Натрий-ионные аккумуляторы — новое слово в энергетике. Завести автомобиль, запасти энергию от солнечных панелей и стабилизировать работу электросетей — широкие возможности новой технологии дополняются ее сильными сторонами: экономичностью, повышенной экологичностью, морозостойкостью. Сейчас над созданием натрий-ионных аккумуляторов трудится команда исследователей из Сколковского института науки и технологий, выигравшая в 2025 г. грант Российского научного фонда памяти академика Е.П. Велихова. Как в лабораториях Сколтеха зарождается отечественная индустрия натрий-ионных аккумуляторов? Насколько дешевле будет запасать энергию в новых накопителях? Почему натрий-ионные аккумуляторы проще перерабатывать? Можно ли полностью заменить ими привычные для нас литий-ионные аккумуляторы? Об этом и многом другом в интервью «Научной России» рассказал заместитель директора Центра энергетических технологий Сколтеха Станислав Сергеевич Федотов.
Станислав Сергеевич Федотов — заместитель директора Центра энергетических технологий Сколтеха, заведующий лабораторией, доцент, кандидат химических наук. Эксперт и руководитель проектов Российского научного фонда. Лауреат престижных международных и российских премий, включая премию правительства Москвы молодым ученым (2020), премию им. проф. Ю.Т. Стручкова (2017), премию Международного центра по дифракционным данным (Ludo Frevel ICDD award, 2016) и др. Научные интересы — создание новых электродных материалов и электролитов для металл-ионных аккумуляторов.
— Как устроены натрий-ионные аккумуляторы? Как можно вкратце описать механизм их работы?
— Натрий-ионный аккумулятор, так же как литий-ионный и свинцово-кислотный аккумуляторы, — это химический источник тока. Он работает за счет электрохимической реакции — у каждого типа аккумуляторов она своя, специфичная.
В любом химическом источнике тока есть три важнейших компонента: катод, анод и электролит. В катоде и в аноде запасается заряд. При заряде аккумулятора из катода в анод переходит так называемый подвижный ион. В случае с натрий-ионным аккумулятором это ион натрия. Одновременно по внешней цепи движется электрон. Собственно, принцип работы любого аккумулятора, в том числе натрий-ионного, основан на разделении типов зарядов: один заряд работает внутри аккумулятора (ион), а второй (электрон) совершает полезную работу вне аккумулятора, в электрической цепи.
Помимо трех ключевых компонентов, в аккумуляторе есть вспомогательные составляющие. Очевидно, что электролит не может висеть в воздухе, — как правило, это жидкая субстанция, которая герметично изолируется внутри корпуса. В повседневной жизни мы видим и приобретаем аккумуляторы различного типоразмера, или форм-фактора. Один из примеров — цилиндрический форм-фактор: то, что в быту называют пальчиковыми аккумуляторами. Они бывают не только маленьких, но и средних и очень больших размеров. Существуют призматические аккумуляторы с корпусом в форме параллелепипеда или призмы. Бывают аккумуляторы в паучах — упаковках из мягкого пластика, которые хорошо знакомы тем, у кого есть дети или животные: в них в том числе продаются детское питание и корм. Внутри пауча можно разместить и натрий-ионный аккумулятор.
Замдиректора Центра энергетических технологий Сколтеха Станислав Сергеевич Федотов — руководитель проекта по гранту РНФ памяти ак. Е.П. Велихова, посвященного разработке натрий-ионных аккумуляторов.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
— Натрий-ионные аккумуляторы обладают рядом преимуществ, например, они более экологичные и более безопасные. Расскажите подробнее о выгодных чертах натрий-ионных аккумуляторов.
— Когда мы сравниваем аккумуляторы разных типов, в первую очередь рассматривается то, как устроена их химия. Когда речь идет о натрий-ионном аккумуляторе, первое очевидное изменение, которое приходит на ум, — это переход от лития к натрию. И он не так прост, как кажется, потому что влечет за собой еще несколько других переходов с точки зрения элементного состава. Например, ключевые элементы в литий-ионном аккумуляторе — это никель и кобальт. В то же время в натрий-ионном аккумуляторе совсем нет кобальта, а доля никеля в два-три раза меньше.
Что дает этот комплексный переход? Для индустрии он в первую очередь позволяет снизить стоимость аккумулятора. Ключевые ценообразующие компоненты литий-ионного аккумулятора — это как раз необходимые химические элементы в его составе, которые очень востребованы в различных сферах и дорого стоят. Прежде всего, это сам литий. В натрий-ионных аккумуляторах он замещается на натрий, который дешевле лития более чем в 20 раз. На уменьшение стоимости также влияет снижение доли никеля. Большое значение имеет полное исключение кобальта, поскольку он не только очень дорогой, но и крайне токсичный. Если говорить о повышении экологичности, то в случае с натрий-ионным аккумулятором она сразу возрастает просто за счет отказа от кобальта. Это очень важный момент. Добавлю, что, помимо уже упомянутых элементов, в активных компонентах как литий-ионных, так и натрий-ионных аккумуляторов также содержатся марганец и железо.
Еще одно примечательное отличие касается токосъемников. В натрий-ионном аккумуляторе оба токосъемника (анодный и катодный) производятся из алюминия, а в литий-ионном анодный токосъемник обязательно медный. Это тоже влияет на цену, поскольку алюминий значительно дешевле меди. Кроме того, этот металл выгоден тем, что легче меди.
Прототипы натрий-ионных аккумуляторов в мягком корпусе (пауче) размером 50x50 мм.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Получается, что комплексный переход от литий-ионной к натрий-ионной химии дает возможность упростить всю систему. В том числе это касается утилизации: когда элементов в составе аккумулятора меньше и они стоят дешевле, процесс переработки изделия становится проще. Можно извлекать из аккумулятора не все элементы, чем-то можно пренебречь. Сейчас из отработавших натрий-ионных аккумуляторов, как правило, извлекают ценные никель и марганец. Помимо этого, в них содержится железо, но это дешевый металл, занимающий второе по распространенности место в земной коре после алюминия, поэтому вопросом его извлечения пока не озадачиваются. Таким образом, перечисленные изменения в составе аккумуляторов упрощают процедуру их переработки и, соответственно, удешевляют ее. Кроме того, за счет исключения токсичных компонентов, таких как кобальт, вероятно, натрий-ионные аккумуляторы можно будет перерабатывать не сразу, а безопасно накапливать до достижения определенного объема, и тогда их переработка будет экономически обоснована.
— Почему натрий-ионными аккумуляторами нельзя полностью заменить «классические» литий-ионные?
— Здесь нам нужно снова вернуться к химии, поскольку именно она в конечном итоге определяет свойства как натрий-ионных, так и литий-ионных аккумуляторов. Если объяснять простым языком, речь идет о том, насколько много энергии аккумулятор может впитать, а затем отдать. Кроме того, важен ресурс аккумулятора: количество циклов и время, в течение которого он сохраняет свою емкость или допускает ее незначительные потери. Если оценивать все аккумуляторы по этим характеристикам, у каждого вида будут свои плюсы и минусы. Например, один будет более энергоемким, то есть вмещать больше заряда, другой окажется более ресурсным — проработает больше циклов и сможет дольше подпитывать устройство без замены.
Сегодня натрий-ионные аккумуляторы догоняют литий-ионные по ресурсу, но существенно отстают по параметру энергоемкости. Соответственно, в случаях, когда на малый объем аккумулятора должно приходиться значительное количество энергии — в первую очередь, это касается портативных устройств, таких как сотовые телефоны, — будет очень сложно «вытолкнуть» литий-ионные аккумуляторы, поскольку сейчас они самые энергоемкие. Но если говорить о применениях аккумуляторов в устройствах, которые не отягощают наш карман своим весом, а, скажем, размещаются на железобетонных перекрытиях или стоят на земле, то здесь вопрос энергоемкости отходит на второй план. Один из примеров — стационарный аккумулятор системы накопления электроэнергии (СНЭЭ). В этих случаях на первый план выходят цена и ресурс, и решающую роль играет именно первое. И, как я уже сказал, стоимость натрий-ионного аккумулятора формируется за счет более дешевых компонентов.
— Получается, что здесь натрий-ионные аккумуляторы как раз выигрывают?
— Пока еще нет, поскольку объем их производства ничтожно мал. Экономика привыкла работать с большими значениями и проводить сравнения на больших числах. Но когда мощности производства натрий-ионных аккумуляторов станут паритетными литий-ионным аккумуляторам, проявит себя разница в себестоимости компонентов, реагентов и других исходных материалов. И стоимость запасания энергии в натрий-ионных аккумуляторах окажется существенно ниже. По разным оценкам, снижение стоимости киловатт-часа при использовании этой технологии может составить от 10–15% до 50%. Конечно, на нее также будет влиять рыночная конъюнктура: конкретные обстоятельства, логистика, места производства. Но в среднем сегодня дается, на мой взгляд, справедливый прогноз на уровне 20–30%. Полагаю, что на горизонте пяти-семи лет натрий-ионные аккумуляторы выиграют в обсуждаемой области. В то же время очень многое будет зависеть именно от объема производства, поскольку то, что изготавливается в небольшом количестве, всегда стоит крайне дорого. И цена в этом случае формируется не рыночными условиями, а уникальностью. Соответственно, когда объемы производства литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов сравняются, вторые, конечно, начнут выигрывать просто за счет более доступных ресурсов.
«В случае с натрий-ионным аккумулятором экологичность сразу возрастает просто за счет отказа от кобальта», — подчеркивает С.С. Федотов.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
— Расскажите о работе вашей команды при поддержке гранта Российского научного фонда памяти Е.П. Велихова. Создание натрий-ионных аккумуляторов началось непосредственно в рамках этого проекта или у вашей команды уже были наработки в данной сфере?
— Грант как раз посвящен разработке технологий натрий-ионного аккумулятора. Это комплексный проект, охватывающий создание материалов для трех ключевых активных компонентов аккумулятора: катода, анода и электролита.
Конечно, мы начали работу по этому гранту не на пустом месте. У нас в Сколтехе накоплен большой научный задел: ранее мы успешно выполнили ряд проектов по грантам РНФ для малых исследовательских групп, по президентским грантам, а также несколько проектов совместно с индустриальными партнерами. Исследования велись в широком формате, и мы вели разработку не только натрий-ионных, но и литий-ионных и даже калий-ионных аккумуляторов. Все это позволило нам накопить необходимые научные компетенции и вплотную подойти к вопросам, связанным с практической реализацией технологии.
Надо сказать, что процесс масштабирования разработки довольно долгий. Путь от лабораторной методики до промышленной технологии включает ряд этапов, существует даже девятибалльная шкала уровня готовности технологии (УГТ). Еще до текущего проекта мы уже были на уровне УГТ-2–УГТ-3. И, собственно, эту работу мы начали сразу с третьего уровня готовности технологии.
Стоит также отдельно отметить, что по литий-ионным аккумуляторам в Сколтехе уже пройден гораздо больший путь, практически до уровня УГТ-9. И это тоже служит нам некоторым подспорьем, поскольку дает понимание различных процессов, и мы рассматриваем возможность их переноса на натрий-ионную технологию.
Таким образом, мы приступили к этому проекту с серьезным заделом. При этом, повторюсь, это комплексная работа. С одной стороны, проект включает научную часть: понятно, что мы должны развивать существующий задел и продолжать накапливать фундаментальные знания. С другой стороны, эти фундаментальные знания в дальнейшем должны транслироваться в практику и помогать масштабировать технологию. Мы поставили перед собой цель достичь УГТ-7, то есть в результате работы мы должны прийти к решению о создании опытного производства всех компонентов аккумулятора. Начальное количество изготавливаемых материалов должно составить от 500 кг в год, дальнейшее расширение производства будет зависеть от решения нашего индустриального партнера. Кроме того, в дополнение к трем ключевым компонентам мы планируем создать саму ячейку натрий-ионного аккумулятора, которая должна «поженить» все три компонента и успешно заработать.
Реактор соосаждения для синтеза прекурсоров катодных материалов.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Мы поставили перед собой довольно амбициозные цели, в том числе с точки зрения характеристик создаваемого аккумулятора, и сейчас прилагаем очень много усилий к их достижению. Конечно, это небыстрый процесс, поскольку он требует не только отдельной отработки технологии по каждому компоненту, но и, что самое главное, эффективной связки всех составляющих. Все должно работать синхронно: катод должен отдавать заряд, электролит — проводить, а анод — принимать его. Нужно, чтобы они не мешали друг другу: нельзя, чтобы в системе возникали побочные процессы и образовывались лишние соединения, препятствующие нормальной работе аккумулятора. Чтобы добиться этого, необходимо проводить научные исследования. А в дальнейшем при масштабировании производства потребуется инженерная работа, связанная с отладкой отдельных этапов и процессов технологии уже в больших реакторах (если речь идет о синтезе материалов) или на больших ячейках (если мы говорим о самом аккумуляторе).
— Примечательно, что ваш проект в рамках гранта в первую очередь ориентирован на Красноярский край. В чем это проявляется и почему был сделан именно такой выбор?
— Красноярский край — инициатор этого проекта. Руководство региона технологически ориентировано, при этом оно понимает, что инновационные разработки должны быть локализованы — другими словами, новые технологии должны выстраиваться на правильном фоне. В этом отношении Красноярский край по-настоящему богат, и дело не в финансах, а прежде всего в ресурсах. Регион протянулся с севера на юг страны, и в нем есть практически все. Во-первых, Красноярский край — фабрика электроэнергии. Во-вторых, здесь в большом количестве добываются химические элементы, необходимые для создания натрий-ионных аккумуляторов. В-третьих, как я уже сказал, руководство этого региона понимает необходимость развития технологий. И, конечно, самое важное: в Красноярском крае находится квалифицированный заказчик проекта — наш индустриальный партнер, на базе которого в дальнейшем будет масштабироваться разработка. Образно говоря, мозаика сложилась.
Далее: когда был организован конкурс на получение гранта, мы подали заявку от Сколтеха как от организации, готовой выполнить проект и создать технологическую карту для локализации производства. И она победила. При подаче заявки мы собрали команду, и сейчас она ведет работу над проектом. Исследования идут по четырем направлениям: три связаны с активными материалами, одно — с объединением всех активных компонентов в единую систему.
Подобные ячейки монеточного типа используются учеными для первичных электрохимических исследований.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Мы находимся в тесном контакте с руководством Красноярского края, которое пытается преобразовать текущую работу в нечто большее. Понятно, что один проект не позволит закрыть все актуальные потребности. Он выступает в роли своеобразной основы, вокруг которой нужно выстраивать дополнительные сателлитные проекты, посвященные более глубокому погружению в детали технологии: отдельные этапы создания ячейки, материалов и, может быть, даже различных вспомогательных компонентов, которые в настоящий момент все поставляются из Китая. То есть на текущем этапе проекта не только ведутся фундаментальные научные исследования и появляются первые зачатки промышленной технологии, но и, если можно так выразиться, формируется концепция будущей отрасли. Далее возникает вопрос вложения ресурсов, в том числе финансовых, в развивающуюся индустрию. И Красноярский край также располагает для этого рядом инструментов. Сейчас мы уже готовим к подаче заявки на реализацию упомянутых мной сателлитных проектов.
Таким образом, текущий проект был инициирован как стартовая точка. Далее отрасль должна разрастаться, и мы планируем в этом активно участвовать.
— В каких областях востребованы натрий-ионные аккумуляторы и какие из этих сфер в первую очередь рассматривает ваша команда для внедрения ваших разработок?
— Есть уже довольно давнее убеждение, что натрий-ионный аккумулятор — убийца свинцово-кислотных аккумуляторов. Как бы фатально это ни звучало, это действительно так. Свинцово-кислотные аккумуляторы особенно хорошо знакомы автомобилистам — они используются в качестве стартерных аккумуляторов, позволяющих машине завестись, включить свет. Помимо этого, свинцово-кислотные аккумуляторы используются в системах накопления энергии, а также в качестве тяговых аккумуляторов в вилочных погрузчиках. Именно этот тип аккумулятора сейчас во всем мире замещается на натрий-ионный. Например, мы недавно были на очень интересной крупной аккумуляторной выставке в Китае. И, возможно, дело в профессиональной деформации, но первое, что я увидел, войдя в один из 12 гигантских павильонов, — стенд со стартерными аккумуляторами, на которых написано «Натрий».
Итак, одно из перспективных применений натрий-ионной технологии — стартерные аккумуляторы. Почему? Дело в том, что натрий-ионный аккумулятор за счет своей химии, связанной со спецификой элементного состава, может эффективнее работать при низких температурах. И эта характеристика очень тесно связана с мощностью: если аккумулятор хорошо работает на холоде, значит, при средних температурах он будет показывать более высокую мощность, и наоборот. Так вот, с одной стороны, важно, чтобы автомобиль можно было завести как при −40 °C, так и при комнатной температуре или, например, в 30-градусную жару. С другой стороны, для стартерного аккумулятора имеет большое значение высокая мощность, которой не так просто добиться. И натрий-ионный аккумулятор как раз может выдавать в единицу времени очень большое количество энергии, достаточное для того, чтобы завести автомобиль. Или, может быть, даже электромобиль — ведь в нем есть не только тяговый аккумулятор, отвечающий за движение машины, но и отдельный стартерный аккумулятор. Хотя он не раскручивает стартер и не запускает двигатель внутреннего сгорания, как в классическом автомобиле, но выполняет похожие базовые функции, связанные с запуском системы и освещением. И у стартерного аккумулятора электромобиля тоже должна быть очень высокая мощность, чтобы он выдавал достаточный стартовый ток.
Доцент Сколтеха С.С.Федотов о работе над проектом: «Не бывает такого, чтобы не было сложностей, — важно правильно их трактовать и оценивать. И мы называем это не сложностями, а задачами».
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Второе применение натрий-ионного аккумулятора мы уже частично затронули. Это стационарные устройства — те, что устанавливаются неподвижно и запасают энергию для различных целей. Один из вариантов — сглаживание пиков потребления и генерации в системах электроснабжения. Днем мы реже включаем свет и потребляем меньше электричества, а вечером освещение включается повсеместно и расход энергии сразу возрастает. Получается, что пик потребления электроэнергии приходится примерно на середину вечернего времени. И хотя устройство электросетей это предусматривает, они все равно не всегда могут реагировать на это адекватно. Поэтому нередко к электросетям, в том числе малым (например, в удаленных поселках), подключают специальный аккумулятор, который в пики избыточного потребления электроэнергии отдает в сеть дополнительную энергию. А рано утром, днем или ночью, когда электроэнергия продолжает генерироваться (допустим, местной гидроэлектростанцией), но не потребляется в достаточной степени, такое устройство помогает аккумулировать эту избыточную генерацию. Таким образом, подобные аккумуляторы балансируют процесс потребления энергии и стабилизируют работу электросети. Это также дает возможность экономить даже с точки зрения отдельного домохозяйства: ночью киловатт-час электроэнергии может стоить в два-три раза меньше, чем днем (при многотарифной системе оплаты. — Примеч. корр.). Соответственно, мы можем приобрести стационарный аккумулятор, заряжать его ночью, а днем разряжать для различных нужд, и со временем, когда его стоимость окупится, выигрывать в цене при оплате электроэнергии.
Есть еще более продвинутый вариант, если вы живете в частном доме в регионе, где достаточно солнечного света. Например, в Москве мало солнца, а вот мой родной Омск — довольно солнечный город, как Сочи. Причем солнечная активность очень высокая даже зимой. Пушкинские «мороз и солнце» — это в том числе как раз о сибирских городах: Омске, Красноярске. Если оснастить дом в таком регионе солнечной панелью, то за счет ее генерации можно дополнительно запитывать стационарный аккумулятор и затем расходовать накопленную энергию в темное время суток. И в случае со стационарными применениями натрий-ионный аккумулятор как раз может выиграть за счет ценового фактора.
— Какие результаты уже получены на текущий момент в рамках проекта и что планируется реализовать в ближайшей перспективе?
— Этот проект рассчитан на пять лет, точнее, на пять этапов. Мы приступили к работе в сентябре прошлого года, и первый этап проекта завершился 15 декабря. За этот короткий срок мы, по сути, сделали то, что должны были реализовать за первый год.
Мы старались, и работа получилась очень емкой. На первом этапе мы определились с тонкостями химии натрий-ионного аккумулятора. Что это значит? Мы отобрали перспективные классы составов катодного материала, анодного материала и электролита, с которыми будем работать вплотную в дальнейшем. Это очень ответственный и важный этап, на котором закладывается фундамент технологии. Конечно, на дальнейших стадиях разработки что-то можно будет модифицировать, но изменить саму базу будет сложно. Поэтому мы как раз заострили внимание на материалах для ключевых активных компонентов: «сузили воронку», вышли на необходимые элементные составы и морфологию.
Электрохимические тестеры для измерения параметров ячеек монеточного типа.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Теперь мы продолжаем работать с материалами для катода, анода и электролита аккумулятора. Мы запустили процесс масштабирования технологии выше лабораторного уровня. Ключевая цель второго года проекта — выйти на сотни граммов производимых материалов. Это позволит делать намазки (так называется часть процесса изготовления электродов) на полупромышленном оборудовании и в дальнейшем собирать на полученных электродах прототипы аккумулятора. То есть это тоже очень важный этап, позволяющий прийти к воспроизводимому получению материалов и тестировать их в условиях, приближенных к рабочим, уже не в ячейках монеточного типа (как это происходит сейчас в лабораториях), а в тех самых паучах, которые планируется использовать при реализации технологии на практике. Этим мы сейчас и занимаемся.
Текущий этап работы не только ответственный, но и весьма наукоемкий, поскольку масштабирование технологии требует решения ряда задач. С одной стороны, они могут быть химического характера — например, отработать растворные равновесия, подобрать концентрации веществ при синтезе материалов, определить наиболее эффективные пропорции элементов для достижения синергии. С другой стороны, возникают и инженерные вопросы: допустим, какой должен быть на разных этапах производства материал реактора, чтобы он не корродировал при контакте с реакционной смесью, в которой синтезируется материал. Другая важная задача из этой области — подбор температурных режимов, потому что один из ключевых этапов получения наших материалов — высокотемпературный отжиг. Например, для катодных материалов температура отжига составляет порядка 800 °C, для углеродных анодов — выше 1300 °C и т.д. Мы сейчас проводим очень интенсивную оптимизацию, охватывающую широкий спектр параметров. Это включает не только температуру, но и временны́е режимы и стартовые условия для различных материалов, потому что под каждый химический состав нужно подбирать свои параметры. Таким образом, второй год нашей работы связан с вопросами оптимизации, масштабирования технологии и совершенствования свойств материалов. Результаты этого этапа позволят нам перейти непосредственно к созданию ячеек.
Намазочная машина, используемая для приготовления электродных лент.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
— В конце 2025 г. вы участвовали во встрече молодых ученых с президентом России и упомянули запатентованную вами технологию переработки материалов, из которых изготавливаются натрий-ионные аккумуляторы. Расскажите об этом немного подробнее. Технология полностью уникальна или, возможно, нечто подобное используется за рубежом?
— Эта технология уникальна. Она относится не совсем к тому классу материалов, с которыми мы работаем в рамках текущего проекта. Но повторю, что аккумуляторы, созданием которых мы занимаемся сейчас, в принципе перерабатываются существенно проще, чем литий-ионные аналоги: нужно извлекать меньше компонентов, при этом они значительно менее токсичные.
Патент, о котором идет речь, связан с переработкой ванадий- и титансодержащих катодных и анодных материалов. Я бы не сказал, что мы совершили открытие, — технология основана на классической реакции с участием ванадия, известной еще из школьного курса химии. И для нас было удивлением обнаружить, что ее никто не использовал. Если описывать вкратце, процесс выглядит так: аккумулятор заливается безопасным раствором, в результате чего катодный и анодный материалы растворяются внутри корпуса, переходят в жидкую фазу и извлекаются из аккумулятора. В дальнейшем материалы можно восстановить из раствора. То есть аккумулятор не нужно сжигать и даже досконально разбирать — только вскрыть и залить специальным составом. И если в аккумуляторе есть ванадий или титан, эта технология сработает. Но и ванадий, и титан — дорогие элементы, поэтому они используются в натрий-ионных аккумуляторах в рамках научных исследований, а с точки зрения практического применения на них смотрят с опаской. Дело не только в ценовом факторе, но и в токсичных свойствах ванадия. Это отчасти справедливо, отчасти нет. Но если бы промышленная переработка аккумуляторов была реализована по описанному сценарию, то извлечение ванадия было бы близко к 100% и, соответственно, он бы не загрязнял окружающую среду, что позволило бы с ним работать.
Мы оформили этот патент в первую очередь в качестве своеобразного защитного актива. Если однажды кто-то решится организовать производство ванадиевых катодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов, то наша разработка окажется как нельзя кстати, и она обеспечит стопроцентную или близкую к этому переработку таких аккумуляторов.
С.С. Федотов и ключевые исполнители проекта — старший научный сотрудник, кандидат химических наук Анатолий Сергеевич Волков (в центре) и научный сотрудник, PhD Илья Владимирович Тертов (справа).
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
— Работаете ли вы над другими проектами по переработке материалов для натрий-ионных аккумуляторов или пока этот патент единственный?
— В настоящее время у нас нет прямого запроса на такие исследования. Конечно, мы обсуждаем эти детали между собой, но чтобы предметно перейти к этой работе, нужно, чтобы она была востребована. Я говорил о сателлитных проектах; в принципе, один из них можно будет посвятить переработке натрий-ионных аккумуляторов. Но для этого нужно, чтобы их количество достигло критической массы. То есть такой проект будет разумно запускать, когда отработавших аккумуляторов станет настолько много, что их уже будет сложно просто складировать и потребуется переходить к конкретным действиям по переработке.
Помимо этого, важно помнить, что рециклинг — это многоступенчатый процесс. Например, можно глубоко перерабатывать изделия с полным разбором и извлечением отдельных химических элементов. А можно попытаться дать аккумуляторам вторую жизнь, потому что, например, в батарее аккумуляторов свой ресурс зачастую вырабатывают не все ячейки. Таким образом, можно извлечь отдельные ячейки, сохранившие пригодность к работе, и собрать из них новую батарею.
— Есть ли какие-либо сложности, связанные с разработкой натрий-ионных аккумуляторов? Если да, как ваша команда их преодолевает?
— Вы, наверное, понимаете, что на данный вопрос невозможно ответить «нет». Не бывает такого, чтобы не было сложностей, — важно правильно их трактовать и оценивать. И мы называем это не сложностями, а задачами. Их возникает очень много: когда развивается новая технология, это неизбежно. Часть задач требуют времени и умственных ресурсов, часть — банальных финансовых расходов. Конечно, наш проект сопряжен с огромным количеством задач по всем четырем направлениям, но все они так или иначе решаются.
Натрий-ионные аккумуляторы: мировая арена
Сейчас на мировом уровне флагманские позиции в разработке натрий-ионных аккумуляторов занимает Китай. Интересно, что первопроходцами в этой сфере были Франция и Великобритания, но ученые и инженеры Поднебесной смогли буквально за несколько лет вырваться вперед и развить соответствующую индустрию. Один из важнейших факторов технологического прорыва — крупные вложения в отрасль: например, ключевой китайский производитель аккумуляторов CATL только за десять лет инвестировал в R&D (англ. research and development, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) по натрий-ионным аккумуляторам около 10 млрд юаней — в среднем по 1 млрд в год. Китай рассматривает натрий-ионные аккумуляторы как ценную альтернативу другим источникам тока в случае нехватки критически важных ресурсов, таких как кобальт, никель или литий, — например, в Китае, в отличие от России, нет богатых литиевых месторождений. Сегодня Китай уже производит натрий-ионные аккумуляторы в промышленных масштабах и оперирует сотнями и тысячами тонн необходимых материалов. Но с глобальной точки зрения это все еще капля в море: если совокупная емкость металл-ионных аккумуляторов, производимых в мире, измеряется тераватт-часами, то индустрия натрий-ионных аккумуляторов в Китае пока находится на два-три порядка ниже — на уровне десятков гигаватт-часов.
Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ




























