1. Учёные University of Surrey удвоили ёмкость натрий-ионных батарей, оставив воду в материале катода вместо её удаления — результат превзошёл все ожидания
2. Технология работает даже в солёной морской воде, попутно опресняя её — двойное применение для энергохранения и водоснабжения
3. Натрий-ионные батареи становятся реальной альтернативой литий-ионным: дешевле, безопаснее, доступнее сырьё — без зависимости от геополитических рисков
Исследователи University of Surrey совершили неожиданный научный прорыв: вместо традиционного удаления воды из катодного материала натрий-ванадиевого оксида они оставили её внутри — и получили батарею с удвоенной ёмкостью. Результаты, опубликованные 20 октября 2025 года в Journal of Materials Chemistry A, могут радикально изменить подход к производству устойчивых систем энергохранения и даже обеспечить попутное опреснение морской воды.
Неожиданное открытие: вода как катализатор производительности
Десятилетиями инженеры считали, что вода в структуре натрий-ванадиевого оксида снижает эффективность батареи, поэтому материал подвергали термообработке для её удаления. Команда под руководством доктора Даниэля Коммандёра (Dr. Daniel Commandeur) из School of Chemistry and Chemical Engineering решила проверить эту аксиому — и обнаружила обратное.
Наноструктурированный натрий-ванадат гидрат (NVOH) с сохранённой водой продемонстрировал почти двукратное увеличение ёмкости по сравнению с типичными натрий-ионными материалами — один из лучших показателей среди известных катодов. Батарея сохраняла стабильность свыше 400 циклов зарядки-разрядки, заряжалась значительно быстрее и показала устойчивость в экстремальных условиях.
«Наши результаты оказались совершенно неожиданными. Натрий-ванадиевый оксид используется годами, и люди обычно нагревают его, чтобы удалить воду, считая, что она вызывает проблемы. Мы решили проверить это предположение, и результат превзошёл все ожидания»— Доктор Даниэль Коммандёр, University of Surrey
Морская вода как электролит: энергия и опреснение в одном устройстве
Самым неожиданным открытием стало поведение материала в солёной воде — одной из самых агрессивных сред для батарей. NVOH не только сохранил работоспособность, но и активно участвовал в процессе электрохимического опреснения: катод извлекал ионы натрия из раствора, в то время как графитовый электрод удалял ионы хлорида.
Это открывает возможность создания систем двойного назначения: батарея использует морскую воду в качестве полностью безопасного, бесплатного и практически неисчерпаемого электролита, одновременно производя пресную воду. Для регионов с дефицитом водных ресурсов такая технология может стать прорывом — сочетая энергохранение с производством питьевой воды.
Сравнение технологий: натрий против лития
| Параметр | Натрий-ионные | Литий-ионные |
|---|---|---|
| Доступность сырья | 2,3% земной коры, морская вода | 0,0065% земной коры |
| Энергоплотность | 100-175 Вт·ч/кг | 140-280 Вт·ч/кг |
| Циклов жизни | 3 000-10 000+ | до 12 000 |
| Скорость зарядки | 80% за 12-15 минут | 80% за 45+ минут |
| Работа при -30°C | 92% ёмкости | 80% ёмкости |
| Термическая устойчивость | 350°C (безопаснее) | 270°C (риск теплового разгона) |
| Стоимость производства | На 20-40% ниже | Базовая |
Рыночный контекст: ускорение коммерциализации
Открытие британских учёных происходит на фоне стремительной коммерциализации натрий-ионных технологий. В апреле 2025 года китайская CATL представила первую серийную натрий-ионную батарею Naxtra с энергоплотностью 175 Вт·ч/кг — сопоставимой с LFP-батареями — и запасом хода 500 км на одной зарядке. Батарея сохраняет 90% ёмкости даже при -40°C и выдерживает свыше 10 000 циклов.
В июне 2024 года China Datang Corporation запустила крупнейший в мире натрий-ионный накопитель энергии мощностью 100 МВт·ч в провинции Хубэй. Система обеспечивает электричеством 12 000 домохозяйств в пиковые часы и сокращает выбросы CO₂ на 13 000 тонн ежегодно. Это первая фаза проекта на 200 МВт·ч, демонстрирующая масштабируемость технологии для grid-scale хранения.
Применение: от электромобилей до стационарных накопителей
Натрий-ионные батареи находят применение в нескольких ключевых сегментах:
Grid-scale энергохранение: Крупномасштабные проекты в Китае (100+ МВт·ч), интеграция с солнечными и ветровыми станциями для стабилизации сети. Модульная архитектура позволяет наращивать мощность до сотен МВт·ч.
Коммерческий транспорт: Hina Battery в марте 2025 представила решение "Hina Star" для коммерческих автомобилей с энергоплотностью 165 Вт·ч/кг и полной зарядкой за 20-25 минут. Городская логистика и общественный транспорт — первые целевые сегменты.
Стационарное хранение энергии: Резервные системы для дата-центров, телеком-инфраструктуры, домашние накопители для солнечных панелей. Повышенная безопасность (отсутствие риска термического разгона) делает технологию привлекательной для жилых зон.
Экстремальные климатические условия: Арктические регионы, высокогорье — благодаря сохранению 92% ёмкости при -30°C натрий-ионные батареи превосходят литиевые аналоги в холодном климате.
Упрощение производства и снижение затрат
Ключевое преимущество открытия Surrey — упрощение производственного процесса. Традиционный метод требовал энергоёмкой термообработки для удаления воды из материала. Новый подход исключает этот этап, снижая производственные затраты и энергопотребление при изготовлении катодов.
Натрий как сырьё доступен повсеместно: его можно извлекать из морской воды или добывать из обильных месторождений, не сконцентрированных в геополитически нестабильных регионах. Это устраняет проблемы цепочек поставок, характерные для лития (Австралия, Чили, Китай контролируют большинство запасов), и снижает ценовую волатильность.
Натрий-ионные батареи уступают литий-ионным в энергоплотности (на 20-40%), что ограничивает их применение в сегментах, требующих максимальной лёгкости — авиация, premium электромобили с запасом хода 600+ км, портативная электроника. Однако для grid-storage, коммерческого транспорта и бюджетных EV разница несущественна.
Стратегические выводы
1. Окно возможностей в supply chain: Натрий-ионные батареи формируют новую цепочку поставок, независимую от литиевого олигополия. Инвестиции в добычу натриевого сырья, производство катодных материалов (особенно NVOH-класса), сборочные линии для grid-scale систем
2. Конвергенция энергетики и водоснабжения: Технология Surrey открывает новый рынок: гибридные системы энергохранение + опреснение для прибрежных регионов с дефицитом пресной воды. Потенциал в Ближнем Востоке, Северной Африке, островных государствах
3. Переоснащение grid-infrastructure: Коммунальные компании и grid-операторы ищут альтернативы дорогим литиевым накопителям. Натрий-ионные системы с ценой на 20-40% ниже становятся привлекательным решением для балансирования сетей с высокой долей ВИЭ
4. Региональная диверсификация: Страны без доступа к литию (Индия, страны ЕС, Бразилия) активно поддерживают натрий-ионные проекты для энергонезависимости. Следите за государственными программами субсидирования и регуляторными стимулами
Timeline коммерциализации
2025-2026: Масштабирование серийного производства CATL Naxtra, запуск натрий-ионных EV в Китае (сегмент до $15 000), расширение grid-scale проектов до 500+ МВт·ч суммарно
2027-2028: Первые коммерческие системы энергохранение + опреснение на базе технологии Surrey (при успешной валидации пилотных проектов), выход натрий-ионных батарей на европейский и североамериканский рынки
2029-2030: Натрий-ионные батареи занимают 15-20% рынка стационарного энергохранения, становятся стандартом для коммерческого транспорта и бюджетных EV. Литий-ионные сохраняют лидерство в premium-сегменте и авиации
Следующие шаги исследований
Команда University of Surrey планирует масштабировать технологию для промышленного применения, оптимизировать состав электролита для работы с морской водой различной солёности и улучшить показатели энергоплотности до 180-200 Вт·ч/кг. Параллельно идут переговоры с производителями батарей о лицензировании технологии.
Ключевой вызов — обеспечение стабильности NVOH-материала при длительной эксплуатации в реальных условиях (температурные колебания, влажность, механические нагрузки). Требуется 2-3 года тестирования для подтверждения 10 000+ циклов в коммерческих приложениях.
Исследование финансировалось UK Research and Innovation (UKRI) и Faraday Institution. Полный текст публикации доступен в Journal of Materials Chemistry A