепенни подобрения. Както д-р Менг посочи, реалните внедрявания ще връщат данни обратно в лабораториите и ще ускорят процеса на учене physics.aps.org. Всеки цикъл в мрежова батерия или електромобил дава на инженерите информация за усъвършенстване на технологията.
От гледна точка на веригата за доставки, натриево-йонните батерии изместват търсенето от литий, кобалт и никел, но ще увеличат търсенето на други материали като високочисти натриеви соли, алуминий (натриевите клетки често използват алуминиеви токосъбиратели и на двата електрода, докато литиевите използват мед на анода) и твърд въглерод. Тези вериги за доставки не са ограничение в момента – например производството на натриеви соли и алуминий са в изобилие – но контролът на качеството и постоянните доставки на материали с батерийно качество ще трябва да се увеличат. Компании като Albemarle и Umicore, които доставят съставки за литиеви батерии, може да започнат да предлагат и материали за натриеви батерии. Важно ще бъде да се гарантира устойчивост на ресурсите за всички материали, на които натриево-йонните батерии разчитат (било то ванадий, мед и др., в зависимост от химията). За щастие, много натриево-йонни формулировки се насочват към много разпространени елементи (като катоди от желязо-манган и въглерод), което е добър знак за дългосрочната устойчивост.
Ключовият въпрос е: къде натриево-йонните батерии ще намерят своето място? Повечето експерти предвиждат допълваща роля, а не пълна замяна на литиево-йонните батерии. Вероятно натриево-йонните батерии ще заемат пазарни сегменти, където техните предимства изпъкват – стационарно съхранение, където теглото няма значение, а ниската цена и дългият живот са важни; електромобили от начален клас и малки електромобили, където пробегът е второстепенен спрямо достъпността; и определени потребителски или индустриални ниши, които изискват безопасност и дълъг живот (домашно съхранение, електроинструменти и др.). Литиево-йонните батерии, особено с напреднали химии, ще продължат да доминират при високопроизводителни нужди като луксозни електромобили с голям пробег, авиация и много чувствителна към теглото електроника. Добрата новина е, че пазарът на батерии е толкова огромен и бързо растящ, че дори заемането на ниша може да означава десетки гигаватчаса търсене за натриево-йонните батерии. Например, замяната само на малка част от огромните инсталации за съхранение на енергия в мрежата по света с натриево-йонни батерии може да се превърне в пазар за милиарди долари.
Има и външни фактори, които биха могли да повлияят на развитието на натриево-йонните батерии. Ако цените на лития отново скочат, както през 2022 г., натриево-йонните батерии моментално стават по-икономически привлекателни (проучването Stanford STEER отбелязва, че колебанията в цените на лития са основна мотивация за разглеждане на натрия като алтернатива news.stanford.edu). Обратно, ако литият остане евтин и в изобилие, натрият ще трябва да го надмине по други показатели (безопасност, сигурност на доставките и др.), за да спечели пазарен дял. Политиките и стимулите също могат да играят роля: правителствата биха могли да подкрепят проекти за натриево-йонни батерии като част от стратегия за критични минерали или за насърчаване на внедряването на възобновяеми източници без зависимост от внос. Екологичните регулации също могат да благоприятстват натриево-йонните батерии, ако производството им се окаже по-щадящо към водата и земята (тъй като добивът на литий от саламури е бил обект на критика physics.aps.org).
Едно предизвикателство, което е по-скоро психологическо или пазарно, е простата инерция и консерватизъм. Играчите в индустрията може да се колебаят да преминат към нова химия, докато тя не се докаже, а потребителите може да се нуждаят от обучение (например купувачите на електромобили може да имат нужда от уверение, че автомобил с „натриева батерия“ е толкова надежден, колкото и с литиева). Изграждането на доверие чрез реални данни за производителността е от съществено значение. Първите внедрявания в Китай и другаде ще служат като ключова фаза на валидиране. Ако се представят добре – осигурявайки обещания живот на цикъла, безопасност и икономически ползи – това ще изгради доверие в технологията.
Гледайки напред, общата перспектива за натриево-йонните батерии е изключително оптимистична. Почти всеки анализатор на батерии вече включва натриево-йонните батерии в разговора за бъдещите батерийни миксове. Често посочваният времеви хоризонт е, че в края на 2020-те ще има ускоряване, а до 2030-те натриево-йонните батерии могат да съставляват значителна част от световното производство на батерии (някои оценки варират от 10% до 20% или повече от пазара до 2035 г.). За да се постигне това, ще е необходима продължителна работа по технически подобрения и мащабиране, но инерцията е реална. Както отбелязва Марсел Вайл от KIT в Германия, сред многото алтернативи на лития, „натрият е на преден план“ по отношение на готовността и сходството с настоящите технологии physics.aps.org. Това предимство е очевидно сега, тъй като натриево-йонните батерии преминават от лабораторията към пазара по-бързо от други претенденти като магнезиеви или твърдотелни батерии.
В заключение, натриево-йонните батерии бързо се развиха от историческа бележка до водещ претендент в света на батериите. Те предлагат примамливо предложение: използване на евтина, изобилна сол за захранване на нашите съвременни устройства и превозни средства, намалявайки разходите и облекчавайки напрежението върху ресурсите. Те не са универсално решение – съхранението на енергия вероятно ще включва множество химии – но и не е нужно да бъдат. Като запълват ключови нужди (за по-безопасни, достъпни и устойчиви батерии), натриево-йонната технология може значително да укрепи прехода към чиста енергия. Следващите няколко години ще покажат докъде може да стигне тази „солна батерийна“ революция. Като се имат предвид постигнатите успехи до 2025 г., не се изненадвайте, ако следващата ви домашна батерия или електромобил се движи на натриева вълна. Зората на натриево-йонните батерии настъпва и това може да е тласъкът, от който индустрията се нуждае за по-устойчиво и по-зелено енергийно бъдеще.
Източници: Информацията и цитатите в този доклад са взети от различни публични източници, включително експертни интервюта и анализи в Physics Magazine physics.aps.org, новини от индустрията от Reuters reuters.com и Energy-Storage.news energy-storage.news, както и актуализации от специализирани издания за батерии и фирмени доклади sodiumbatteryhub.com, physics.aps.org, natron.energy. Тези препратки (свързани в текста) предоставят допълнителни подробности за заинтересованите читатели. Технологията на натриево-йонните батерии се развива бързо, така че следенето на надеждни новинарски източници и фирмени съобщения ще осигури най-актуалната информация след август 2025 г.
