Чи планується різке падіння попиту на літій з новими іонно-натрієвими акумуляторами?

Перехід за рамки літій-іонних

Батареї поступово стали ключовим технологічним нововведенням десятиліття, як попередні десятиліття були сформовані підйомом ПК чи Інтернету.

Це пов’язано з тим, що прогрес у технологіях акумуляторних батарей є рушійною силою не тільки революції електромобілів, але й виявився вирішальним обмеженням для озеленення електромережі через переривчастість використання відновлюваних джерел.

Надщільні та/або дешеві батареї також матимуть вирішальне значення для електрифікації та декарбонізації енергоємних секторів економіки, таких як важка промисловість (хімія, металургія, виробництво) і транспорт (вантажівки, кораблі, літаки).

Наразі цього вдалося досягти за допомогою різних літієвих батарей: літій-іонних (літій-нікель-марганцевих NMC і літій-нікель-кобальт-алюмінієвих NCA) або літій-ферум-фосфатних (LFP) батарей. Це була трансформаційна технологія, яка по праву приніс своїм винахідникам Нобелівську премію з хімії 2019 року (історія винаходу літій-іонного акумулятора за посиланням).

До цього часу очікувалося, що ці батареї продовжуватимуть домінувати на ринку акумуляторів завдяки своїй надзвичайно високій щільності енергії.

джерело: S&P Global

Пізніше твердотільні батареї розглядаються як можливий наступний крок, щоб продовжувати підвищувати щільність батарей, а також використовувати багато літію, див.5 найкращих запасів твердотільних акумуляторів, які варто подивитися або купити".

Однак літій — не єдиний іон, який можна використовувати в акумуляторах. Набагато більш багатий і дешевший натрій, основа кухонної солі, також є кандидатом.

Проблема полягає в тому, що натрієво-іонні батареї досі мають нижчу щільність енергії, тому їх відносять до недорогих електромобілів із низьким діапазоном ходу або стаціонарних акумуляторів загального користування.

Це може змінитися завдяки винаходу натрієво-іонних акумуляторів з катодом TAQ. Це була робота дослідників з Массачусетського технологічного інституту та Брукхейвенської національної лабораторії, які опублікували свої результати в журналі Американського хімічного товариства під назвою «Високоенергетичні та потужні натрієво-іонні батареї з шаруватим органічним катодом"¹.

джерело: Прінстонський університет

Катод TAQ

Раніше ми повідомляли про катод TAQ у “Розробка кращої батареї – з Cobalt і з…TAQ?“. TAQ, або біс-тетраамінобензохінон, є шаруватою органічною твердою сполукою.

У цьому дослідженні 2024 року вчені виявили, що TAQ має потенціал не тільки як матеріал для суперконденсаторів, але й перевершує традиційний літієвий катод.

джерело: GreenCarCongress

Вони знайшли, як покращити адгезію TAQ до струмоприймача катода з нержавіючої сталі, підвищивши стабільність нового прототипу катода, що підтверджує концепцію.

Додавши до TAQ матеріали, що містять целюлозу та каучук, вони безпечно досягли понад 2,000 циклів заряду-розряду. Щільність енергії також була вищою, ніж у катодів на основі кобальту, а зарядка тривала менше 6 хвилин.

Ще в 2024 році ми згадували про можливість використання TAQ для іншої хімії акумуляторів:

Також варто зазначити, що органічні катоди обговорювалися і для інших типів батарей, наприклад, для іон алюмінію, іон натрію/калію, цинкабо подвійний іон на основі кальцію батареї. Отже, цілком можливо, що відкриття властивостей TAQ можна застосувати до інших типів батарей, крім літій-іонних.

І саме це зробила дослідницька група, створивши натрієво-іонний акумулятор надвисокої щільності енергії.

Натрієво-іонний акумулятор TAQ

Чому натрій?

Причина, з якої дослідники вибрали натрій для наступного кроку свого дослідження, полягає в тому, наскільки багатий цей матеріал.

«Завжди краще мати диверсифіковане портфоліо для цих матеріалів. Натрій є буквально всюди. Для нас пошук акумуляторів, виготовлених із справді значних ресурсів, таких як органічні речовини та морська вода, є однією з наших найбільших дослідницьких мрій.

Бути на передовій розробки справді стійкого та економічно ефективного натрієвого іонного катода чи батареї – це справді захоплююче».

Мірча Дінка - Рпрофесор хімії в MIT.

Існує також бізнес-обґрунтування, оскільки це дослідження, а також початкове дослідження TAQ у 2024 році було профінансовано Automobili Lamborghini SpA. Дешевші матеріали та технологія акумуляторів, які не залежать від ланцюга поставок, у якому домінує Китай, можуть стати рятівником для європейської автомобільної промисловості, яка дещо бореться, яка відстає, коли справа доходить до електрифікації.

Адаптація катода TAQ до натрієвих батарей

Щоб змусити його працювати з натрієм, дослідникам довелося модифікувати свій дизайн відповідно до вимог іонно-натрієвих батарей.

Одним із завдань було створити однорідний електрод, що містить як TAQ, так і вуглець.

«Вибраний нами сполучний матеріал, вуглецеві нанотрубки, полегшує змішування кристалітів TAQ і частинок сажі, що призводить до отримання однорідного електрода. Вуглецеві нанотрубки щільно обертаються навколо кристалітів TAQ і з’єднують їх між собою.

Обидва ці фактори сприяють транспорту електронів в об’ємі електрода, забезпечуючи майже 100% використання активного матеріалу, що призводить до майже теоретичної максимальної ємності».

Доктор Тяньян Чен – науковий співробітник MIT

джерело: Прінстонський університет

Висока продуктивність

Ця надзвичайно висока ємність, досягнута на прототипі, може швидко перетворитися на дуже ефективні батареї, особливо щодо часу зарядки, регулярних обмежень електромобілів та скарг споживачів.

«Використання вуглецевих нанотрубок значно покращує продуктивність батареї, що означає, що батарея може накопичувати таку саму кількість енергії за набагато коротший час заряджання або може зберігати набагато більше енергії за той самий час заряджання».

Доктор Тяньян Чен – науковий співробітник MIT

Це було досягнуто, зберігаючи переваги TAQ, а саме стійкість до повітря та вологи, тривалий термін служби, здатність витримувати високі температури та екологічну стійкість.

Кінцевим продуктом була щільність енергії катода 472 Вт·год/кг електрода при зарядці/розрядці за 90 с і максимальна питома потужність 31.6 кВт/кг електрода.

Для довідки, це дещо близько до щільності комерційних шаруватих катодів на основі Ni/Co (~740 Вт·год/кг катода) згадується в науковій публікації 2024 року.

Майбутній розвиток і комерційний потенціал

Загалом, цілком імовірно, що високоякісні літій-іонні, а згодом і твердотільні батареї продовжуватимуть контролювати ринок високоякісних електромобілів.

Однак для більш чутливих до ціни сегментів, таких як електромобілі низького та середнього класу, комерційні вантажівки, складські приміщення тощо, ймовірно, важливішими будуть інші фактори, як-от загальна вартість, доступність ресурсів, довговічність тощо.

Це може обмежити попит на літій, оскільки натрій стає життєздатною альтернативою завдяки інноваційним катодним матеріалам, таким як TAQ.

Інші вдосконалення також можуть сприяти, наприклад, повне скасування потреби в аноді (іншому кінці батареї), як ми обговорювали в липні 2024 року в «Безанодні натрієві твердотільні батареї можуть зменшити залежність від «літієвого трикутника»"."

джерело: Чиказький університет

Це ще не перевірено, і, ймовірно, потребуватиме певних попрацювань, але ми можемо легко уявити в довгостроковій перспективі, що більшість електромобілів і комерційних вантажівок не потребуватимуть величезних акумуляторів із запасом ходу 1,000-2,000 миль, використовуючи найкращу твердотільну літієву батарею.

Натомість майбутньої натрієвої батареї без аноду з TAQ-катодом, можливо, твердотільної, можливо, іонно-натрієвої, буде достатньо, щоб досягти 400-600 миль ємності за кращою ціною.

Окрім інновацій у хімії, структурний дизайн також може покращити батареї, наприклад стільникова структура, яка використовується в батареї «конденсованого стану» від CATL, найбільший виробник акумуляторів у світі. Можливо, така ідея також може бути застосована до натрієво-іонних батарей. (додаткову інформацію див. у розділі «CATL (300750.SZ): Батарея Джаггернаут»).

Інвестиції в передові акумуляторні технології

Батареї знаходяться в центрі тенденції електрифікації, яка сама по собі є великою багатотрильйонною роботою, спрямованою на вилучення викопного палива з наших джерел енергії.

Ви можете інвестувати в компанії, пов’язані з акумуляторами, через багатьох брокерів, і ви можете знайти тут, на цінні папери.io, наші рекомендації для найкращих брокерів у США, Канада, Австралія, Великобританія, а також багато інших країн.

Якщо ви не зацікавлені у виборі конкретних компаній, що займаються виробництвом акумуляторів, ви також можете ознайомитися з такими ETF акумуляторів Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X's Lithium & Battery Tech ETF (LIT), Або WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, що забезпечить більш диверсифіковану експозицію для отримання прибутку від зростаючої індустрії акумуляторів.

Organic Cathode Company

Volkswagen AG

Дослідження Пр. Mircea Dincă на катоді TAQ, як у 2024 (літій-іонний), так і в 2025 (іонно-натрійний) фінансувався Automobili Lamborghini SpA, дочірньою компанією Audi, яка сама належить Volkswagen Group.

Подано патентну заявку на технологію органічного катода.

Німецький автовиробник є другим за величиною виробником автомобілів у світі, поступаючись лише Toyota. Деякий час компанія відставала в технологіях електромобілів, але з тих пір наполегливо працювала, щоб наздогнати згаяне, зокрема, з серією автомобілів ID та кількома гібридними моделями.

Джерело: Volkswagen

Співпраця з дослідниками Массачусетського технологічного інституту є лише однією з багатьох інших партнерств щодо електромобілів, зокрема:

• Інвестиції в 700 мільйонів доларів США в китайський Xpeng для збільшення продажів електромобілів у Китаї.
• Партнерство з китайською SAIC Motor для постачання платформ електромобілів для Volkswagen.
• Партнерство з Jetta Motor для придбання технології електромобілів.
• Партнерство на 492 мільйони доларів з Magna, щоб відродити культовий бренд Scout як EV

Автомобілі Scout – Джерело: Volkswagen

З його амбітними планами щодо електромобілів і доступом до передових технологій електромобілів від провідних китайських компаній Volkswagen має хорошу позицію, щоб розглянути запатентовану технологію органічних катодів Массачусетського технологічного інституту та працювати над її масштабним розгортанням у своїх майбутніх електромобілях.

Може, однак, тим часом подивитися спочатку зосередитися на гібридах і тримати автомобілі з ДВС довше, ніж спочатку планувалося, щоб «зберегти гнучкість».

Ви можете прочитати більше про Volkswagen та його стратегію щодо електромобілів, зокрема про вирішення проблем із програмним забезпеченням завдяки угоді з Rivian, а також про уніфікацію архітектури електромобілів у межах групи Volkswagen та її брендів у розділі «Volkswagen закриває німецький завод? Що буде далі для проблемного автовиробника?".

Посилання на дослідження:

^{1. Чен, Т., Ван, Дж., Тан, Б., Чжан, К. Дж., Банда, Х., Чжан, Ю., Кім, Д.-Х., і Дінка, М. (2025). Високоенергетичні, потужні натрієво-іонні батареї з шаруватим органічним катодом. Журнал Американського хімічного товариства, 147(7), 6181-6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}