По мнению экспертов, технология аккумуляторов для электромобилей заслуживает внимания

Вы видели заголовки: Этот батарея прорыв изменит электромобиль навсегда. А потом… тишина. Вы направляетесь в местный автосалон, и все машины выглядят и ощущаются одинаково.

WIRED был раздосадован этим явлением. Итак, мы поговорили с экспертами по аккумуляторным технологиям о том, что на самом деле происходит с аккумуляторами электромобилей. Какие технологии здесь? Которые, наверное, будут, но еще нет, так что не задерживайте дыхание? Чего, вероятно, не будет в ближайшее время?

«Эти вещи легко волновать, потому что батареи очень сложны», — сказал Пранав Джасвани, технологический аналитик IDTechEx, компании, занимающейся исследованием рынка. «Многие мелочи будут иметь такой большой эффект». Вот почему так много компаний, включая автопроизводителей, их поставщиков и производителей аккумуляторов, экспериментируют с таким количеством битовых частей аккумулятора. Замените один материал электрического проводника на другой, и запас хода аккумулятора электромобиля может увеличиться на 50 миль. Измените способ сборки аккумуляторных блоков, и автопроизводитель сможет снизить производственные затраты настолько, чтобы дать потребителям возможность сэкономить на продажах.

Тем не менее, по мнению экспертов, внесение даже небольших изменений в серийные автомобили может занять много времени — иногда 10 лет и более. «Очевидно, мы хотим быть уверены, что все, что мы вставляем в электромобиль, работает хорошо и соответствует стандартам безопасности», — сказала Эвелина Стойку, которая возглавляет команду по технологиям аккумуляторов и цепочке поставок в исследовательской фирме BloombergNEF. Обеспечение этого означает, что ученые выдвигают новые идеи, а поставщики выясняют, как их реализовать; автопроизводители, в свою очередь, тщательно тестируют каждую итерацию. При этом все задаются самым важным вопросом: имеет ли это улучшение финансовый смысл?

Поэтому вполне логично, что не все открытия в лаборатории доходят до реализации. Вот те, которые действительно имеют значение, и те, которые не совсем сработали, по крайней мере, до сих пор.

Это действительно происходит

У всех крупных прорывов в области аккумуляторов есть кое-что общее: они связаны с литий-ионная батарея. Существуют и другие химические конструкции батарей — подробнее о них позже — но в следующем десятилетии будет трудно догнать доминирующую форму батарей. «Литий-ионная технология уже очень зрелая», — сказал Стойку. Многие игроки вложили большие деньги в эту технологию, поэтому «любому новому придется конкурировать с существующим положением вещей».

Литий-железо-фосфат

Почему это интересно: В батареях LFP используются железо и фосфат вместо более дорогих и труднодоступных никель и кобальткоторые встречаются в обычных литий-ионные аккумуляторы. Они также более стабильны и медленнее разлагаются после нескольких зарядок. Вывод: аккумуляторы LFP могут помочь снизить стоимость производства электромобиля, что особенно важно, в то время как западные электропроизводители изо всех сил пытаются конкурировать по затратам с обычными автомобилями, работающими на бензине. Аккумуляторы LFP уже распространены в Китае, и они собираются стать более популярными в европейских и американских электромобилях в ближайшие годы.

Почему это сложно: LFP менее энергоемкий, чем альтернативы, а это означает, что вы не можете вместить столько же заряда (или дальности действия) в каждую батарею.

Больше никеля

Почему это интересно: Повышенное содержание никеля в литий-никель-марганцево-кобальтовых батареях повышает плотность энергии, что означает больший запас хода в аккумуляторном блоке без увеличения его размера и веса. Кроме того, больше никеля может означать меньше кобальта, металла, который и дорого и этически сомнительно получить.

Почему это сложно: Батареи с более высоким содержанием никеля потенциально менее стабильны, а это означает, что они подвержены более высокому риску растрескивания или «термического выхода из строя», что может привести к возгоранию. Это означает, что производители аккумуляторов, экспериментирующие с различным содержанием никеля, должны тратить больше времени и энергии на тщательную разработку своей продукции. Эта дополнительная суетливость означает дополнительные расходы. По этой причине можно ожидать увеличения использования никеля в батареях для электромобилей более высокого класса.

Сухой электродный процесс

Почему это интересно: Обычно электроды батареи изготавливаются путем смешивания материалов со суспензией растворителя, которую затем наносят на металлическую фольгу токоприемника, сушат и прессуют. Процесс с сухим электродом позволяет сократить использование растворителей за счет смешивания материалов в форме сухого порошка перед нанесением и ламинированием. Меньше платежеспособности означает меньше проблем с окружающей средой, здоровьем и безопасностью. А отказ от процесса сушки может сэкономить время производства и повысить эффективность, одновременно уменьшая физические затраты, необходимые для производства батарей. Все это может привести к удешевлению производства, «которое должно привести к производству более дешевых автомобилей», — сказал Джасвани. Tesla уже внедрила процесс сухого анода в производство аккумуляторов. (Анод — это отрицательный электрод, который накапливает ионы лития во время зарядки аккумулятора.) LG и Samsung SGI также работают над пилотными производственными линиями.

Почему это сложно: Использование сухих порошков может оказаться более сложным с технической точки зрения.

От ячейки до упаковки

Почему это интересно: В стандартной аккумуляторной батарее электромобиля отдельные элементы аккумуляторной батареи группируются в модули, которые затем собираются в пакеты. Иначе обстоит дело с ячейкой-упаковкой, при которой ячейки помещаются непосредственно в структуру пакета без этапа среднего модуля. По словам Джасвани, это позволяет производителям аккумуляторов разместить больше аккумуляторов в том же пространстве и может привести к увеличению запаса хода примерно на 50 миль и более высокой максимальной скорости. Это также снижает производственные затраты, экономия, которую можно передать покупателю автомобиля. Крупные автопроизводители, включая Tesla и BYD, а также китайский гигант по производству аккумуляторов CATL, уже используют эту технологию.

Почему это сложно: Без модулей будет сложнее контролировать перегрев и поддерживать структуру аккумуляторной батареи. Кроме того, из-за отсутствия аккумуляторной батареи заменить неисправный аккумулятор гораздо сложнее, а это означает, что более мелкие дефекты могут потребовать вскрытия или даже замены всей батареи.

Кремниевые аноды

Почему это интересно: Литий-ионные аккумуляторы имеют графитовые аноды. Добавление кремния в смесьТем не менее, у него могут быть огромные преимущества: больше запасов энергии (что означает больший запас хода) и более быстрая зарядка, время зарядки которой может составлять от шести до 10 минут. Tesla уже добавляет немного кремния в свои графитовые аноды, а другие автопроизводители — Мерседес-Бенц, Дженерал Моторс — говорят, что они приближаются к массовому производству.

Почему это сложно: Кремний, легированный литием, расширяется и сжимается во время цикла зарядки и разрядки, что может вызвать механическое напряжение и даже разрушение. Со временем это может привести к более резкой потере емкости аккумулятора. На данный момент вы, скорее всего, найдете кремниевые аноды в батареях меньшего размера, например, в телефонах или даже мотоциклах.

Это как бы происходит

Технология аккумуляторов в более спекулятивном сегменте прошла множество испытаний. Но это все еще не совсем то место, где большинство производителей строят производственные линии и внедряют его в автомобили.

Натрий-ионные аккумуляторы

Почему это интересно: Натрий — он повсюду! По сравнению с литием, этот элемент дешевле, его легче найти и обработать, а это означает, что отслеживание материалов для изготовления натрий-ионных аккумуляторов может привести к разрыву цепочки поставок автопроизводителей. Батареи также работают лучше при экстремальных температурах и более стабильны. Китайский производитель аккумуляторов CATL говорит, что начнет массовое производство батарей в следующем году и что батареи в конечном итоге смогут покрыть 40 процентов китайского рынка легковых автомобилей.

Почему это сложно: Ионы натрия тяжелее, чем их литиевые аналоги, поэтому они обычно хранят меньше энергии на аккумуляторную батарею. Это может сделать их более подходящими для хранения аккумуляторов, чем для транспортных средств. Это также первые дни для этой технологии, что означает меньше поставщиков и меньше проверенных временем производственных процессов.

Твердотельные батареи

Почему это интересно: Автопроизводители были перспективный на долгие годы что революционные твердотельные батареи уже не за горами. Это было бы здорово, если бы это было правдой. Эта технология заменяет жидкие или гелевые электролиты в обычных литий-ионных батареях твердыми электролитами. Эти электролиты должны быть разного химического состава, но все они имеют большие преимущества: большая плотность энергии, более быстрая зарядка, большая долговечность, меньшие риски для безопасности (отсутствие жидкого электролита означает отсутствие утечек). Тойота говорит это наконец-то запущу свои первые автомобили с твердотельными батареями в 2027 или 2028 году. BloombergNEF проекты что к 2035 году твердотельные батареи будут составлять 10 процентов производства электромобилей и аккумуляторов.

Почему это сложно: Некоторые твердые электролиты плохо работают при низких температурах. Однако самые большие проблемы связаны с производством. Для сборки этих новых батарей требуется новое оборудование. Очень сложно построить бездефектные слои электролита. И отрасль не пришла к соглашению о том, какой твердый электролит использовать, что затрудняет создание цепочек поставок.

Может быть, это произойдет

Хорошие идеи не всегда имеют смысл в реальном мире.

Беспроводная зарядка

Почему это интересно: припаркуйте машину, выйдите и дайте ей зарядиться, пока вы ждете — вилки не требуются. Беспроводная зарядка может стать пиком удобства, и некоторые автопроизводители настаивают на этом. Порше, например. демонстрирует прототипс планами выпустить настоящую вещь в следующем году.

Почему это сложно: Проблема, по словам Джасвани, заключается в том, что технология, лежащая в основе имеющихся у нас зарядных устройств, работает отлично, и ее установка намного дешевле. Он ожидает, что в конечном итоге беспроводная зарядка появится в некоторых ограниченных случаях использования — например, в автобусах, которые смогут заряжаться на протяжении всего маршрута, если останавливаться на зарядной площадке. Но эта технология, возможно, никогда не станет по-настоящему массовой, сказал он.

---