До конца текущего года китайская компания Contemporary Amperex Technology (CATL) планирует приступить к серийному выпуску натрий-ионных аккумуляторов для оснащения ими легковых и грузовых автомобилей, систем накопления электроэнергии (предназначенных для сглаживания нагрузки на электрические сети и их подстраховки на случай блэкаутов). Вместе с тем от их литий-ионных собратьев CATL отказываться не собирается и хочет продолжать их совершенствовать.

Хотя разработка натрий-ионных батарей началась в мире еще в 1970-х годах, литий-ионные аккумуляторы показались инженерам перспективными из-за большей плотности энергии. Массовое внедрение последних в производство привело к настоящей революции, проявившейся в резком подъеме мировых цен на литий в 2019-2022 годах.

Зато у литий-ионных аккумуляторов в процессе эксплуатации выявился целый ряд недостатков, которые не удалось до сих пор преодолеть: они плохо функционируют при отрицательных температурах (из-за загустения электролита, приводящего к падению мощности и емкости при одновременном увеличении внутреннего сопротивления и периода зарядки) и недешево стоят.

В отличие от них натрий-ионные аккумуляторы могут работать при температуре -40 градусов Цельсия (на сохранение подвижности ионов натрия она почти не влияет), у них малая вероятность термического разгона, по плотности энергии они в несколько раз превосходят свинцово-кислотные батареи. Литий-ионным батареям они пока проигрывают по плотности энергии (из-за более крупных и «медленных» ионов) и по скорости зарядки.

Именно CATL решил попробовать создавать натрий-ионные аккумуляторы, пригодные для использования на транспорте. Его решение оказалось стратегически правильным: в 2021 году он продемонстрировал пилотные разработки, четыре года спустя официально запустив бренд Naxtra и теперь он пойдет в «широкие народные массы».

CATL уже предпринял шаги для быстрого роста продаж – он договорился с Changan Automobile Group о поставок натрий-ионных батарей для его лифтбека Changan Nevo A06. Его реализация стартует совсем скоро, и он будет первым серийным автомобилем с натрий-ионными аккумуляторами. Также CATL подписал соглашение с HyperStrong с целью последующего ими оснащения систем накопления электроэнергии.

Помимо CATL, в гонке за лидерство на формирующемся рынке натрий-ионных батарей участвуют BYD, Jaguar Land Rover, Volkswagen, JAC Motors и GAC Group, правда, двигающиеся с гораздо более медленными темпами.

Одновременно разработка и коммерциализация натрий-ионных батарей повлекла за собой спрос на надежные материалы для изготовления их катодов. И вот тут появляются интересные перспективы для никеля, ранее в качестве такового даже не рассматривавшегося: он может помочь улучшить электрохимические параметры натрий-ионных аккумуляторов.

Судя по научным публикациям, выявляются два перспективных направления - выпуск катодов из гексацианоферрата натрия (близкого к известному пигменту под названием берлинская лазурь) и высоконикелевых слоистых оксидов. В обоих случаях исходным веществом для них будет чистый никель.

Его применение в натрий-ионных батареях может привести к расширению его потребления. Приняв вес аккумулятора для электромобиля за 300 кг и содержание в нем никеля за 20 кг, получим порядка 50-70 тыс. тонн металла в горизонте ближайших нескольких лет, обеспечив сокращение его профицита. И можно с полным основанием полагать, что ведущие производители никеля без лишнего шума ведут научные исследования по использованию никеля в натрий-ионных аккумуляторах, закладывая фундамент для активного роста его сбыта.

К концу 2026 года число электромобилей в мире достигнет 116,2 млн штук, увеличившись на 29,7% по сравнению с 2025 годом, прогнозирует исследовательская компания Gartner.

Из их общего количества парк гибридных машин вырастет на 32,4% до 39,8 млн штук, собственно электромобилей - на 28,3% до 76,3 млн штук. Подобный подъем, по мнению Gartner, может иметь место несмотря на сворачивание правительствами многих стран курса на поддержку производителей электромобилей путем отмены льгот на их покупку.

Вместе с тем специалисты Gartner констатируют усиление спроса на гибридные машины - покупатели считают необходимым иметь резервный двигатель внутреннего сгорания на случай непредвиденной поломки электромотора, выхода из строя аккумуляторов или отсутствия зарядных станций.

Выпуск электромобилей открывает широкое поле для внедрения титана, традиционно ассоциирующегося с авиастроением. Причем из него изготавливают самые различные детали, не уступающие по надежности стальным.

Например, американская Tesla и китайская BYD изготавливают из титановых сплавов (в частности, Ti-6Al-4V) корпуса для аккумуляторов - вследствие более низкой плотности титана по сравнению со сталью можно уменьшить вес аккумулятора на 30%, обеспечивая выдерживание им давления до 150 МПА - крайне важный параметр для предотвращения утечек электролита при столкновениях.

Охлаждающие трубы из титана устойчивы к коррозии (даже от кислых и щелочных смесей) в течение 10 лет. Тем самым сокращаются затраты на технические обслуживание электромобилей и недаром же Rivian Automotive cтавит такие трубы на производимые им грузовики R1T.

Но из титана можно массово создавать и детали, выдерживающие динамические нагрузки. Роторные валы, соединяющие электродвигатель с трансмиссией, изготавливают из сплава Ti-6Al-4V, обеспечивающего прочность на разрыв до 895-930 Мпа и скорость вращения до 16 тыс. оборотов в минуту без вибраций (уменьшив инерционность на 22%).

Статоры тоже выпускают из титановых листов, позволяющих сократить их толщину до 0,2 мм без потери устойчивости к усталости и риска растрескивания под влиянием многократных магнитных нагрузок. Исследование, выполненное инженерами Bosch, показало, что электромоторы с ними могут увеличивать выходную мощность на 8-10%.

Оснащение электромобилей титановыми рычагами подвески и ступицами колес облегчает неподрессоренную массу, одновременно улучшая плавность хода и уменьшает потребление электроэнергии в размере на 2,5 Вт*часов на 1 км пути. И, наконец, использование титановых крепежных элементов снижает вес машины на 3%, удлиняя запас хода на 10-15 км (при нормативном показателе примерно в 500 км).

Процесс применения титановых деталей в автомобилестроении уже набирает обороты: по оценке консалтинговой фирмы Research and Markets, в 2026 году емкость только мирового рынка титанового крепежа может составить 1,9 млрд долларов, в 2032 году она приблизится к 3 млрд долларам за счет прецизионной механической обработки, холодной высадки и эффективной накатки резьбы, не считая других современных технологий изготовления компонентов для машин. Плюс активно ведется разработка литий-ионных аккумуляторов с титановыми анодами.

Все вышеперечисленное дает основание предполагать последовательный рост спроса на титан от производителей электромобилей, который будет проявляться в увеличении заказов для поставщиков металла, ключевой из которых - корпорация «ВСМПО-Ависма». Фактически в горизонте ближайших 5-10 лет выпуск гибридных машин и электромобилей будет формировать новый сегмент глобального титанового рынка, постепенно соперничающий с авиастроением.