На 40-градусной жаре в Хулунбуире автомобиль Changan Automobile Qiyuan A06 разгонялся по обледенелой дороге, а на приборной панели отображалось более 90% оставшегося запаса хода. Это была не традиционная литий-ионная батарея; это был первый в мире серийно выпускаемый электромобиль с натрий-ионными батареями, проходивший испытания в экстремальных условиях низких температур. 4 февраля CATL и Changan Automobile совместно объявили о том, что пассажирские автомобили, оснащенные натрий-ионными батареями Naxtra, будут официально запущены в середине 2026 года и будут иметь запас хода 400 километров. Это знаменует начало поиска в индустрии электромобилей выхода из абсолютной зависимости от лития.
Натрий примерно в 300 раз более распространен в земной коре, чем литий, и встречается в морской воде и слоях каменной соли; стоимость его добычи значительно ниже, чем стоимость литиевой руды. Аккумулятор Naxtra от CATL достигает плотности энергии 175 ватт-часов на килограмм, что сопоставимо с литий-железо-фосфатными батареями. Что еще важнее, этот аккумулятор имеет в три раза большую мощность разряда, чем литий-железо-фосфатные батареи, при температуре -30 градусов Цельсия и может стабильно работать при температуре -50 градусов Цельсия. Для пользователей в холодных регионах северного Китая, Северной Европы и Северной Америки это решает проблему значительного снижения производительности электромобилей зимой.
Десятилетний скачок от концепции к автомагистрали
Исследования натрий-ионных батарей начались еще в 1970-х годах, практически одновременно с разработкой литий-ионных батарей. Однако благодаря меньшему размеру и меньшему весу ионов лития, позволяющему им накапливать больше энергии в том же объеме, литий-ионные батареи быстро заняли лидирующие позиции. Разработка натрий-ионных батарей на некоторое время застопорилась, вновь привлекая к себе внимание лишь в последнее десятилетие из-за резкого роста цен на литий и проблем с безопасностью цепочки поставок.
Компания CATL впервые выпустила свою натрий-ионную батарею первого поколения в 2021 году с плотностью энергии 160 Вт·ч/кг. В то время отрасль в целом заняла выжидательную позицию, полагая, что ее характеристики слишком сильно отстают от литиевых батарей. В 2023 году Chery Automobile выпустила первый в мире автомобиль с натрий-ионной батареей, iCAR 03, но он был оснащен только батареей малой емкости в качестве проверки технологии. Настоящий прорыв произошел в апреле 2025 года с выпуском продукта CATL Naxtra, который увеличил плотность энергии до 175 Вт·ч/кг, и в июне началось его серийное производство.
В Qiyuan A06 используется натрий-ионный аккумуляторный блок емкостью 45 кВт·ч с интегрированной конструкцией «ячейка-блок». Эта технология CTP (Cell-to-Pack) напрямую интегрирует ячейки в аккумуляторный блок, устраняя необходимость в традиционных модульных конструкциях и улучшая использование пространства и плотность энергии. Для сравнения, литий-ионная версия той же модели использует батарею емкостью 63,18 кВт·ч, обеспечивая запас хода 630 км. Натрий-ионная версия имеет запас хода 400 км, что демонстрирует существенное отставание по плотности энергии, но ее ценовое преимущество и низкотемпературные характеристики компенсируют этот недостаток.
Компания CATL сообщила, что будущие поколения ее натрий-ионных батарей стремятся к плотности энергии более 200 Вт·ч/кг, что увеличит запас хода до 500-600 километров, приближаясь к уровню большинства автомобилей с литий-ионными батареями. Это стало возможным благодаря достижениям в материаловении. Исследователи разрабатывают новые катодные материалы и составы электролитов для повышения эффективности переноса ионов натрия и емкости хранения энергии.
Революция производительности ниже нуля
Одной из основных причин жалоб пользователей является снижение производительности электромобилей зимой. При низких температурах вязкость электролита литий-ионных батарей увеличивается, скорость переноса ионов снижается, а внутреннее сопротивление возрастает. В реальных условиях эксплуатации емкость литиевых батарей может снижаться на 30–50% при температуре -20 градусов Цельсия, а скорость зарядки также значительно замедляется. В Северо-Восточном Китае и Внутренней Монголии зимние температуры часто опускаются ниже -30 градусов Цельсия, что делает нормальную работу традиционных электромобилей практически невозможной.
Компания CATL утверждает, что её натрий-ионные батареи обладают в три раза большей разрядной мощностью, чем литий-железо-фосфатные батареи той же емкости при температуре -30 градусов Цельсия. Это означает, что даже в экстремально холодных условиях автомобили могут поддерживать достаточную динамику разгона и мощность. При температуре -40 градусов Цельсия запас хода превышает 90%, что значительно выше, чем 50-70% у литиевых батарей. В самых экстремальных условиях при температуре -50 градусов Цельсия система по-прежнему может стабильно выдавать энергию, чего практически невозможно достичь с литиевыми батареями.
Это преимущество низких температур обусловлено свойствами материалов натрий-ионных батарей. Ионы натрия крупнее ионов лития, но в некоторых слоистых оксидных структурах они демонстрируют более низкий миграционный барьер. Исследования показали, что катодные материалы на основе прусской сини сохраняют открытую кристаллическую структуру при низких температурах, что позволяет ионам натрия быстро внедряться и извлекаться. Что касается электролита, то CATL, вероятно, использует низкотемпературные сложные эфиры в качестве растворителей и специальные добавки для обеспечения высокой ионной проводимости при низких температурах.
Компания Changan Automobile планирует на этой неделе провести более тщательные зимние испытания во Внутренней Монголии. Испытания будут включать проверку характеристик запуска в холодную погоду, реакции на ускорение, эффективности рекуперации энергии и мощности зарядки. Эти данные послужат основой для калибровки характеристик финальной серийной версии. Если результаты испытаний оправдают ожидания, электромобили с натрий-ионными батареями получат уникальное конкурентное преимущество на рынке холодных регионов.
Неожиданные преимущества безопасности
CATL подчеркивает еще одно важное преимущество натрий-ионных батарей: безопасность. Литий-ионные батареи могут подвергаться тепловому разгону при перезарядке, коротком замыкании или механических повреждениях, что приводит к сильному возгоранию или даже взрыву. Частые пожары с участием электромобилей в последние годы усугубили обеспокоенность общественности по поводу безопасности батарей. Натрий-ионные батареи обладают значительно лучшей термической стабильностью, чем литий-ионные, и менее склонны к возгоранию даже в экстремальных условиях эксплуатации.
Это преимущество в плане безопасности обусловлено химическими свойствами самих материалов. Прусская синь и твердый углеродный анод, обычно используемые в натрий-ионных батареях, выделяют меньше тепла и кислорода при разложении при высоких температурах. В отличие от них, тройной катод в литий-ионных батареях разлагается и выделяет кислород при высоких температурах, являясь ускорителем горения. Кроме того, в натрий-ионных батареях можно использовать более безопасные водные или ионно-жидкостные электролитные системы для дальнейшего снижения воспламеняемости.
Испытание на прокалывание иглой — это строгий метод оценки безопасности батарей. Стальная игла прокалывает батарею, вызывая внутреннее короткое замыкание, и система наблюдает, загорается ли она или взрывается. Видео, выпущенное компанией CATL, показывает, что ее натрий-ионные батареи после прокола лишь незначительно повысили температуру, без дыма или возгорания. В отличие от них, тройные литиевые батареи часто сильно воспламеняются в ходе того же испытания. Эта присущая им характеристика безопасности положительно влияет на конструкцию автомобилей и стоимость страхования.
Ключевым фактором коммерциализации натрий-ионных батарей является ценовое преимущество. Цены на литий достигли рекордного уровня в 2022 году, превысив 500 000 юаней за тонну карбоната лития. Хотя за последние два года цены снизились, долгосрочная стабильность поставок остается проблемой. Стоимость сырья для производства натрия практически незначительна; основные затраты приходятся на переработку электродных материалов и производство батарей. Ожидается, что с увеличением производственных мощностей и оптимизацией процессов стоимость натрий-ионных батарей будет на 15–30% ниже, чем у литий-железо-фосфатных батарей.
Перспективы сосуществования лития и натрия.
Компания CATL не считает, что натрий-ионные батареи полностью заменят литий-ионные. Обе технологии имеют свои преимущества в различных сценариях применения. Для автомобилей премиум-класса с большим запасом хода предпочтительным выбором остаются высоконикелевые тройные литиевые батареи и твердотельные батареи. Для экономичных автомобилей, автомобилей для поездок на короткие расстояния, коммерческого транспорта и систем хранения энергии натрий-ионные батареи обеспечивают лучшую экономическую эффективность.
Компания Changan Automobile объявила о планах продвижения натрий-ионных аккумуляторов под несколькими брендами, включая Qiyuan, Shenlan, Avita и Changan Gravity. Это демонстрирует уверенность автопроизводителя в данной технологии. Другие крупные производители аккумуляторов также ускоряют внедрение своих разработок. BYD, Zhongchuang Innovation Aviation и SVOLT Energy объявили о планах по исследованиям и разработкам натрий-ионных аккумуляторов. Northvolt в Европе и Natron Energy в США также разрабатывают натрий-ионные продукты, но Китай явно опережает их по темпам индустриализации.
Рынок систем хранения энергии, вероятно, является крупнейшим сегментом применения натрий-ионных аккумуляторов. Нестабильный характер выработки ветровой и солнечной энергии требует крупномасштабных систем хранения энергии для балансировки энергосистемы. В таких системах не предъявляются высокие требования к плотности энергии, но они чрезвычайно чувствительны к стоимости и безопасности. Низкая стоимость, длительный срок службы и высокая безопасность натрий-ионных аккумуляторов идеально отвечают этим требованиям. Компания CATL уже выпустила натрий-ионный аккумулятор Tianxing II для коммерческого транспорта, и ожидается, что вскоре появится и версия для хранения энергии.
Технологический прогресс продолжается. Исследователи изучают более высокоемкостные катодные материалы, такие как слоистые оксиды и полианионные соединения. Что касается анода, то здесь еще есть возможности для улучшения начальной эффективности и циклической производительности твердого углерода. Также ведется разработка твердотельных натриевых батарей, обещающих дальнейшее повышение безопасности и плотности энергии. Такие учреждения, как Институт физики Китайской академии наук и Фуданский университет, опубликовали множество высококачественных работ в этой области.
Когда Qiyuan A06 появится на дорогах в середине 2026 года, это будет не просто автомобиль, оснащенный новой батареей; это станет символом диверсификации технологий электрификации. От лития к натрию, от зависимости от одного источника энергии к множеству вариантов — индустрия электромобилей становится все более зрелой и гибкой. Натрий, расположенный рядом с литием в периодической таблице, также догоняет своего старшего брата в области новых энергетических транспортных средств.