Электромобили стали гораздо популярнее за последние пять лет, но это несмотря на то, что они все еще сталкиваются с некоторыми проблемами, такими как ограниченный запас хода и низкая скорость зарядки. В результате многие покупатели не уверены в том, что электромобиль им подходит. Но есть одна технология, которую называют спасительницей от всех проблем EV, связанных с батареями, – это технология твердотельных батарей.
Эту технологию так долго превозносили, что на данный момент она кажется не только почти мифической, но и такой, что мы, возможно, никогда не увидим ее в реальном мире. Как же обстоят дела с твердотельными батареями сейчас, и насколько мы далеки от того, чтобы наконец увидеть их и воспользоваться их преимуществами?
Что такое твердотельные батареи?
Что такое твердотельная батарея? Твердотельные батареи сохраняют основы традиционной конструкции: анод и катод с пористым сепаратором посередине, а также вещество, через которое электроны перетекают с одной стороны на другую. Это, в свою очередь, создает электрическую цепь. Но если обычная батарея имеет внутри жидкий раствор электролита, то в твердотельной батарее сепаратором между анодом и катодом служит сам электролит.
Конечный результат? Батарея обладает гораздо большей энергетической плотностью, что позволяет производителям вмещать больше энергии в корпус того же размера или создавать батареи с аналогичным уровнем энергии, но гораздо меньшего размера. Еще одним важным преимуществом является то, что твердотельные батареи заряжаются гораздо быстрее, поэтому в случае с EV вам не придется проводить столько времени на зарядной станции, если, конечно, само зарядное устройство может обеспечить достаточную мощность.
Технология твердотельных батарей не является чем-то новым, но до сих пор ее было очень сложно производить и очень дорого внедрять, что не позволяло широко использовать твердотельные батареи. Именно здесь на помощь приходят инновации. Производители работают над тем, чтобы удешевить производство твердотельных аккумуляторов, что позволит им получить более широкое распространение.
«В настоящее время недостатком является высокая стоимость производства, связанная со способом изготовления твердого электролита и подачи его под давлением в ячейки. Кроме того, твердый электролит не очень хорошо проводит ионы лития, что снижает общую емкость и долговечность, стабильность. Благодаря R&D эти проблемы скоро будут решены»
- говорит доктор Риджа Джаян, доцент кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллон
Недалекое будущее
Но мы уже много лет слышим об этих новинках, а до сих пор не увидели их в электромобилях. Так как же далеко мы находимся от того, чтобы наконец-то получить электромобили с твердотельными батареями? Ну, они не совсем «уже рядом», но, возможно, нам придется подождать еще несколько лет.
«Почти все автопроизводители активно участвуют в гонке твердотельных батарей, применяя различные стратегии, собственные исследования, стратегические партнерства и прямые инвестиции в компании, производящие твердотельные батареи. Однако до коммерциализации твердотельных батарей еще несколько лет. Если судить по обязательствам и прогрессу, то коммерциализация твердотельных батарей может начаться в конце десятилетия. По общему мнению представителей отрасли, твердотельные батареи появятся на рынке к 2030 году»
- говорит Стефани Вальдес Стрейти, директор по отраслевым исследованиям Cox Automotive
По всей видимости, во многом это связано с конкуренцией. В то время как Toyota сделала несколько громких заявлений о твердотельных батареях в прошлом году, такие компании, как BMW, Mercedes-Benz и другие, тоже сделали свои заявления относительно этой технологии. Мало того, Toyota создала коалицию с Nissan и Panasonic, целью которой является увеличение производства твердотельных батарей в Японии, чтобы сохранить конкурентоспособность японских компаний на рынке батарей, где доминируют Китай и Южная Корея. В общем, гонка продолжается.
Но еще предстоит устранить некоторые недостатки, прежде чем твердотельные аккумуляторы станут доступными для потребителей.
Большие ожидания
Но как насчет шумихи? Действительно ли велика вероятность того, что мы увидим EV с запасом хода, приближающимся к 2000 км? Это еще предстоит выяснить.
Некоторые компании по-прежнему заявляют о значительном увеличении дальности хода EV, а Toyota считает, что сможет обеспечить дальность хода EV около 1400 км на одной зарядке. Однако это очень высокий показатель и, скорее всего, при использовании очень большой батареи, которая очень дорога в производстве. В итоге, по словам Джаяна, мы увидим новые аккумуляторные технологии в роскошных автомобилях от Mercedes.
Действительно, Mercedes делает успехи в области технологий твердотельных батарей – и даже недавно объявил, что в автомобилях следующего поколения будут использоваться твердотельные батареи, способные увеличить запас хода на «до 80%». Это произошло благодаря инвестициям в компанию Factorial, которая также получила инвестиции от Hyundai и Stellantis.
Factorial утверждает, что ее цель – увеличить дальность хода автомобилей EV нового поколения более чем на 1000 км, снизив при этом вес на 40%. Снижение веса не только помогает увеличить запас хода, но и уменьшает износ шин, а также облегчает передвижение EV по нашим дорогам.
Кроме того, технология твердотельных батарей имеет и преимущества с точки зрения безопасности.
«В таких батареях используются твердые электролиты, которые, как правило, не воспламеняются и более стабильны при высоких температурах, что снижает риск пожаров и утечек химических веществ»
- говорит Вальдес Стрити
Следующее поколение
Проще говоря, возможно, мы наконец-то подошли к переломному моменту, когда потребительские автомобили с твердотельными батареями будут готовы к эксплуатации.
Эксперты, похоже, согласны с этим. Эти батареи очень близки к тому, чтобы быть готовыми к выпуску, но они все еще дороги, что означает, что сначала мы увидим их в роскошных автомобилях с высокими ценниками. Однако простое внедрение в реальный мир поможет снизить стоимость их производства. Чем больше таких компаний, как Factorial, будут создавать эти батареи, тем больше будет совершенствоваться производство и снижаться стоимость, что позволит использовать твердотельные батареи в более дешевых автомобилях.
Кажется все более вероятным, что в ближайшие годы мы начнем видеть роскошные автомобили с очень большим запасом хода. Однако в то же время мы можем увидеть, как технология твердотельных батарей используется в более дешевых автомобилях – просто в виде более компактных твердотельных батарей, которые обеспечивают такой же запас хода, как и автомобили EV, которые сейчас находятся на дорогах.
По словам Джаяна, «твердотельные батареи предлагают многообещающий путь к созданию безопасных, доступных и дальнобойных электромобилей, которые также удовлетворяют все потребности потребителей, стремящихся отказаться от бензиновых автомобилей».