Состоящий из 14 европейских партнёров консорциум Horizon 2020 SOLiDIFY сообщил о создании прототипа литиевого аккумулятора с твёрдым электролитом, который по плотности энергии превзошёл классические литийионные батареи. Вдобавок разработчики обещают простой и доступный процесс массового производства новых ячеек при комнатной температуре, что действительно важно.

Источник изображения: Imec

Сообщается, что лабораторный экземпляр литийметаллического твердотельного аккумулятора запасает 1070 Вт·ч/л энергии, что значительно выше 800 Вт·ч/л у современных литиевых аккумуляторов. Такие показатели новинка достигла с помощью сочетания толстого 100-мкм NMC-катода (никель, марганец и кобальт), который и запасает энергию с высокой плотностью, отделенного от тонкого металлического литиевого анода тонким 20-мкм слоем твёрдого и невоспламеняемого электролита.

Электролит представлен полимером, преобразованным из жидкости в твёрдое вещество, который совместно разработали imec, Empa и SOLVIONIC. Это специальный полимер, который отвердевает в процессе изготовления аккумулятора, делая процесс относительно недорогим и простым.

Прототип высокопроизводительного литийметаллического твердотельного аккумулятора был изготовлен в современной аккумуляторной лаборатории EnergyVille в Бельгии. По оценкам представителей консорциума, стоимость производства аккумуляторов ёмкостью 1 кВт·ч обойдётся в €150. При этом перенастроить современные линии производства литиевых аккумуляторов на перспективные труда не составит, уверяют разработчики.

Увы, есть у перспективного аккумулятора и минусы, главным из которых является низкая долговечность. Пока для новинки заявляется всего 100 циклов перезаряда. Кроме того, он очень медленно заряжается — до 3 ч. Для коммерческого аккумулятора такое недопустимо, но разработчики обещают работать в направлении улучшения как одного, так и второго показателя.

Компания Contemporary Amperex Technology (CATL) представила новую аккумуляторную батарею Tianxing-B (Tectrans B), которая предназначена для использования в электробусах. По заявлению разработчиков, плотность хранения энергии в новом аккумуляторе составляет 175 Вт·ч/кг, а его главная особенность — повышенная износостойкость. Аккумулятор способен обеспечить до 1,5 млн км пробега или эксплуатироваться в течение 15 лет.

Источник изображений: carnewschina.com

Во время онлайн-презентации Tianxing-B говорилось, что компания будет предоставлять на новинку 10 лет гарантии или 1 млн км пробега. Благодаря корпусу, который защищает аккумулятор от влаги по стандарту IP69, батарея может находиться под водой до 72 часов. CATL планирует задействовать Tianxing-B в 80 разных моделях электробусов и уже успела заключить партнёрские соглашения с 13 производителями транспортных средств на электрической тяге, включая Dongfeng, Golden Dragon и Yutong Bus.

Отмечается, что CATL использует разные названия для батареи Tianxing-B. Иногда её называют Tianxing Bus Edition или Tianxing B-series. Сам бренд ранее носил имя Tianxing, но на недавнем мероприятии, посвящённом презентации аккумулятора в Германии, CATL назвала его Tectrans. Под брендом Tianxing компания выпускает аккумуляторы для коммерческих электромобилей.

Одним из новых продуктов подразделения стал аккумулятор Tianxing-L для легковых авто, обеспечивающий ёмкость до 200 кВт·ч, плотность хранения энергии 200 Вт·ч/кг с гарантией в течение 8 лет или 800 тыс. км пробега. Он также поддерживает технологию быстрой зарядки 4C, которая позволяет восполнить 60 % энергии за 12 минут.

Первоначальный «мастер-план», с которым глава Tesla Илон Маск (Elon Musk) выступил несколько лет назад, подразумевал активное наращивание объёмов выпуска литийионных аккумуляторов типоразмера 4680. Поскольку регулярно возникают слухи о проблемах с масштабированием их производства, на прошлой неделе Tesla сообщила, что недавно выпустила 100-миллионную ячейку такого типа.

Источник изображения: Tesla, X

На фото, иллюстрирующее данное заявление, компания Tesla в социальной сети X изобразила человекоподобного робота Optimus, держащего в руке «юбилейную» 100-миллионную аккумуляторную ячейку типоразмера 4680. По данным знакомых с ситуацией на предприятии Tesla в Техасе источников, подобные роботы хоть и задействованы на простейших операциях при производстве аккумуляторных ячеек такого типа, особого вклада в их выпуск пока не делают.

Ста миллионов аккумуляторных ячеек хватит для выпуска примерно 100 тысяч электромобилей. Если учесть, что только по итогам текущего года Tesla рассчитывает выпустить 1,8 млн машин, пропорция оснащаемых ячейками типа 4680 электромобилей невелика. Помимо американской версии кроссовера Model Y, такими элементами комплектуются электрические пикапы Cybertruck. Объёмы их выпуска даже в планах Tesla не превысят 250 000 штук в год, поэтому имеющихся возможностей компании по выпуску ячеек типа 4680 с лихвой хватает для производства пикапов. В дальнейшем на элементы 4680 могли бы перейти электрические грузовики Tesla Semi, но пока они используют более традиционные для продукции марки ячейки типоразмера 2170.

Самый прочный в мире аккумулятор, разработанный учёными Технического университета Чалмерса (CTH) в Швеции, может увеличить запас хода электромобилей на 70 % и открыть путь к созданию мобильных устройств тоньше банковской карты. Уникальность технологии заключается в использовании углеродного волокна в качестве электродов, что позволяет исключить металлы, такие как мeдь и алюминий, увеличивающие массу. Это может стать решающим фактором в преодолении ключевого барьера на пути к масштабной электрификации транспорта — ограниченного запаса хода.

Источник изображения: Henrik Sandsjö / Chalmers University of Technology

Несмотря на растущую популярность электромобилей, переход на полностью электрифицированный транспорт, свободный от ископаемого топлива, остаётся задачей с множеством неизвестных. Особенно остро эта проблема стоит в сфере дальних перевозок, осуществляемых морским и воздушным транспортом, требующим энергоёмкого, но лёгкого топлива, способного обеспечить нужный запас энергии. Традиционные аккумуляторы, хотя и экологичнее, но значительно уступают ископаемому топливу по энергоёмкости и весу.

Структурные аккумуляторы предлагают элегантное решение этой многогранной проблемы благодаря способности выполнять несущую функцию в конструкции устройства, превращаясь из «мёртвого груза» в функциональный элемент. Для транспортных средств это означает не только снижение общего веса, но и уменьшение энергопотребления, что напрямую влияет на увеличение запаса хода.

Исследовательская группа под руководством Лейфа Аспа (Leif Asp), профессора материаловедения и вычислительной механики в CTH, подтвердила, что углеродные волокна могут накапливать электрическую энергию и использоваться в качестве электродов в литийионных батареях. К 2021 году группа учёных повысила прочность и электрическую ёмкость батареи до плотности энергии 24 Вт·ч/кг, которая в новых отчётах была увеличена до 30 Вт·ч/кг.

Хотя эти значения всё ещё уступают стандартным литийионным аккумуляторам, важно отметить, что структурные аккумуляторы не обязательно должны достигать таких же высоких показателей ёмкости, чтобы быть эффективными. Их главное преимущество заключается в многофункциональности и способности интегрироваться в конструкцию устройства, что позволяет достичь значительного снижения общего веса и повышения энергоэффективности. «Наши расчёты показывают, что электромобили могли бы проезжать до 70 % больше, чем сегодня, если бы они были оснащены конкурентоспособными структурными аккумуляторами», — говорится в заявлении Аспа.

Структурный аккумулятор, разработанный в CTH, изготовлен из композитного материала и использует углеродные волокна для положительного и отрицательного электродов. В предыдущих версиях батареи сердцевина положительного электрода была сделана из алюминиевой фольги. В новой версии исследователи применили инновационный подход и покрыли углеродные волокна литий-железо-фосфатом (LFP), что позволило значительно повысить эффективность и прочность батареи. Углеродное волокно в данной конструкции служит не только электродом, но и армирующим элементом, коллектором тока и основой для накопления лития на катоде, одновременно выступая в роли электрического коллектора и активного материала в аноде. Это позволяет создавать аккумулятор без использования традиционных материалов, таких как мeдь или алюминий.

Исследователям также удалось повысить жёсткость аккумулятора, что позволяет ему выдерживать нагрузки, сопоставимые с алюминием, но при значительно меньшем весе. «Можно представить, что мобильные телефоны толщиной с кредитную карту или ноутбуки, весящие вдвое меньше нынешних, появятся совсем скоро. Потребуются крупные инвестиции, чтобы удовлетворить сложные энергетические потребности транспортной отрасли, но именно в этой сфере данная технология может произвести наиболее значительный эффект», — заявил Асп.

Инновационный аспект разработки состоит ещё и в том, что ионы лития в аккумуляторе перемещаются через полутвёрдый электролит, что существенно снижает риск возгорания — это критически важное преимущество с точки зрения безопасности, особенно в транспортных средствах. Однако на данный момент аккумулятор не может обеспечивать высокую мощность, и это направление стало одним из приоритетных для команды учёных.

В 2021 году компания Mercedes-Benz заключила с американским стартапом Factorial соглашение о совместной разработке технологий по созданию твердотельных аккумуляторов, в 2022 году она вложила в капитал партнёра $200 млн, а теперь он представил свои батареи Solstice, которые обещают увеличить запас хода на 80 % по сравнению с обычными литийионными.

Источник изображения: Factorial

Компании удалось добиться плотности хранения заряда на уровне 450 Вт·ч/кг, чего достаточно для увеличения запаса хода на 80 % по сравнению с традиционными литийионными аккумуляторами, использующими жидкий электролит. Во-вторых, Factorial будет использовать так называемую «сухую» технологию изготовления катода, которая позволяет сократить энергозатраты на производство батарей, а также ускорить данный процесс и снизить негативное влияние на окружающую среду.

Полностью твердотельный электролит сульфидного типа позволяет батареям Factorial безопаснее переносить воздействие высоких температур более 90 градусов Цельсия и снизить риск возгорания. В свою очередь, подобная стойкость к повышенным температурам снижает требования к производительности систем охлаждения батареи, а это в совокупности позволяет снизить массу силовой установки электромобиля. Кроме того, возросшая плотность хранения электроэнергии позволяет уменьшить габаритные размеры батареи и её массу.

Оснащённые такими батареями электромобили смогут проезжать до 1000 км без подзарядки, при этом массу удастся снизить на 40 %, а габаритные размеры тяговой батареи — на треть. Ожидается, что поставки серийных версий батарей Solstice компания начнёт к концу текущего десятилетия. Mercedes-Benz рассчитывает оказаться в числе первых клиентов, за счёт данного типа технологий выделяя свои электромобили среди предложений конкурентов. Последние, впрочем, тоже не сидят без дела, и как минимум японские автоконцерны к тому временем намереваются вывести на рынок собственные твердотельные тяговые аккумуляторы.

При производстве современных литиевых аккумуляторов для электротранспорта, как поясняет сайт CleanTechnica, сейчас используется метод предварительного заряда с использованием слабой силы тока, но исследования Университета Вашингтона и Стэнфордского университета, проводимые при участии корпорации Toyota, позволили обнаружить простой способ увеличения эффективного срока использования тяговой батареи на 50 %.

Сейчас свежевыпущенную батарею принято заряжать слабым током в течение десяти часов, чтобы способствовать формированию на отрицательном электроде полутвердотельного слоя, который защищает оставшийся в электроде литий от нежелательных химических реакций. При медленной первичной зарядке и формировании данного слоя теряется до 9 % лития, и чем выше сила тока, тем больше теряется ионов лития. Между тем, американские исследователи после экспериментов почти с двумя сотнями литийионных ячеек пакетного типа пришли к выводу, что кратковременная зарядка при повышенной силе тока позволяет увеличить дальнейший эксплуатационный ресурс батареи в среднем на 50 %, причём у наиболее удачных экземпляров аккумуляторов прирост достигал приличных 70 %.

Недостатком данного метода, который подразумевает переход к 20-минутной зарядке при высоких силах тока, является высокая потеря ионов лития, которая может достигать 30 %. Впрочем, продолжительность срока службы аккумуляторов по мере распространения электромобилей начинает обретать большую важность, поэтому в данном случае производители батарей должны определиться, что для них важнее. Более долговечные батареи, с одной стороны, сделают электромобили более привлекательными на вторичном рынке, особенно с учётом высокой удельной доли стоимости батареи в цене машины.

Кроме того, если одна и та же батарея сможет пережить несколько электромобилей, на рынке появится больше сторонников концепции сменных тяговых аккумуляторов. Сейчас подобные станции распространяет в Китае и за его пределами компания Nio. На замену тяговой батареи на автоматизированной станции уходит не более пяти минут, водителю даже не приходится при этом выходить из машины. Электромобиль Nio можно приобрести без батареи, а затем арендовать её за определённую месячную плату. При необходимости преодоления большого расстояния за короткий промежуток времени можно арендовать аккумулятор повышенной ёмкости. Если же стандартизованная тяговая батарея будет оставаться в собственности у автовладельца после смены электромобилей, это позволит снизить затраты на такой обмен.

Южнокорейская компания Samsung SDI сообщила сегодня, что заключила с американской корпорацией General Motors соглашение о строительстве в штате Индиана совместного предприятия по выпуску тяговых аккумуляторов для электромобилей. Проект потребует инвестиций в размере $3,5 млрд и позволит на первых порах ежегодно выпускать аккумуляторов на 27 ГВт·ч совокупной ёмкости.

Источник изображения: Samsung SDI

Впервые о намерениях построить совместное предприятия партнёры заявили ещё в апреле 2023 года, как напоминает Reuters. Тогда упоминалось о сумме инвестиций, превышающей $3 млрд, а проектная мощность предприятия рассчитывалась на уровне 30 ГВт·ч совокупной ёмкости ежегодно выпускаемых аккумуляторов. Первоначально ожидалось, что к массовому производству тяговых батарей предприятие в Индиане приступит в 2026 году, но сейчас в этом контексте упоминается уже 2027 год. В перспективе предприятие может увеличить свою годовую выработку до 36 ГВт·ч в год.

Как отметил вице-президент GM Курт Келли (Kurt Kelly), на предприятии в Индиане будут выпускаться аккумуляторные ячейки призматического типа. Их появление в ассортименте тяговых батарей, используемых GM, поможет улучшить характеристики и снизить себестоимость электромобилей концерна. В прошлом году отмечалось, что предприятие в Индиане сможет производить как призматические, так и цилиндрические аккумуляторные ячейки. В июне этого года руководство GM пересмотрело прогноз по количеству выпущенных в текущем году электромобилей, сократив его с 300 до 250 тысяч машин. Такая коррекция не помешала компании объявить о строительстве предприятия по выпуску тяговых батарей в США.

Будущее аккумуляторов за соединениями марганца, уверены учёные из Массачусетского технологического института, что сделает их дешевле и ёмче. Чтобы доказать это, исследователи создали катодный материал с высоким содержанием этого минерала, который в 30 раз дешевле кобальта. Но дело не только в цене. Потенциально катоды с высоким содержанием марганца обеспечат более высокую плотность запасаемой энергии и ряд других преимуществ.

Источник изображения: MIT

В своей работе над более совершенными электродами аккумуляторов исследователи изучали так называемые материалы с разупорядоченной структурой каменной соли (disordered rock salt, DRX). Это не та каменная соль, которая называется ещё поваренной. Как правило, DRX — это оксиды, например, оксид лития, но не обязательно. Учёные уже подтвердили необычно высокий потенциал DRX-материалов для изготовления анодов и катодов аккумуляторов. Но у них обнаружился существенный недостаток — низкий уровень циклирования. Они быстро истощались — приходили в негодность как накопители и проводники ионов.

«В катодных материалах обычно существует компромисс между плотностью энергии и стабильностью циклирования ... и в этой работе мы стремимся выйти за рамки, разработав новую химию катодов, — поясняют изобретатели. — (Представленное) семейство материалов обладает высокой плотностью энергии и хорошей стабильностью при циклировании, поскольку в нём используются два основных типа катодных материалов — каменная соль и полианионный оливин, поэтому оно обладает преимуществами обоих».

Иными словами, учёные подобрали такое соотношение DRX и полианионов (это большой спектр соединений с избытком отрицательно заряженных групп), при котором сохранялась бы высокая плотность энергии и возможность множественного перезаряда. Некоторой проблемой стала высокая подвижность кислорода в катоде при заряде аккумуляторов высоким напряжением — ещё одна изюминка новых аккумуляторов, однако она была решена введением связывающего кислород вещества — фосфора.

В идеальном случае электроды на основе DRX-материалов могут обеспечить до 350 мА·ч/г, тогда как традиционные катоды обеспечивают плотность хранения энергии не выше 200 мА·ч/г. Добавка полианионов обеспечит им стабильность множества циклов заряда и разряда, а использование марганца вместо никеля и, особенно, кобальта, сделает производство аккумуляторов дешевле. Но всё это в будущем. Еще предстоит много исследовательской работы, чтобы коммерческое производство электродов из DRX-материалов стало реальностью.

Норвежцы первыми в Европе импортозаместили производство литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов. На днях там официально открылась первая в этой части света фабрика по выпуску перспективных аккумуляторов. Мощность производства составит 1 ГВт·ч в год с перспективной многократного роста до внушительных 43 ГВт·ч в год к 2028 году.

Пример призматических аккумуляторов

Четыре года назад завод по выпуску первых в Европе LFP-аккумуляторов предложила построить компания Morrow Batteries. Для этого был выбран город Арендал в южной Норвегии. Строительство началось около двух лет назад, а уже в конце 2023 года предприятие начало рассылать образцы продукции заинтересованным клиентами. Официально предприятие было введено в строй 16 августа 2024 года в присутствии премьер-министра Норвегии Йонаса Гар Стёре (Jonas Gahr Støre). Выпуск коммерческой продукции начнётся ближе к концу текущего года.

На первом этапе завод будет выпускать LFP-аккумуляторы для систем хранения энергии от небольших до коммунальных. Батареи будут выпускаться в призматическом формфакторе, свойственном этому типу аккумуляторов. Впоследствии компания обещает перейти к производству более совершенных литий-никель-марганцево-оксидных аккумуляторов «следующего поколения» (LNMO), которые содержат меньше лития и не имеют кобальта в электродах, а также планирует выпускать аккумуляторы для мобильных устройств.

Завод по производству аккумуляторов в Норвегии. Источник изображения: Morrow Batteries

Производство планируется значительно расшириться к 2028 году. Предусмотрено создание ещё трёх производственных площадок, каждая из которых будет производить до 14 ГВт·ч аккумуляторов в год. Это отличный ход не только для Норвегии, но и для европейского рынка, который страдает от засилья аккумуляторов китайского производства.

Принадлежащая китайской Geely марка Zeekr в декабре прошлого года представила тяговую батарею Golden Battery, которая по своему химическому составу повторяла разработанную BYD передовую Blade Battery. Второе поколение батареи Zeekr способно увеличивать заряд с 10 до 80 % за 10,5 минуты, и оно уже доступно покупателям обновлённого электрического седана Zeekr 007.

Источник изображения: Zeekr

Сегодня компания начала принимать заказы на обновлённые Zeekr 001 и 007 следующего модельного года. Был пересмотрен ассортимент комплектаций, обе машины получили в большинстве из них более продвинутый автопилот SEA Intelligent Driving 2.0 на базе лидаров и пары процессоров Nvidia Orin X. Самое главное, что обновлённый седан Zeekr 007 в старших комплектациях начал оснащаться передовой тяговой батареей Golden Battery, которая в сочетании с напряжением бортовой сети 800 В способна восполнять заряд с 10 до 80 % за 10 с половиной минут. Этого должно быть достаточно для преодоления дистанции в 482 км по циклу CLTC.

Как поясняет CnEVPost, пяти минут зарядки достаточно для восполнения 265 км запаса хода по условному циклу CLTC, а за 15 минут можно восполнить запас хода на 582 км. В целом, оснащаемые такой батареей ёмкостью 75 кВт‧ч седаны Zeekr 007 способны преодолевать без подзарядки 688 км по циклу CLTC. Новая батарея по скорости зарядки даже превосходит более дорогие трёхкомпонентные аккумуляторы, сочетающие в своём составе никель, марганец и кобальт. Второе поколение Golden Battery заряжается на 30 % быстрее, чем батарея первого поколения, которая за 15 минут зарядки набирала запас хода не более 500 км. По словам Zeekr, данная тяговая батарея является рекордсменом по скорости зарядки среди всех выпускаемых серийно. Обновлённому Zeekr 001 новые батареи пока не достались.

С января по июнь текущего года включительно во всём мире было реализовано тяговых аккумуляторов для электромобилей совокупной ёмкостью 364,6 ГВт·ч, что на 22,3 % больше итогов аналогичного периода прошлого года. Лидером рынка с долей 37,8 % осталась китайская компания CATL.

Источник изображения: CATL

Подобными выдержками из отчёта аналитической компании SNE Research традиционно делится ресурс CnEVPost. Компания CATL за первое полугодие смогла увеличить выработку тяговых аккумуляторов на 29,5 % до 106,3 ГВт·ч в годовом сравнении. Никто из производителей тяговых аккумуляторов по-прежнему не занимает более 30 % рынка, кроме CATL. В первой половине прошлого года CATL занимала 35,7 % рынка, а с января по май текущего смогла увеличить свою долю до 37,5 %.

На втором месте с большим отставанием расположилась китайская BYD, самостоятельно выпускающая батареи для электромобилей одноимённой марки. В первой половине текущего года BYD увеличила выработку тяговых аккумуляторов на 22 % до 57,5 ГВт·ч, её доля на мировом рынке не превысила 15,8 %. Компания демонстрирует стабильность своих рыночных позиций. Год назад её доля достигала те же значений, а за первые пять месяцев данный показатель не превысил 15,7 %.

В январе и феврале BYD даже уступила второе место южнокорейской LG Energy Solution, но уже к марту вернулась на прежнюю позицию. Корейский производитель за первое полугодие выпустил тяговых аккумуляторов на 46,9 ГВт·ч, что на 5,7 % больше итогов аналогичного периода прошлого года. Сейчас LG Energy Solution контролирует не более 12,9 % мирового рынка тяговых аккумуляторов, хотя год назад её доля была на два процентных пункта выше.

Прочие места в десятке лидеров по итогам первого полугодия распределились следующим образом: SK On (4,8 %), CALB (4,6 %), Samsung SDI (4,5 %), Panasonic (4,4 %), Gotion High-tech (2,5 %), Eve Energy (2,1 %) и Sunwoda (2,1 %). Находящиеся за пределами первой десятки производители сообща контролируют не более 8,7 % мирового рынка тяговых аккумуляторов.

Компания Group1 выпустила первый в мире калиево-ионный аккумулятор, выполненный в широко распространённом цилиндрическом форм-факторе 18650. Новинка была представлена в рамках 14-й ежегодной конференции Beyond Lithium, и она может стать важным шагом на пути создания стабильных и экономически выгодных альтернатив привычным литийионным батареям.

Источник изображений: Group1

Калиево-ионные батареи формата 18650 относятся к категории перезаряжаемых аккумуляторов. В качестве носителя заряда в них используются ионы калия, тогда как в литийионных аналогах эту роль исполняют ионы лития. В дополнение к этому представленное изделие выполнено в том же форм-факторе, что и широко распространённые литийионные батареи — диаметр 18 мм и длина 65 мм.

В компании отметили, что инновационная калиево-ионная батарея стала результатом многолетних исследований и разработок. Особого внимания заслуживает впечатляющая производительность представленного источника питания. В ходе серии испытаний было установлено, что он не только оправдал, но и превзошёл ожидания исследователей.

В сообщении сказано, что батарея продемонстрировала выдающуюся долговечность, что говорит о её способности выдержать множество циклов зарядки/разрядки до существенного снижения ёмкости. Эта особенность крайне важна для разных сфер применения, включая электромобили, где долговечность аккумулятора имеет важнейшее значение. Кроме того, калиево-ионный аккумулятор показал высокую энергоёмкость.

Калиево-ионный аккумулятор работает при стабильном напряжении 3,7 В, а значит, его можно использовать в современных электронных устройствах. Он также демонстрирует тенденцию к достижению гравиметрической плотности энергии на уровне 160-180 Вт·ч/кг, что соответствует аналогичному показателю у литий-железо-фосфатных батарей. Высокая плотность хранения указывает на то, что батарея может накапливать значительное количество энергии по отношению к своей массе. Это делает калиево-ионную батарею подходящей для использования в сегментах, где требуется высокая производительность, например, в электромобилях и портативной электронике.

Любопытно, что решение создать калиево-ионный аккумулятор формата 18650 является стратегическим. Поскольку батареи 18650 имеют широкое распространение, калиево-ионный аналог будет совместим с большим количеством современных устройств. В Group1 уверены, что калиево-ионная батарея может стать достойной заменой для литий-ионной и натрий-ионной батарей.

Потребность в литии на Земле настолько велика, что вскоре это может стать проблемой глобального масштаба. Его ресурсы на планете крайне ограничены, тогда как спрос на это базовое сырьё для производства аккумуляторов постоянно растёт. Одним из решений проблемы дефицита лития может стать его извлечение из отработанных аккумуляторов. Однако пока это крайне затратный, грязный и очень длительный процесс. Но его можно ускорить, утверждают учёные.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Исследователи из Университета Райса работали над созданием «зелёной» технологии извлечения лития из бывших в употреблении батарей. Они начали с того, что позаимствовали рецепт растворителя из области «зелёной» химии. Химики, как и все остальные озабоченные экологией учёные, искали для реакций с растворителями что-то более безопасное для окружающей среды. Такой находкой стали открытые в начале 2000-х годов глубокие эвтектические растворители (ГЭР или DES, по-английски). Это экологически чистые жидкости, которые оказались способны осаждать литий и другие металлы из раствора.

«Скорость [традиционного] восстановления очень низкая, потому что литий обычно выпадает в осадок последним после всех других металлов, поэтому нашей целью было выяснить, как мы можем воздействовать конкретно на литий, — пояснила Сальма Алхашим (Salma Alhashim), которая является одним из ведущих авторов исследования. — Здесь мы использовали DES, представляющий собой смесь хлорида холина и этиленгликоля, зная из нашей предыдущей работы, что во время выщелачивания в этом DES литий оказывается в окружении хлорид-ионов из хлорида холина и выщелачивается в раствор».

Но это было лишь частичным решением проблемы ускоренного восстановления лития из раствора. В целом было известно о таком свойстве хлорида холина, как усиленное поглощение этим соединением микроволнового излучения. И это стало отличным катализатором процесса! Исследователи смогли выделить литий почти в 100 раз быстрее, чем в традиционной масляной ванне. Фактически, им потребовалось всего 15 минут, чтобы восстановить 87 % лития — процесс, который занял бы 12 часов при использовании масляной ванны.

«Это позволило нам избирательно выщелачивать литий по сравнению с другими металлами, — рассказала Сохини Бхаттачарья (Sohini Bhattacharyya ), другой ведущий автор работы. — Использование микроволнового излучения для этого процесса сродни тому, как кухонная микроволновая печь быстро разогревает пищу. Энергия передается непосредственно молекулам, благодаря чему реакция протекает намного быстрее, чем при обычных методах нагрева».

Поскольку химические составы DES-растворителей меняются достаточно гибко, их можно настраивать на извлечение других элементов из растворов, например, кобальта или никеля. Процесс оказывается настолько чистым и быстрым, что это может многое изменить в будущих цепочках поставок и утилизации литийсодержащих аккумуляторов.

Компания Samsung раскрыла подробности о своих перспективных аккумуляторах с твердотельным электролитом. Новейшая технология твердотельных аккумуляторов Samsung изначально будет использоваться в электромобилях премиум-класса. Она обеспечит им запас хода до 1000 км. Новые твердотельные батареи Samsung начнёт массово производить в 2027 году.

Источник изображений: The Elec / Lee Min-jo

Технология твердотельных аккумуляторов обещает исключить риск возгорания, увеличить запас хода электромобиля и сократить время зарядки. Samsung сообщила, что несколько автопроизводителей уже тестируют образцы данных аккумуляторов, однако компания не уточнила, кто именно.

«Мы поставляли образцы батарей клиентам с конца прошлого года по начало текущего года и получаем от них положительные отзывы», — цитирует издание The Elec слова вице-президента Samsung SDI Ко Джу Ёна (Koh Joo-young), выступавшего на конференции SNE Battery Day 2024 в Сеуле.

Изначально твердотельные аккумуляторы для электромобилей не будут дешёвыми, поэтому они будут применяться только в «суперпремиальных электромобилях», обеспечивая им запас хода от 900 до 1000 км (от 559 до 621 мили) от одной зарядки и повышенную безопасность.

По словам Ко Джу Ёна, замена батарей на твердотельные позволит сократить вес и занимаемое аккумулятором пространство, что в перспективе может привести к снижению стоимости самого транспортного средства. Поэтому, отмечает Джу Ён, автопроизводители заинтересованы в них.

Samsung также работает над другими типами батарей для премиального сегмента электромобилей, например, литий-никель-кобальт-алюминий-оксидными аккумуляторами (NCA), в которых катод изготавливается из сплавов оксида лития, никеля, кобальта и алюминия. Преимуществами аккумуляторов данного типа являются высокая удельная энергоёмкость, длительный срок службы и высокая удельная мощность. Для сегмента электромобилей начального уровня Samsung разрабатывает более простые «полутвердотельные» аккумуляторы. Кроме того, компания работает над LFP-батареями и аккумуляторами, в которых содержится меньше никеля, что делает их более дешёвыми.

В ходе своей презентации Samsung также повторила свои планы по началу производства к 2029 году батарей, которые смогут заряжаться за 9 минут и будут рассчитаны на службу в 20 лет. На мероприятии SNE Battery Day 2024 также выступали представители LG Energy, конкурента Samsung в производстве батарей для электромобилей. LG является одним из крупнейших производителей и одним из поставщиков аккумуляторов для Tesla. Компания планирует приступить к выпуску твердотельных батарей позже Samsung, в 2030 году, также начав с поставок для премиального сегмента электромобилей.

Самой дорогой частью любого электромобиля является тяговая батарея, а крупнейшим их производителем остаётся китайская компания CATL. Во втором квартале она смогла увеличить чистую прибыль на 17,71 % последовательно до $1,7 млрд, а также на 13,43 % в годовом сравнении, хотя выручка производителя при этом сократилась на 13,18 % до $12 млрд в годовом сравнении.

Источник изображения: CATL

Справедливости ради следует отметить, что последовательно выручка CATL всё же выросла на 9,06 %, поэтому говорить о строго отрицательной динамике выручки нельзя. Норма прибыли производителя по итогам второго квартала осталась на уровне 26,64 %, примерно сопоставимо с показателем первого квартала, но в годовом сравнении она выросла относительно 21,96 %.

По итогам первого полугодия в целом CATL получила чистую прибыль в размере $3,15 млрд, что соответствует росту на 10,37 % в годовом сравнении. Выручка компании в первом полугодии сократилась на 11,88 % до $23 млрд. Непосредственно выпуск тяговых батарей принёс компании в первом полугодии 67,5 % всей выручки за период, в годовом сравнении снижение достигло 19,2 %. Норму прибыли в этой сфере деятельности удалось поднять на 6,55 процентных пункта до 26,9 %, если сравнивать с аналогичным периодом прошлого года.

В сегменте батарей для стационарных систем хранения электроэнергии выручка CATL составила 17 % от общей, она выросла в годовом сравнении на 3 % по итогам первого полугодия. Норму прибыли в этом сегменте удалось поднять на 7,55 процентных пункта до 28,87 %. Остальную часть выручки формировала деятельность по выпуску материалов для батарей и переработке отслуживших аккумуляторов, она выросла по итогам первого полугодия на 13,02 % в годовом сравнении. По состоянию на май текущего года компания CATL контролировала 37,5 % мирового рынка тяговых батарей.