Пять технологий аккумуляторов для электромобилей, которые мы с нетерпением ждем в следующем десятилетии
Основное внимание по-прежнему уделяется литий-ионным аккумуляторам: LFP снижает стоимость; высокое содержание никеля увеличивает плотность; сухие электроды и технология Cell-to-Pack снижают стоимость; кремниевые аноды обеспечивают зарядку за 6–10 минут. Производство натрий-ионных твердотельных аккумуляторов по-прежнему сопряжено с трудностями.
Много говорят о «прорывах в области аккумуляторов», но лишь немногие технологии вышли за рамки лабораторных исследований и нашли применение в электромобилях. Эксперты, такие как Пранав Джасвани из IDTechEx и Эвелина Стойку из BloombergNEF, рассказали Wired, что небольшие, но продуманные улучшения могут иметь большое значение, но зачастую на их реализацию требуются годы из-за требований безопасности, производственной валидации и финансовой осуществимости.
Литий-ионные аккумуляторы остаются основой эпохи электромобилей
Крупные прорывы на сегодняшний день связаны с литий-ионными аккумуляторами. «Литий-ионные технологии уже давно разработаны», — говорит Эвелина Стойку; масштаб инвестиций и существующая цепочка поставок не позволяют другим химическим технологиям догнать их в следующем десятилетии. Тем не менее, по словам Пранава Джасвани, даже одно изменение в составе или технологическом процессе может увеличить запас хода примерно на 50 миль или снизить производственные затраты настолько, чтобы снизить цену автомобиля.
5 шагов, которые могут иметь реальное значение
LFP: сокращение расходов, сохранение стабильности
Почему примечательно:В литий-железо-фосфатных аккумуляторах (LFP) вместо дорогостоящих и труднодобываемых никеля и кобальта используются железо и фосфат. LFP более стабилен и медленнее разрушается в течение многих циклов.
Возможные результаты:Снижение стоимости аккумуляторов и стоимости автомобилей — особенно важно в условиях конкуренции электромобилей с бензиновыми автомобилями. LFP уже популярен в Китае и, как ожидается, в ближайшие несколько лет распространится в Европе и США.
Испытание:Меньшая плотность энергии, меньший запас хода на одном аккумуляторе по сравнению с другими вариантами.
Высокое содержание никеля в NMC: больше дальности, меньше кобальта
Почему примечательно:Увеличение содержания никеля в литий-никелево-марганцево-кобальтовом сплаве увеличивает плотность энергии, расширяя диапазон действия без увеличения размеров/веса. В то же время, это может снизить содержание кобальта — дорогостоящего и этически спорного металла.
Испытание:Снижение стабильности, повышенный риск растрескивания или взрыва, необходимость более строгой конструкции и термоконтроля, что приводит к увеличению затрат. Больше подходит для электромобилей премиум-класса.
Процесс с сухим электродом: минимизация использования растворителей, повышение эффективности производства
Почему примечательно:Вместо смешивания материалов с растворителями и последующей сушки, технология сухих электродов предполагает смешивание сухих порошков перед нанесением покрытия и прокаткой. Уменьшение количества растворителей снижает риски для окружающей среды, здоровья и безопасности; исключение этапа сушки сокращает время, повышает эффективность и уменьшает площадь производственных площадей, тем самым снижая затраты.
Статус развертывания:Tesla подала заявку на анод; LG и Samsung SGI тестируют линию.
Испытание:Переработка сухого порошка технически сложна и требует точной настройки для стабилизации массового производства.
Cell-to-Pack: используйте преимущество объема, добавьте около 80 км
Почему примечательно:Размещение ячейки непосредственно в аккумуляторной батарее без модуля позволяет разместить больше ячеек в том же объёме. По словам Пранава Джасвани, эта технология может увеличить запас хода примерно на 80 км и повысить максимальную скорость, одновременно снижая производственные затраты. Tesla, BYD и CATL уже используют её.
Испытание:Без модулей сложнее контролировать тепловую нестабильность и прочность конструкции; замена неисправных ячеек становится сложной и может потребовать даже вскрытия или замены всего кластера.
Кремниевый анод: высокая плотность энергии, быстрая зарядка за 6–10 минут
Почему примечательно:Добавление кремния к графитовому аноду увеличивает ёмкость аккумулятора (увеличивает запас хода) и ускоряет зарядку, при этом полная зарядка может занять всего 6–10 минут. Tesla уже добавила немного кремния; Mercedes-Benz и General Motors заявляют, что приближаются к массовому производству.
Испытание:Кремний циклически расширяется и сжимается, вызывая механическое напряжение и растрескивание, что со временем снижает его ёмкость. Это часто встречается в небольших аккумуляторах, например, в телефонах или мотоциклах.
| Технология | Основные преимущества | Испытание | Статус |
|---|---|---|---|
| ЛФП | Низкая стоимость, стабильность, медленная деградация | Низкая плотность энергии | Популярно в Китае; ожидается рост в ЕС/США |
| Высокое содержание никеля (NMC) | Увеличить плотность, уменьшить кобальт | Менее стабильный, высокая стоимость терморегулирования | Подходит для автомобилей высокого класса |
| Сухой электрод | Уменьшите количество растворителей, повысьте эффективность, снизьте затраты | Технические проблемы при работе с сухими порошками | Tesla (анод); LG, Samsung SGI протестированы |
| Ячейка-в-упаковку | Увеличить дальность полета примерно на 80 км, снизить стоимость | Регулировка тепла, трудно поддается ремонту | Приложения Tesla, BYD, CATL |
| Кремниевый анод | Увеличенный радиус действия, быстрая зарядка 6–10 минут | Расширение приводит к растрескиванию и потере производительности. | Приближается массовое производство |
Перспективные технологии, но пока далекие от рынка
Ион натрия: легко найти, недорогой, термостабильный
Почему примечательно:Натрий дёшев, распространён и проще в обработке, чем литий, что снижает затраты в цепочке поставок. Натрий-ионные аккумуляторы, по-видимому, более стабильны и хорошо работают при экстремальных температурах. CATL заявляет, что начнёт массовое производство в следующем году, и эти аккумуляторы могут занять до 40% китайского рынка легковых автомобилей.
Испытание:Ионы натрия тяжелее, обладают меньшей плотностью энергии и лучше подходят для стационарного хранения. Эта технология находится на ранней стадии развития, с небольшим количеством поставщиков и малочисленными проверенными процессами.
Твердотельные батареи: высокая плотность, безопасность, но сложность производства
Почему примечательно:Замена жидких/гелевых электролитов на твёрдые обещает более высокую плотность, более быструю зарядку, более длительный срок службы и меньший риск протечек. Toyota заявляет, что выпустит автомобиль с твёрдотельными аккумуляторами в 2027 или 2028 году. BloombergNEF прогнозирует, что к 2035 году на твёрдотельные аккумуляторы будет приходиться 10% производства и хранения электромобилей.
Испытание:Некоторые твердые электролиты плохо работают при низких температурах; для их производства требуется новое оборудование, сложно создавать бездефектные слои электролита; в отрасли еще не унифицирован выбор электролитов, что создает трудности в цепочке поставок.
Замечательная идея, но ее трудно популяризировать.
Беспроводная зарядка: максимальное удобство, минимальный расход
Почему примечательно:Некоторые производители утверждают, что парковка и зарядка без подключения к сети скоро станут доступны; Porsche демонстрирует прототип и планирует выпустить коммерческую версию в следующем году.
Испытание:По словам Пранава Джасвани, проводная зарядка теперь эффективнее и гораздо дешевле в установке. Беспроводная зарядка может появиться в некоторых нишевых случаях, например, когда автобусы заряжаются по пути следования, припаркованные на причалах, но вряд ли станет массовым решением.
Вывод: ожидания вполне обоснованы, но эволюция требует времени.
Наиболее перспективные технологии аккумуляторов сегодня – это, в основном, оптимизация литий-ионных систем: LFP для снижения стоимости, высоконикелевые аккумуляторы для повышения плотности, сухие электроды и технология Cell-to-Pack для снижения производственных затрат, кремниевые аноды для повышения скорости зарядки. В то же время, натрий-ионные и твердотельные аккумуляторы обладают долгосрочным потенциалом, но сталкиваются со множеством производственных сложностей. Как подчеркивают эксперты, даже небольшие изменения в электромобилях могут занять до 10 лет, и только усовершенствования, соответствующие стандартам безопасности и экономическим соображениям, получат шанс выйти на рынок.
