Блог

Jan 13, 2024

Будет твердым

Десятилетия упорной работы ушли на совершенствование технологии литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов. Несмотря на то, что производительность улучшилась, а стоимость снизилась, эти достижения не смогли устранить беспокойство по поводу дальности полета.

Десятилетия упорной работы ушли на совершенствование технологии литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов. Несмотря на то, что производительность улучшилась, а стоимость снизилась, эти достижения не смогли устранить беспокойство по поводу дальности полета. Смогут ли твердотельные батареи сделать это?

Беспокойство о запасе хода особенно распространено среди «новых» водителей электромобилей (EV). Это проблема, имеющая множество причин. К ним относятся вопиющее отсутствие инфраструктуры общественной зарядки и неудовлетворительная производительность нынешней технологии литий-ионных аккумуляторов. Цена также является важным фактором: зачем переходить на электричество, если это связано с беспокойством по поводу запаса хода и более высокой ценой?

По данным Международной энергетической ассоциации, глобальная средняя стоимость нового электромобиля с аккумуляторной батареей в 2021 году составила чуть более 36 000 долларов США, что на 7% ниже, чем в 2020 году. Цена на новый гибридный электромобиль (PHEV) осталась стабильной на уровне 51 000 долларов США. По данным Statista, несмотря на приток более дешевых китайских моделей электромобилей, средневзвешенная цена (VWAP) электромобилей на весь 2023 год, по прогнозам, составит около 52 800 долларов.

Большую часть стоимости электромобиля составляет аккумулятор. Может ли другая технология предложить улучшения как по цене, так и по ассортименту? Твердотельные батареи Cue (SSB) и их родственники полутвердотельные батареи (SSSB).

Литиевая батарея состоит из катода и анода, разделенных жидким электролитом, позволяющим электронам проходить через него, что позволяет вырабатывать энергию для электромобилей. По сравнению с литий-ионными батареями, в SSB используется твердый электролит, который также выполняет роль сепаратора. SSB обеспечивают повышенную стабильность благодаря прочной конструкции и гораздо большую безопасность благодаря сохранению формы даже при повреждении. SSB имеют важные отличия от литий-ионных аккумуляторов:

Источник: Флэшбатарея

Жизненный цикл SSB также намного дольше: некоторые SSB демонстрируют потенциал поддержания 90% емкости после 5000 циклов, по данным Topspeed (для обычных литий-ионных аккумуляторов срок службы составляет 2000-3000 циклов, но литий-железный фосфатные батареи, LiFePO4 или LFP, рассчитаны на срок до 4000).

По словам Джона Б. Гуденаф, соавтора технологии литий-ионных аккумуляторов, и исследователя Марии Х. Брага, «стеклянные твердотельные батареи» могут обеспечить в три раза большую плотность энергии за счет использования анода из щелочного металла (литий, натрий). или калий) и более длительный жизненный цикл. Кроме того, SSB, использующий стеклянные электролиты, может работать при температурах до -20°C.

SSB, используемые в различных устройствах, таких как умные часы и кардиостимуляторы, потребовали тщательного процесса подготовки к использованию в индустрии электромобилей. SSB имеют неизбежное значение для электромобилей, готовых открыть новую эру в отрасли. Самое главное, что появление SSB будет означать окончательный конец двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые, как ожидается, станут бесполезными, когда литий-ионные и SSB-аккумуляторы получат широкое распространение, что ожидается в начале 2030-х годов.

SSB значительно увеличат запас хода электромобилей, предлагая вдвое больший пробег и почти вдвое меньшую цену по сравнению с литий-ионными батареями. По данным Toyota, поскольку многие OEM-производители заинтересованы в этой технологии, ожидается, что средний запас хода электромобиля достигнет 1000–1200 км, а заряжаться он сможет всего за 10 минут.

Неудивительно, что почти все крупные автопроизводители заинтересованы в батареях нового поколения, а некоторые уже активно работают над SSB.

Прототип Toyota SSB. Источник: Тойота

Наряду с SSB некоторое время разрабатывалась технология полутвердотельных аккумуляторов под руководством M24. Полутвердая батарея имеет один электрод с жидким электролитом и один без. Небольшие, стабильные и безопасные полутвердые батареи также имеют более высокую плотность энергии и дешевле, чем литий-ионные батареи. От дронов до интеллектуальных носимых устройств, полутвердотельные батареи можно использовать в самых разных областях, включая электромобили.

В 2015 году 24M анонсировала новую конструкцию полутвердых литиевых аккумуляторов, которая снизит затраты примерно на 50%. Четыре года спустя компания 24M рассказала о технологии Dual Electrolyte, представленной как уровень усовершенствования, который будет добавлен к LFP для хранения и батареям NMC для мобильных приложений. В 2022 году 24M заявила, что упростила конструкцию литий-ионной батареи, сократив потребность в неактивных материалах до 80%, затрат на 40% и предоставив специально изготовленные литий-ионные элементы с плотностью энергии 400–500 Втч/кг. для авиационной промышленности. Решение 24M относится и к другим рынкам, включая рынки электромобилей и накопителей энергии.