Магний вместо лития: станет ли он основой батарей для электромобилей?

В последние годы литий стал одним из ключевых металлов для глобального перехода к электрическому транспорту и чистой энергии.

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

Это прежде всего связано с его широким использованием в электромобилях (EV) в составе литий-ионных аккумуляторов. Они обеспечивают высокую удельную энергоёмкость, малый вес и возможность быстрой подзарядки, а также долгий срок службы, что позволяет современным электромобилям демонстрировать большой запас хода и высокие показатели производительности.

Поэтому литий играет ключевую роль в практической и массовой электрификации автотранспорта.

Однако в долгосрочной перспективе отрасль добычи лития сталкивается с серьёзными структурными проблемами с поставками, из-за чего всё больше производителей электромобилей задумываются об альтернативных вариантах, таких как магний и марганец.

Почему магний?

Магний, ещё один критически важный металл для электромобилей и аккумуляторов для хранения энергии, потенциально может стать ключевой альтернативой литию в тяговых батареях.

Он дешевле, широко распространён по всему миру и способен накапливать больше энергии. Кроме того, он считается более безопасным, чем литий, поскольку не образует острые шипы, так называемые дендриты, из-за которых литиевые батареи иногда замыкают или загораются.

Магниевые батареи также могут хранить больше энергии в меньшем объёме, что даёт серьёзные преимущества по габаритам и эффективности для автопроизводителей, стремящихся выпускать более компактные электромобили.

Магний является одним из самых распространённых элементов как в морской воде, так и в земной коре, что в перспективе может помочь производителям обойти возможные ограничения по поставкам лития.

Ионы магния несут двойной положительный заряд (+2) по сравнению с ионами лития, что способствует более высокой объёмной ёмкости и позволяет создавать более компактные, энергоёмкие системы накопления для электромобилей и другой техники.

Китай производит подавляющее большинство мирового объёма магния: по оценкам, в 2025 году на его долю придётся около 87–95% первичного магния, то есть от 830 000 до 950 000 метрических тонн, по данным (источник на английском языке)проекта Elements издания Visual Capitalist.

Основу этого производства составляют обширные месторождения доломита, причём крупнейшие запасы магния расположены в провинции Ляонин.

Второй по объёму производитель магния — Израиль, который добывает металл главным образом из вод Мёртвого моря. Крупными игроками также выступают Россия и Бразилия, где значительные запасы магния сосредоточены в районах Сатка и Брумаду.

Марганец тоже всё активнее используется как добавка к литиевым батареям, а не их полная замена. Это связано с тем, что аккумуляторы на основе марганца обладают гораздо меньшей энергоёмкостью и не выдерживают сотни циклов перезарядки. Кроме того, они обеспечивают более низкое напряжение.

Поэтому такие батареи хорошо подходят для поддержки литиевых систем в гибридных конфигурациях, но не справляются с высокими нагрузками по мощности.

Почему поставки лития нестабильны

Одна из главных проблем на рынке лития — крайне долгие сроки ввода новых проектов. Открытие и запуск нового литиевого месторождения занимает в среднем (источник на английском языке) от 16 до 18 лет — от первичного открытия до начала промышленной добычи. В основном это связано со сложными разрешительными процедурами, правами на разведку и проблемами с финансированием во многих регионах мира.

Добыча твёрдой руды приводит к образованию значительных объёмов отходов, а извлечение лития из рассолов требует огромных объёмов воды в засушливых регионах, где он, как правило, и встречается. Это вызывает всё более пристальное внимание со стороны местных сообществ и экологических организаций.

Кроме того, после недавнего обвала цен на литий, вызванного периодом перепроизводства, инвестиции в добычу и бюджеты на геологоразведку заметно сократились. Это серьёзно ставит под угрозу будущие проекты и темпы глобального зелёного перехода.

Большая часть запасов лития сосредоточена в Австралии и южноамериканском «Литиевом треугольнике», тогда как Китай контролирует значительную долю мощностей по переработке сырья до качества, необходимого для производства аккумуляторов.

Магниевые батареи?

Сейчас большинство разработок магниевых батарей всё ещё находится на стадии испытаний в таких научных учреждениях, как Университет Ватерлоо.

Однако ряд крупных автопроизводителей всё активнее разрабатывает и тестирует альтернативные решения с высоким содержанием магния или легированием марганцем, например ячейки типа Lithium Manganese-Rich или LMFP, а также долгосрочные магниевые химические системы.

Компания MG (SAIC Motor) недавно начала внедрять полутвёрдотельную батарейную технологию Lithium-Manganese-Oxide (LMO) SolidCore в моделях, таких как MG4 EV Urban, который должен выйти на рынки Великобритании и Европы к концу 2026 года.

General Motors и LG Energy Solution рассчитывают в 2028 году вывести на коммерческий рынок усовершенствованные ячейки lithium manganese-rich (LMR). Высокое содержание марганца в них позволяет снизить стоимость и повысить энергоёмкость будущих электрических пикапов и внедорожников.

Аналогично Toyota финансирует долгосрочные целевые исследования по замене традиционной литиевой химии высокоёмкими магниевыми альтернативами. Однако пока не ясно, когда подобные технологии дойдут до серийных автомобилей, поскольку учёные всё ещё работают над дальнейшей стабилизацией электролитов.

Great Wall Motor также использует технологию литья магниевых сплавов в полутвёрдом состоянии для снижения массы компонентов, а Tesla внедрила отдельные элементы из магниевых сплавов в конструкцию моделей Model 3 и Model Y.

Почему магниевые батареи пока не получили широкого распространения

Несмотря на растущий интерес к магниевым аккумуляторам как потенциальной альтернативе литиевым, до их массового внедрения ещё далеко.

Одним из главных недостатков магния остаётся медленная подвижность ионов: частицы магния перемещаются внутри материалов батареи значительно медленнее.

Это приводит к очень долгому времени зарядки и слабой отдаче мощности при резком ускорении, а также к низкой эффективности работы в холодном климате. Всё это затрудняет магниевым батареям конкуренцию с быстрыми в зарядке и высокомощными литиевыми аккумуляторами для электромобилей.

Кроме того, до сих пор крайне сложно подобрать жидкий, твёрдый или другой тип электролита, который позволил бы ионам магния свободно перемещаться и при этом не разрушался бы. Электролиты, которые эффективно проводят ионы магния, как правило, вызывают коррозию внутренних компонентов батареи.

Не менее сложная задача — найти материал катода, который выдерживал бы многократное внедрение и извлечение ионов магния, не разрушаясь.