Состояние твердотельных аккумуляторов: возможно, мы находимся на пороге электромобильной революции

Электромобили, возможно, стали намного более популярными за последние пять лет или около того, но это несмотря на некоторые проблемы, с которыми они все еще сталкиваются, такие как ограниченный запас хода и медленная скорость зарядки. Результатом этих проблем является то, что многие покупатели не уверены, подойдет ли им электромобиль. Но есть одна технология, которую называют спасителем всех проблем электромобилей, связанных с аккумуляторами, — это технология твердотельных аккумуляторов.

Эту технологию так долго разрекламировали, что на данный момент она кажется не только почти мифической, но и так, как будто мы никогда не увидим ее в реальном мире. Итак, каково сейчас состояние твердотельных батарей и как далеко мы от того, чтобы наконец увидеть их и пожинать плоды? Вот посмотрите.

Что такое твердотельные аккумуляторы?

Что такое твердотельный аккумулятор в первую очередь? Твердотельные батареи сохраняют основы традиционной конструкции батарей, предлагая анод и катод с пористым сепаратором посередине, а также вещество, через которое электроны перетекают с одной стороны на другую. Это, в свою очередь, создает цепь. Но в то время как обычная батарея построена с раствором жидкого электролита внутри, твердотельная батарея вместо этого делает сепаратор между анодом и катодом самим электролитом.

Конечный результат? Аккумулятор гораздо более энергоемкий, что позволяет производителям помещать больше энергии в корпус того же размера или создавать батареи аналогичного уровня энергии, но гораздо меньшего размера. Еще одним большим преимуществом является тот факт, что твердотельные аккумуляторы заряжаются гораздо быстрее, поэтому в случае с электромобилем вам не придется тратить так много времени на зарядной станции, при условии, что само зарядное устройство может обеспечить достаточную мощность.

Технология твердотельных батарей не обязательно нова, но до сих пор ее было очень сложно производить и очень дорого внедрять, что препятствовало широкому использованию твердотельных батарей. Вот тут-то и приходят на помощь инновации. Производители работают над тем, чтобы сделать твердотельные батареи более дешевыми в производстве, чтобы их можно было использовать на гораздо более широком уровне.

«В настоящее время к минусам относятся более высокие производственные затраты, связанные со способом изготовления твердого электролита и его подачи в элементы под давлением», — сказал доктор Риджа Джаян, доцент кафедры машиностроения в Университете Карнеги-Меллона . «Кроме того, твердый электролит не очень хорошо проводит ионы лития, что снижает общую емкость, долговечность и стабильность. Благодаря исследованиям и разработкам эти проблемы вскоре будут решены».

Не столь отдаленное будущее

Но мы слышим об этих новых инновациях уже много лет и еще не видели их в электромобилях. Итак, насколько далеки мы от того, чтобы наконец получить электромобили с твердотельными батареями? Что ж, они не совсем уж не за горами, но, возможно, нам придется подождать еще несколько лет.

«Почти все автомобильные [производители] активно участвуют в гонке твердотельных аккумуляторов, используя различные стратегии, такие как собственные исследования, стратегическое партнерство и прямые инвестиции в компании по производству твердотельных аккумуляторов», — сказала Стефани Вальдес Стрити, отраслевой представитель Cox Automotive. директор по инсайтам . «Однако до коммерциализации твердотельных батарей осталось еще несколько лет. Основываясь на обязательствах и прогрессе, мы можем начать видеть коммерциализацию твердотельных батарей в конце десятилетия. По общему мнению представителей отрасли, твердотельные устройства появятся на рынке к 2030 году».

Во многом это, по-видимому, сводится к конкуренции. В то время как в прошлом году Toyota сделала несколько довольно крупных анонсов твердотельных аккумуляторов , такие компании, как BMW, Mercedes-Benz и другие, также сделали заявления относительно этой технологии. Мало того, Toyota фактически создала коалицию с Nissan и Panasonic, целью которой является увеличение производства твердотельных аккумуляторов в Японии, чтобы сохранить конкурентоспособность японских компаний в аккумуляторной сфере, где доминируют Китай и Южная Корея. В общем, гонка началась.

Но прежде чем твердотельные батареи станут пригодными для потребителей, еще предстоит устранить некоторые трудности.

Высокие ожидания

Но как насчет хайпа? Действительно ли вероятно, что мы в конечном итоге увидим электромобили с запасом хода около 1000 миль? Ну, это во многом еще предстоит выяснить.

Некоторые компании по-прежнему заявляют о значительном увеличении запаса хода электромобилей, а Toyota считает, что может обеспечить запас хода электромобилей около 900 миль на одной зарядке. Однако это очень высокий уровень и, вероятно, с очень большой батареей, производство которой очень дорого. Конечным результатом, по словам Джаяна, является то, что мы впервые увидим новую технологию аккумуляторов в роскошных автомобилях, таких как Mercedes.

«Со временем мы увидим снижение цен», — говорит она.

Действительно, Mercedes добился успехов в технологии твердотельных аккумуляторов — и даже недавно объявил, что в ее автомобилях следующего поколения будут использоваться твердотельные аккумуляторы, которые могут увеличить запас хода «до 80%». Это произошло благодаря инвестициям в компанию по производству аккумуляторов Factorial, которая также получила инвестиции от Hyundai и Stellantis.

В компании Factorial заявляют, что ее цель — увеличить запас хода для электромобилей следующего поколения более чем на 600 миль, одновременно снизив вес на 40%. Снижение веса не только помогает увеличить запас хода, но также снижает износ шин и облегчает движение электромобилей по нашим дорогам.

Технология твердотельных аккумуляторов даже дает преимущества в плане безопасности.

«В этих батареях используются твердые электролиты, которые, как правило, негорючи и более стабильны при высоких температурах, что снижает риск возгораний и утечек химических веществ», — сказал Вальдес Стрити.

Следующее поколение

Проще говоря, мы, возможно, наконец-то подошли к переломному моменту создания готовых к использованию автомобилей с твердотельными батареями.

Эксперты, похоже, согласны. Эти батареи очень близки к тому, чтобы быть готовыми к использованию в прайм-тайм, но они все еще дороги, а это значит, что мы впервые увидим их в роскошных автомобилях с высокими ценниками. Однако простое внедрение их в реальный мир поможет снизить производственные затраты. Чем больше такие компании, как Factorial, будут производить эти батареи, тем больше это улучшит производство и снизит затраты, что позволит использовать твердотельные батареи для более дешевых автомобилей.

Кажется все более вероятным, что в годы, предшествующие следующему десятилетию, мы начнем видеть роскошные автомобили с чрезвычайно большим запасом хода. В то же время, однако, мы все еще можем увидеть технологию твердотельных аккумуляторов, используемую в более дешевых электромобилях — просто в форме меньших твердотельных батарей, которые обеспечивают такой же запас хода, что и электромобили, которые сейчас находятся на дорогах.

По словам Джаяна, «твердотельные аккумуляторы открывают многообещающий путь к созданию безопасных, доступных и дальнобойных электромобилей, которые также удовлетворяют все потребности потребителя, пытающегося отказаться от бензиновых автомобилей».