Индекс EII покажет, где натрий сможет заменить литий в батареях
Автор: Марта Баринова Ученые Юго-западного исследовательского института разработали индекс электрической взаимозаменяемости EII. Он помогает определить, в каких устройствах натрий-ионные аккумуляторы смогут заменить литий-ионные без серьезной переработки системы.
Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в портативной электронике, электротранспорте и системах хранения энергии. Литий при этом относительно дорог, а спрос на него растет. Натрий доступнее, поэтому натрий-ионные элементы позволяют использовать более дешевые материалы.
У натрий-ионных батарей есть ограничение: обычно они уступают литий-ионным по удельной энергоемкости. Поэтому аккумуляторная система может оказаться тяжелее и крупнее. Сравнения емкости, напряжения, внутреннего сопротивления, эффективности и мощности недостаточно, чтобы понять, сможет ли один тип батарей выполнять ту же работу в конкретном устройстве.
Как работает индекс EII
Индекс EII учитывает требования конкретного сценария эксплуатации и оценивает функциональную взаимозаменяемость двух аккумуляторных технологий. Высокое значение означает, что переход на другую химию возможен без заметного влияния на работу устройства. Низкое значение указывает на необходимость переработки аккумуляторной системы или на невозможность замены в конкретном случае.
Для проверки метода исследователи сравнили натрий-ионные элементы с распространенными литий-ионными аккумуляторами формата 18650. Это цилиндрические элементы диаметром 18 мм и длиной 65 мм, которые применяются в электроинструментах, электромобилях и другой технике.
Ученые оценивали батареи в широком диапазоне режимов работы. Испытания учитывали скорость заряда и разряда, рабочие пределы напряжения, доступную емкость, нагрев и способность аккумулятора следовать заданному профилю мощности.
Где натрий-ионные элементы взаимозаменяемы
Испытания позволили выделить режимы с высоким EII. В них натрий-ионные и литий-ионные элементы показывали близкие результаты, включая практически одинаковый нагрев, доступную емкость и мощность.
Исследователи также обнаружили режимы с низким EII. В таких условиях прямая замена одного типа аккумулятора другим невозможна без изменения системы.
Разработчики подчеркивают, что EII не превращает натрий-ионные батареи в универсальную альтернативу литий-ионным. Метод отделяет сценарии, где более дешевая химия может работать без серьезной переработки устройства, от случаев, требующих изменения конструкции.
Индекс поможет производителям выбирать аккумуляторную технологию для новых устройств, искать альтернативных поставщиков и оценивать возможность использования нескольких типов батарей в одной системе. Натрий-ионные элементы можно будет внедрять там, где их характеристик достаточно для конкретной задачи.
