Компания QuantumScape поделилась деталями относительно новейшего литиевого аккумулятора, который может вдохнуть больше жизни в электромобили и не только. Интересной особенностью разработки стала её способность «дышать» или «биться как сердце», что при обычной эксплуатации литиевых аккумуляторов не приветствуется.

Источник изображений: QuantumScape

Стенки элемента питания FlexFrame расширяются при заряде и сжимаются в процессе разряда. В случае обычных литиевых элементов подобное может привести к выходу аккумулятора из строя. Однако для батарей FlexFrame это станет штатной особенностью, что, очевидно, необходимо будет учитывать при проектировании батарей и устройств на их базе.

В настоящий момент компания завершила испытание батареи в версии A0. В начале 2023 года стало известно, что прототип обладает ёмкостью 5 А·ч (обозначение — QSE-5). Испытания прототипов в версиях B и С стартуют в этом и/или в следующем году, после чего можно ожидать начало массового производства новинок.

Устройство 24-слойного «дышащего» аккумулятора FlexFrame

В начале этого года принадлежащий Volkswagen стартап PowerCo заявил, что аккумуляторы компании QuantumScape «практически не стареют». В процессе их опытной эксплуатации 1000 циклов заряда и разряда снизили ёмкость FlexFrame всего на 5 %, тогда как современные аналоги допускают снижение ёмкости при заметно меньшем числе циклов на 20 % и больше. Кажется ерунда, но это сотни километров хода без каких-либо затрат.

Аккумулятор FlexFrame может стать первым коммерчески успешным накопителем энергии на твёрдом электролите и с анодом из металлического лития. Концентрация в этих батареях едва ли не всех перспективных направлений в развитии литиевых батарей способна представить взрывную в хорошем смысле этого слова смесь технологий, которая далеко вперёд подтолкнёт развитие электрического транспорта. В видео ниже представители компании подробно рассказывают об устройстве нового аккумулятора.

Остаётся напомнить, что компания QuantumScape имеет за плечами внушительный научный и инвестиционный багаж. Она была создана около 14 лет назад выходцами из Стэнфордского университета и использует в основе своих технологий полученные там наработки. В публичное пространство QuantumScape вышла в 2020 году. До этого 10 лет её финансировали два источника: один из фондов Билла Гейтса и компания Volkswagen.

Принято считать, что Tesla и Panasonic основную ставку делают на серийный выпуск аккумуляторных ячеек типа 4680, но японская корпорация при этом не отказывается и от идеи совершенствования привычных ячеек типоразмера 2170. Их обновлённый вариант с увеличенной плотностью хранения заряда встанет на конвейер предприятия в штате Невада либо в этом году, либо в следующем.

Источник изображения: Panasonic

Об этом в интервью Bloomberg сообщил технический директор подразделения Panasonic, которое специализируется на выпуске тяговых аккумуляторов. При благоприятном стечении обстоятельств, как пояснил Соитиро Ватанабэ (Shoitiro Watanabe), предприятие корпорации в Неваде уже в этом году освоит выпуск более ёмких аккумуляторных ячеек типоразмера 2170. В крайнем случае, это произойдёт в 2025 году. Тогда же компания рассчитывает увеличить производительность своего американского предприятия на величину до 10 % без строительства дополнительных корпусов и линий.

В целом же Panasonic ставит перед собой цель к 2030 фискальному году наладить на территории США выпуск до 200 ГВт‧ч тяговых аккумуляторов в эквивалентной ёмкости, сейчас данный показатель в четыре раза ниже. Компания строит второе предприятие в Канзасе, а с местом строительства третьего она обещает определиться до конца марта текущего года. На территории Японии Panasonic тоже бы хотела выпускать достаточное количество тяговых аккумуляторов. К концу десятилетия этот показатель планируется довести до 150 ГВт‧ч в год. Помимо работы над освоением выпуска ячеек типоразмера 4680, японская компания сейчас занимается внедрением композитного материала на основе кремния для производства анодов, которым её будет снабжать компания Sila Nanotechnologies. Этот материал, помимо прочего, будет использоваться при производстве тяговых аккумуляторов для электрического варианта Mercedes-Benz Geländewagen.

Группа учёных из США подобрала методику изготовления твердотельных аккумуляторов с анодом с использованием металлического лития. При этом они решали задачу максимально увеличить цикличность работы батареи. Созданный прототип размером с почтовую марку показал способность выдерживать до 6000 циклов заряда с потерей не больше 20 % первоначальной ёмкости.

Источник изображения: Nature Materials

Учёные из американской Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета (SEAS) разработали такой процесс гальванизации кремниевого анода металлическим литием, в ходе которого микрогранулы кремния в составе анода покрываются литием как орешки шоколадной глазурью. Заявленная плотность энергии прототипа батареи оказалась сравнительно небольшой по современным меркам — всего 218 Вт/кг, что примерно в два раза меньше, чем в случае новейших литиевых элементов. Но способность выдерживать 6000 циклов разряда и заряда с потерей не больше 20 % ёмкости — это дорогого стоит.

Сегодня мы можем только мечтать об аккумуляторах с подобной устойчивостью к износу. Обычно они выдерживают в два-три раза меньше полных рабочих циклов. Но учёные не собираются останавливаться на достигнутом, и мечтают также значительно увеличить ёмкость аккумуляторов, благо твердотельные электролиты и аноды с использованием металлического лития предоставляют для этого массу возможностей.

О своём достижении учёные сообщили в статье в журнале Nature Materials, которая свободно доступна по ссылке.

«Литийметаллические анодные батареи считаются святым Граалем аккумуляторов, поскольку их ёмкость в 10 раз превышает ёмкость коммерческих батарей на графитовых анодах и они могут значительно увеличить дальность передвижения электромобилей, — сказал Синь Ли (Xin Li), доцент кафедры материаловедения SEAS. — Наше исследование является важным шагом на пути к созданию более практичных твердотельных аккумуляторов для промышленного и коммерческого применения».

Специалисты компании Microsoft оригинально проверили возможности своей новой облачной платформы Azure Quantum Elements для научной работы. Они поставили перед ней задачу найти наилучший материал для электролита аккумулятора, который превзойдёт литийионную батарею. Платформа справилась с заданием за две недели, тогда как обычно коллективы учёных тратят на такое годы, если не десятилетия.

Слева опытные аккумуляторы, справа стенд для их тестирования и самодельные часы на них. Источник изображения: Harry McCracken

Платформа Azure Quantum Elements представлена компанией Microsoft прошлым летом. Слово «квантовое» в названии платформы не должно вводить в заблуждение. Пока это классические суперкомпьютеры. Квантовыми они станут когда-нибудь потом — через пять или десять лет, а может позже. В идеале Azure Quantum Elements будет представлять собой гибридный подход — симбиоз классических и квантовых систем. Тем не менее, платформа заточена на обработку научных данных по особенным алгоритмам, что делает её полезной уже на данном этапе.

По большому счёту в Microsoft не нуждались в новых аккумуляторах. Это в стороне от непосредственных интересов компании. Но проверить платформу Azure Quantum Elements в деле — провести боевое крещение, было заманчиво. В компании работает группа исследователей по вопросам квантовых вычислений, и работа с материалами для них обычная рутина. Команда отобрала 32,6 млн веществ и соединений для анализа платформой. Интеллектуальные алгоритмы сначала сократили число кандидатов до 500 тыс., затем до 500, до 150 и до 18.

На завершающем этапе отбора Microsoft обратилась за помощью к узким специалистам — к учёным из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL). Они отобрали наиболее перспективный материал — соединение лития и натрия в соотношении 30/70 — и помогли сделать прототипы аккумуляторов в формфакторе CR2032.

Получившийся аккумулятор с твёрдым электролитом не горит, не взрывается, обладает большим числом циклов перезаряда и большей ёмкостью, чем аналогичные по исполнению чисто литийионные аккумуляторы. Компания не считает это изобретение своим достижением. Она гордится платформой Azure Quantum Elements, которая ужала годы исследований, проб и ошибок всего в две недели работы. Правда, доводка разработки до ума и изготовление прототипов в PNNL заняли ещё один год, но без этой завершающей фазы нельзя обойтись сейчас и вряд ли её можно будет значительно ускорить в будущем.

Сейчас платформа Azure Quantum Elements доступна некоторым клиентам Microsoft и работает в ограниченном тестовом режиме. Известно, что с её помощью британская Johnson Matthey разрабатывает каталитические нейтрализаторы и водородные топливные элементы. «Цифра» позволила нам спрессовать десятки и сотни лет изысканий в недели и часы вычислений. Наука получила мощный толчок к движению вперёд, и эти инструменты становятся совершеннее год от года.

Европейская комиссия впервые предоставила субсидию производителю аккумуляторов в рамках защиты от утечки бизнеса в США. Получателем стала шведская компания Northvolt — разработчик оригинальных литиевых аккумуляторов с конкурентоспособными характеристиками. Ещё в марте 2022 года Northvolt пообещала построить в Германии мегафабрику по выпуску батарей, но позже отказалась от обещания и нацелилась на завод в США.

Рендер будущего завода в Германии. Источник изображения: Northvolt

Американский Закон об инфляции (IRA), подписанный президентом Джозефом Байденом 16 августа 2022 года, предполагает обильное субсидирование производителей, пожелавших строить предприятия на территории США. Это поколебало намерение Northvolt работать в Европе, о чём они публично и объявили вскоре после этого. Для ЕС это было нежелательно, и начались длительные переговоры, а ведь эксперты предупреждали: бюрократия и инвестиционная политика США погубят производство аккумуляторов для электромобилей в Европе.

Сегодня стало известно, что Европейская комиссия согласилась выдать компании Northvolt беспрецедентную субсидию для строительства завода. Это стало первой акцией в рамках противодействия финансовой политике США.

По словам Маргрет Вестагер (Margrethe Vestager), исполнительного вице-президента, отвечающего за политику в области конкуренции, грант является «первой индивидуальной помощью, одобренной для предотвращения утечки инвестиций из Европы в соответствии с новой возможностью, предлагаемой Рамками временного кризиса и переходного периода с марта 2023 года». «Строительство завода в Германии является важным шагом для электрификации транспорта в Европе при сохранении равных условий игры на едином рынке», — добавила она.

Пример продукции Northvolt. Источник изображения: Northvolt

Для строительства завода Northvolt получила от европейских властей €902 млн ($986 млн). Завод будет построен в городе Хайде, земля Шлезвиг-Гольштейн. Строительство стартует в 2025 году (ещё один привет евробюрократии) с началом работы в 2026 году и выходом на полную мощность в 2029 году. На полной мощности завод ежегодно будет производить аккумуляторы для 1 млн электромобилей.

А теперь о грустном для Европы. Компания Northvolt уже начала строить завод в Северной Америке — в Канаде. Власти Квебека выделили компании $2,9 млрд, а федеральное правительство ещё $4,4 млрд. Похоже, речь о канадских долларах, что примерно на 30 % снижает сумму, если говорить о долларах США. Но всё равно, на этом фоне Европа выглядит не очень богатым регионом мира с довольно прохладным инвестиционным климатом.

Производители аккумуляторов всё активнее экспериментируют с их химическим составом, поскольку современному миру нужно всё больше батарей, и пространство для экспериментов и инноваций остаётся большим. С прошлого года подразделение японской компании TDK выпускает литийионные аккумуляторы с кремниевым электродом, которые тоньше обычных и позволят уменьшить толщину мобильных устройств без ущерба для времени их автономной работы.

Источник изображения: TDK

Предполагается, как отмечает Bloomberg, что представленный в прошлом году складной смартфон Honor Magic V2 оснащается именно такой батареей, а толщина его корпуса меньше 10 мм. Данный китайский производитель хоть и признаёт, что внутри этого устройства действительно применяется кремниево-угольная батарея, не уточняет её поставщика, но гонконгская ATL является единственным производителем батарей такого типа. В 2005 году эту компанию поглотила TDK, а в 2011 году бизнес ATL по выпуску тяговых батарей для электромобилей был выделен в самостоятельную компанию CATL, которой к настоящему моменту удалось стать мировым лидером по объёмам их производства.

Даже сейчас у ATL и CATL есть два совместных предприятия, которые выпускают батареи для стационарных систем хранения электроэнергии, промышленного оборудования и электроциклов, а также необходимые им зарядные устройства. ATL свои аккумуляторы поставляет компании Apple и Samsung, помимо прочих, и в целом занимает первую позицию на рынке аккумуляторов для мобильных устройств по объёмам поставок в мире. Материнскую компанию TDK данный бизнес обеспечивает более чем половиной годовой выручки, и крупнейшими его клиентами являются именно производители смартфонов.

Кремниево-угольная батарея позволяет увеличить ёмкость на 10 % по сравнению с решением, использующим анод из графита, но по некоторым оценкам, эту разницу можно увеличить до 40 % и даже больше. По мнению аналитиков, подобные батареи найдут широкое применение в носимой электронике, которая должна быть компактной и лёгкой, но при этом не требовать слишком частой зарядки. Устройства виртуальной и дополненной реальности тоже относятся к этой категории. По прогнозам представителей TDK, батареи нового типа в течение ближайших нескольких лет будут занимать в структуре поставок аккумуляторов ATL долю, измеряемую двузначным числом в процентах, тогда как сейчас их доля несколько меньше 5 %. Для TDK бизнес по выпуску аккумуляторов для смартфонов должен стать одним из локомотивов роста в долгосрочной перспективе, и рассуждения о стагнации рынка в данном случае не станут помехой, как признаются руководители компании.

Одним из недостатков литиевых аккумуляторов является то, что в процессе эксплуатации они деградируют, теряя ёмкость. Это актуально и для электромобильных батарей, однако, как сообщает принадлежащий Volkswagen стартап PowerCo, у твердотельных аккумуляторов калифорнийской компании QuantumScape эта проблема сведена к минимуму. Тестирование показало, что они «практически не стареют».

Источник изображений: QuantumScape

Согласно данным PowerCo, в ходе тестирования, длившегося несколько месяцев, предоставленный QuantumScape прототип литийметаллического 24-слойного аккумулятора с твердотельным электролитом сохранил 95 % начальной ёмкости после 1000 циклов перезарядки. Это эквивалентно примерно 300 тыс. миль пробега (около 483 тыс. км). Действующий отраслевой стандарт для электромобилей нацелен на потерю 20 % ёмкости за 700 циклов зарядки. То есть, имея первоначальный запас хода от одного заряда батареи 250 миль (около 402 км), к концу срока службы электромобиль будет обладать запасом хода в 200 миль (около 323 км). Но с твердотельной батареей QuantumScape теоретически запас хода электромобиля может сократиться примерно до 240 миль после гораздо большего пробега, отметил ресурс PCMag.

«Это очень обнадёживающие результаты, которые впечатляюще подтверждают потенциал твердотельных элементов, — заявил гендиректор PowerCo Фрэнк Блом (Frank Blome). — Конечным результатом этой разработки может стать аккумуляторная батарея, которая обеспечивает больший запас хода, может заряжаться очень быстро и практически не стареет».

Следует отметить, что такие батареи вряд ли появятся в электромобилях в ближайшие несколько лет. По словам основателя и гендиректора QuantumScape Джагдипа Сингха (Jagdeep Singh), компании ещё предстоит «многое сделать», чтобы вывести аккумуляторы на рынок. Главным инвестором QuantumScape является Volkswagen Group, поэтому в первую очередь новые твердотельные аккумуляторы QuantumScape появятся в электромобилях этой немецкой компании.

Американская компания Nanotech Energy пообещала наладить в начале 2024 года производство невоспламеняемых литиевых аккумуляторов формфактора 18650. Выпуском будет заниматься местный производитель — компания Voltaplex, которая уже начала принимать заказы. Батареи Nanotech Energy никогда не подожгут дом, автомобиль или скутер, поскольку им не страшны физические повреждения и перегрев.

Источник изображения: Nanotech Energy

Массовые литийионные аккумуляторы подвержены возгоранию, если в их структуре произошли дефектные изменения или нагрев превысил допустимое значение. Дефекты ведут к короткому замыканию с воспламенением электролита. Самое неприятное, что в процессе штатной работы батарей на электродах нарастают так называемые дендриты — осаждается литий и растёт подобно иглам, пока не протыкается сепаратор и не возникает замыкание. Чего только ни придумано, чтобы ликвидировать или хотя бы уменьшить опасность пожаров, но электромобили, велосипеды и повербанки продолжают гореть и даже уносить с собой жизни людей.

Компания Nanotech Energy стала одной из многих, кто обещает производство пожаробезопасных литиевых батарей. Она разработала технологию с использованием графена и патентованного электролита. В серии роликов компания показывает, что разрушение её литиевых элементов не сопровождается воспламенением.

Утверждается, что аккумуляторы Nanotech Energy производятся в США и рассчитаны на работу при температуре от -40 °C до +60 °C. Элементы не загораются при температуре 180 °C. Формфактор батарей может быть любым для разнообразного коммерческого использования.

Китай остаётся крупнейшим производителем тяговых батарей и их компонентов, но для гармоничного развития автопрома в других регионах требуется локализация выпуска аккумуляторов. Власти США не стесняются завлекать производителей щедрыми субсидиями, тогда как европейский рынок сопоставимых условий предложить просто не в силах.

Источник изображения: X, Novonix

Подобные откровения прозвучали на страницах Financial Times из уст Криса Бёрнса (Chris Burns) — бывшего инженера Tesla, который основал канадскую компанию Novonix, специализирующуюся на производстве компонентов для тяговых батарей. По словам этого представителя отрасли, пакет американских законов Inflation Reduction Act (IRA) просто переманивает производителей из Европы в США.

В общей сложности американские власти готовы выделить на борьбу с инфляцией и развитие национального производства электромобилей и батарей до $369 млрд, и с этой программой субсидирования не смогут тягаться ни Евросоюз, ни Великобритания. В таких условиях Novonix вынуждена отказаться от планов по строительству предприятий в Европе и сосредоточиться на рынке США. Компания занимается производством графита, который необходим для выпуска литийионных тяговых аккумуляторов.

До конца десятилетия Novonix будет занята расширением предприятия в штате Теннесси и ещё одним предприятием на территории Северной Америки, которое будет построено позже. В штате Теннесси компания собирается выпускать по 20 000 тонн графита в год, но до конца десятилетия за счёт второго предприятия на территории континента собирается увеличить выработку до 150 000 тонн графита. Инвесторами в капитал Novonix являются южнокорейская LG Energy Solution и Philips 66 — американская нефтеперерабатывающая компания, которая снабжает канадского производителя графита необходимым сырьём. Даже наличие нефтеперерабатывающего предприятия в Великобритании не позволяет Novonix рассматривать инвестиции в европейское производство как выгодные из-за активности американских властей по субсидированию подобных проектов. Глава Novonix пояснил, что после 2030 года компания может задуматься об инвестициях в Европу, но это будет зависеть от наличия заказов со стороны местных производителей батарей и электромобилей.

Сейчас китайские компании контролируют 75 % мирового рынка графита, используемого при производстве анодов тяговых батарей. Китайские производители рассматривают Европу как плацдарм для своего дальнейшего расширения, поскольку власти США оградили свой рынок от их экспансии на законодательном уровне. Швеция и Финляндия, например, должны стать местом расположения предприятий китайских компаний Shanghai Putailai и Ningbo Shanshan. Находятся и компромиссные с географической точки зрения решения. Например, канадский производитель материалов для батарей SRG Mining при поддержке китайского холдинга C-One рассчитывает построить в Марокко предприятие стоимостью до $500 млн для обслуживания рынка как США, так и Европы.

Компания Tesla, как свидетельствуют различные источники, в отдельных видах деятельности по выпуску электромобилей сильно ограничена в доступе к аккумуляторам необходимой номенклатуры, но это не мешает ей развивать энергетические проекты. В Китае на этой неделе было объявлено о начале строительства предприятия Tesla по выпуску стационарных систем хранения электроэнергии.

Источник изображения: Tesla

По сути своей, так называемые Megapack — это большие аккумуляторы для создания запаса электроэнергии на случай аварийного отключения или для перехода на его использование в структуре солнечной электростанции в тёмное время суток. По информации китайского агентства Xinhua, в эту пятницу Tesla провела церемонию оформления в собственность участка земли по соседству со своим автосборочным предприятием в Шанхае. Это событие стало отправным пунктом на пути к реализации проекта по строительству предприятия, способного в итоге выдавать по 10 000 хранилищ Megapack в год. В совокупном ёмкостном выражении это соответствует 40 ГВт‧ч в год.

Продукция этого предприятия будет отправляться на экспорт по всему миру. До сих пор Tesla приходилось свои энергетические инициативы финансировать по остаточному принципу, но появление профильного производства в Китае, где литиевые аккумуляторы остаются самыми дешёвыми в мире, должно способствовать развитию профильного бизнеса компании. Закладка фундамента нового предприятия Tesla в Шанхае произойдёт в следующем квартале, а к четвёртому кварталу 2024 года оно должно начать выпуск продукции. Китайское автосборочное предприятие Tesla уже стало самым крупнейшим в мире, хотя его строительство началось лишь в январе 2019 года, а дальнейшая работа то и дело тормозилась санитарными ограничениями, присущими периоду пандемии.

Google планирует интегрировать в Android индикатор здоровья аккумулятора. Это нововведение станет важным шагом в улучшении пользовательского опыта, аналогично уже существующей функции в смартфонах Apple. До настоящего времени владельцам устройств под управлением Android приходилось прибегать к помощи сторонних приложений или вводить специальные команды для проверки состояния батареи своих устройств.

Источник изображения: chenspec / Pixabay

В последнем обновлении Pixel Feature Drop уже появились нововведения, касающиеся данных о батарее, включая информацию о дате её изготовления и количестве циклов зарядки. Однако наиболее значимым является скрытый раздел «Здоровье аккумулятора», обнаруженный Мишаалом Рахманом (Mishaal Rahman), экспертом по Android, в бета-версии Android 14 QPR2 Beta 2. Пока этот раздел не включает в себя полную реализацию индикатора состояния батареи, однако анализ его исходного кода предполагает, что в будущем он сможет показывать, какой процент заряда аккумулятор способен удерживать по сравнению с его первоначальной ёмкостью.

Рахман также нашёл в коде иконки, которые, вероятно, символизируют уменьшение ёмкости аккумулятора или проблемы с его обнаружением. Ожидается, что приложение «Настройки» будет отправлять пользователю «подсказки» о состоянии аккумулятора, например, если телефон не сможет обнаружить аккумулятор или его здоровье ухудшится.

Для пользователей iPhone возможность мониторинга состояния батареи уже давно стала нормой, но для Android это представляет собой значительное новшество. Оно становится особенно актуальным в свете лучшей доступности оригинальных запчастей для самостоятельного ремонта, включая аккумуляторы и инструкции по их замене. Таким образом, новая функция не только упрощает техническое обслуживание устройств на Android, но и способствует более ответственному и осознанному использованию техники, продлевая срок службы устройств и снижая необходимость их частой замены.

Это обновление наглядно демонстрирует стремление Google к улучшению пользовательского опыта и повышению долговечности мобильных устройств под управлением Android. Предоставление более детальной информации о состоянии аккумулятора позволит пользователям Android более эффективно управлять ресурсом своих устройств.

Силовая архитектура электрических пикапов Tesla Cybertruck стала как их сильной, так и слабой стороной. Поддержка напряжения 800 В обеспечивает ускорение зарядки и снижение расходов на бортовую проводку, но использование аккумуляторных ячеек типа 4680 оказало не столь однозначное влияние на способность Tesla выпускать эти пикапы в нужных количествах.

Источник изображения: Tesla

Как выяснило агентство Reuters по своим конфиденциальным каналам, в настоящее время даже от выхода на выпуск 125 000 пикапов Cybertruck в год компанию удерживают ограниченные объёмы выпуска аккумуляторных ячеек типа 4680 на том же предприятии в Техасе, где собираются и сами пикапы. Если для выпускаемых здесь же кроссоверов Tesla Model Y предусмотрена альтернатива в виде старой компоновки батареи на основе элементов типа 2170, то у Cybertruck подобного пути для отступления просто нет.

По словам осведомлённых источников, в обозримой перспективе Tesla не сможет выпускать более 10 млн ячеек типа 4680 в течение 16 недель. Если предположить, что одна тяговая батарея Cybertruck в среднем состоит из 1360 ячеек такого типоразмера, то Tesla необходимо ежедневно производить по одному миллиону таких ячеек, чтобы выйти на запланированный объём сборки в 250 000 пикапов в год.

Сейчас она может выпускать не более 32,5 млн ячеек типа 4680 в год, что соответствует объёму в 24 000 пикапов в год. Это в пять раз меньше, чем планируется выпустить в следующем году, и в десять раз меньше, чем необходимо выпустить в 2025 году. Нужно также учитывать, что элементы 4680 нужны и другим моделям электромобилей Tesla — не только кроссоверу Model Y, но и самой доступной модели Tesla, выпуск которой будет налажен в Техасе и в Мексике. Такие машины стоимостью около $25 000 компания планирует ежегодно выпускать миллионами, поэтому ей потребуется очень много ячеек типа 4680.

По данным источников Reuters, основная проблема в масштабировании объёмов выпуска элементов 4680 заключается в масштабировании технологии сухого покрытия компонентов электродов. В лаборатории всё работает нормально, но перенос на конвейер таит много подводных камней. Помимо нового оборудования, которое Tesla вынуждена изготавливать на заказ, поскольку никто массово ранее подобных технологий не внедрял, компании требуется новая система контроля качества, позволяющая следить за надёжностью каждой батареи на протяжении жизненного цикла, а не только на этапе производства.

Даже если уровень брака на уже устоявшейся производственной линии удаётся снизить до 5 %, в процессе запуска аналогичного производства на других линиях уровень брака может достигать 30–50 % на протяжении первых месяцев. Tesla со своей технологией сухого нанесения покрытия сейчас вынуждена довольствоваться средним уровнем брака в 10–20 %. При этом изготовление компонентов анодов не доставляет проблем по новой технологии, а вот более дорогие катоды пока плохо адаптированы к новому способу производства.

Эксперты выражают надежду, что, преодолев трудности начального периода, Tesla в дальнейшем сможет в сжатые сроки кратно увеличить объёмы выпуска ячеек типа 4680. Компания Panasonic, располагающая совместным предприятием в Неваде, должна оказать ей в этом адекватное содействие.

Ещё в начале 2021 года китайская компания NIO заявила, что её электрический седан ET7 может оснащаться тяговой батареей ёмкостью 150 кВт‧ч, использующей полутвердотельный электролит. К настоящему времени компания уже располагает результатами эксперимента с участием такой батареи, в рамках которого машина проехала более 1000 км по шоссе, а в апреле батареи такой ёмкости начнут выпускаться серийно.

Источник изображения: NIO

Как поясняет Car News China, батарею с полутвердотельным электролитом для NIO разработала китайская компания WeLion New Energy Technology, она обеспечивает плотность хранения заряда в 260 Вт‧ч/кг на уровне всей батареи, и до 360 Вт‧ч/кг на уровне ячейки. Это позволяет батарее ёмкостью 150 кВт‧ч всего лишь на 20 кг превосходить по массе выпускаемую по более традиционной технологии батарею ёмкостью 100 кВт‧ч при неизменных габаритных размерах. Если первая весит 575 кг, то вторая весит 555 кг. Унификация по габаритным размерам позволяет новой батарее повышенной ёмкости устанавливаться на все электромобили марки NIO, построенные на платформах NT1 и NT2. Напомним, компания исповедует принцип экспресс-замены батарей на автоматических станциях, поэтому все её электромобили оснащаются унифицированными быстросъёмными тяговыми батареями.

В субботу утром оснащённый такой батареей седан NIO ET7 выехал из Шанхая с двумя руководителями родственных компаний на борту: за рулём сидел Шэнь Фэй (Shen Fei), глава NIO Power, а справа от него расположился сооснователь и генеральный директор NIO Уильям Ли (William Li). За четырнадцать часов они проехали около 1044 км, при этом индикатор на приборной панели показывал остаток заряда около 3 %. По словам главы NIO, предыдущие испытания уже показали способность машины с такой тяговой батареей проехать 1145 км без подзарядки.

Источник изображения: WeLion New Energy Technology

Время в пути в рамках недавнего эксперимента составило 12,4 часа, средний расход электроэнергии составил 13,2 кВт‧ч на каждые 100 км пути, средняя скорость достигла 83,9 км/ч, максимальная была ограничена значением 90 км/ч, почти 92 % дистанции машина прошла на фирменном автопилоте NOP+. Температура окружающего воздуха за время поездки изменялась от минус 2 до плюс 12 градусов Цельсия, перепад высот не превышал 300 метров. В салоне была установлена температура воздуха 20 градусов Цельсия, общая нагрузка составила 190 кг с учётом двоих пассажиров и съёмочного оборудования. Поездка транслировалась в прямом эфире, с учётом остановок на отдых она длилась 14 часов. Даже если участникам эксперимента захотелось бы её продолжить, то замена батареи на заряженную потребовала не более 3 минут.

Представители NIO ранее поясняли, что батарея такой ёмкости с полутвердотельным электролитом будет стоить дороже $40 000, что сопоставимо со стоимостью многих электромобилей. У пользователей есть возможность получить к ней доступ за меньшие деньги, если рассматривать подписку на аренду батареи. В частности, переход от батареи ёмкостью 75 кВт‧ч к батарее на 100 кВт‧ч будет стоить $7 в день или $123 в месяц. Соответственно, и батарею на 150 кВт‧ч можно арендовать на несколько дней за вменяемые деньги, тем более, что она совместима со всеми существующими электромобилями NIO, предусматривающими экспресс-замену тяговых батарей. В конце этой недели компания также представит свой самый роскошный седан ET9, который наверняка будет комплектоваться подобной батареей хотя бы за доплату. Массовое производство батарей нового типа начнётся в апреле следующего года.

На прошлой неделе принадлежащая автомобильному концерну Geely марка ZEEKR продемонстрировала перспективную тяговую батарею на основе LFP-ячеек, которая получила обозначение Golden Brick Battery. Надёжность конструкции этой батареи производитель продемонстрировал рядом необычных испытаний, а серийный седан ZEEKR 007 получит её уже 27 декабря.

Источник изображения: ZEEKR

Как поясняет CarNewsChina, по своей компоновке тяговая батарея ZEEKR нового поколения устанавливает отраслевой рекорд по эффективности использования объёма, которая достигает 83,7 %. Для сравнения, большинство выпускаемых сейчас литиевых тяговых батарей на основе фосфата железа довольствуются показателем эффективности использования объёма не более 66 %.

Батарея нового поколения способна работать с зарядными станциями мощностью до 500 кВт и напряжением 800 В, причём ёмкость с 10 до 80 % она восстанавливает за 15 минут, обеспечивая до 500 км запаса хода. При температуре минус 10 градусов Цельсия скорость быстрой зарядки увеличена на 25 % относительно аналогов. Батарея также способна отдавать максимальный заряд интервалами по три секунды. Корпус батареи покрыт изоляционной плёнкой золотистого цвета, которая выдерживает напряжение 8000 В. Он также обладает водозащитными свойствами, соответствуя стандарту IPX 8.

В ходе испытаний, как поясняет ZEEKR, батарея погружалась на небольшую глубину в солёную воду на 48 часов, проезжала через печь при температуре 1000 градусов Цельсия, а потом на протяжении 8 часов выдерживалась в морозильной камере при температуре минус 45 градусов Цельсия. Затем трактор тащил её по грязи и камням на протяжении 3 км. После чего батарея была установлена в электромобиль и смогла продемонстрировать свою полную работоспособность.

Затем её снова демонтировали с электромобиля, уложив на специальную платформу, по которой проехался 22-тонный каток. После этого кран поднял батарею, которая весит 710 кг, на высоту десяти метров, с которой она благополучно упала на асфальт, не взорвавшись и удержавшись от возгорания. Впрочем, повторно использовать её по прямому назначению испытатели всё же не решились.

Попутно марка ZEEKR поделилась планами по развитию сети зарядных станций. Уже сейчас она располагает 401 станцией быстрой зарядки на территории КНР, а в следующем году их количество планируется увеличить до 1000 штук. К 2026 году количество станций экспресс-зарядки должно измеряться уже 10 000 штук. План компании подразумевает, что за три года 90 % пользователей электромобилей ZEEKR на территории Китая смогут в течение 15 минут добраться до зарядной станции, которая позволит им восполнить существенную часть запаса хода за 15 минут. Если же говорить непосредственно о седане ZEEKR 007, то его тяговая батарея нового поколения обладает ёмкостью 100 кВт·ч, обеспечивая машину запасом хода 870 км по циклу CLTC. До этого электромобили ZEEKR комплектовались NMC-батареями производства CATL.

Китайские автопроизводители избрали довольно необычный путь улучшения потребительских качеств тяговых батарей, который не понравился многим западным конкурентам. Они продолжают совершенствовать массовые и более дешёвые LFP-батареи, обеспечивая их поддержкой скоростной зарядки. Седан ZEEKR 007, например, будет способен восполнить 500 км запаса хода за 15 минут.

Источник изображения: ZEEKR, Weibo

Напомним, под аббревиатурой LFP скрываются литийионные аккумуляторы на основе фосфата железа. Они дешевле никелево-кобальтовых в производстве и безопаснее с точки зрения угрозы самовозгорания, но обладают более низкой плотностью хранения электроэнергии и хуже переносят отрицательные температуры в процессе эксплуатации, хотя и обеспечивают более высоким жизненным ресурсом с точки зрения количества циклов зарядки и разрядки. Именно китайские производители специализируются на массовом выпуске LFP-батарей, а поскольку сейчас на рынке электромобилей разразились ценовые войны, то фактор себестоимости в конкурентной борьбе обрёл решающее значение. Даже премиальные модели в итоге не брезгуют LFP-батареями, и готовящийся к анонсу 27 декабря электрический седан ZEEKR 007 не стал исключением.

По данным Electrek, используемые этим электромобилем тяговые LFP-батареи собственной разработки ZEEKR в сочетании с бортовой сетью с напряжением 800 В позволят седану восстанавливать до 500 км запаса хода всего за 15 минут. Над оптимизацией конструкции тяговой батареи и её интеграцией в силовую структуру кузова инженеры материнской корпорации Geely тоже неплохо поработали, в результате коэффициент полезного использования объёма батареи достигает 83,7 %, что выше показателей многих мировых лидеров. Таким образом, только за счёт компоновки ячеек внутри аккумуляторной батареи удалось во многом компенсировать низкую плотность хранения заряда в самих ячейках.

Жертвовать безопасностью при этом не пришлось, по данным источника, поскольку серия из шести строгих тестов доказала соответствие этих батарей самым серьёзным требованиям к безопасности. В частности, проникновение гвоздей в корпус батареи не привело к её возгоранию. Кроме того, ZEEKR утверждает, что её LFP-батареи лучше себя ведут при отрицательных температурах зимой (до 8 часов при -45 °C). Также новые аккумуляторы выдерживают воздействие огня температурой 1000 °C. Аккумуляторами нового поколения компания собирается оснащать и модели, которые выйдут вслед за ZEEKR 007.