Илон Маск (Elon Musk) не раз отмечал, что запасов лития на нашей планете достаточно для покрытия потребностей электромобильной отрасли даже в самом амбициозном варианте её развития, но проблема заключается в том, что мощностей по переработке лития не хватает. Данный тезис наглядно иллюстрируется текущей динамикой цен на литий, которые за год выросли в три раза и не думают останавливаться.

Источник изображения: Tesla

Как отмечает Business Korea, при этом цены на прочие материалы для изготовления литиевых аккумуляторов с начала года снизились более чем на 20 %, поскольку влияние высокого спроса на электромобили стало нивелироваться опасениями по поводу рецессии мировой экономики. Именно литий остаётся самым дефицитным материалом для производства тяговых аккумуляторов, если говорить о продуктах его переработки, используемых в промышленности. По оценкам отраслевых экспертов, спрос на литий удвоится к 2025 году до 1,043 млн тонн от текущего уровня.

Переработка лития требует существенных затрат материальных ресурсов и человеческого труда, при этом оставаясь достаточно вредной для окружающей среды, поэтому нет ничего удивительного, что основные мощности в этой сфере расположены на территории Китая. От поставок карбоната лития и гидроксида лития из Китая зависят производители литиевых аккумуляторов во всех прочих странах. Как ожидается, предпринятые властями США меры по стимулированию продаж электромобилей, оснащаемых батареями на базе сырья, изготовленного за пределами КНР, только увеличат спрос на литий из других стран и дополнительно подтолкнут цены к росту.

Южнокорейские производители тяговых батарей уже озаботились диверсифиацией географии поставок лития, либо расширяя собственные добывающие мощности в Аргентине, либо углубляя сотрудничество с поставщиками из Австралии и Канады. Лишь располагая такой сырьевой базой, они смогут занять прочные позиции на рынке США в свете реализованных местными властями законодательных инициатив.

Группа американских учёных успешно собрала ионную микросхему — она состоит из транзисторов, работающих в жидкой среде, а течение тока обеспечивается не электронами, как в случае с твердотельными полупроводниковыми транзисторами, а заряженными молекулами и атомами. По словам авторов проекта, схожим образом работает передача информации по нейронам внутри мозга.

Источник изображения: seas.harvard.edu

Проект разработала группа учёных во главе с Ву Бин Чжуном (Woo-Bin Jung) из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона Полсона. Передача сигналов в головном мозге осуществляется посредством ионов в жидкой среде. Воспроизвести вычислительную производительность человеческого мозга пока чрезвычайно сложно, да и кремниевые компоненты пока демонстрируют более высокие показатели, однако упрощённый вариант этой схемы создать удалось, и в перспективе она сможет предложить свои преимущества. К примеру, ионы можно создавать из различных молекул, и в каждом случае они будут обладать различными свойствами и иметь свою сферу применения.

На первом этапе инженеры построили функционирующий ионный транзистор — компонент, управляющий входящим сигналом, а затем несколько сотен таких транзисторов объединили в целостную ионную миксросхему. Ионный транзистор состоит из трёх электродов: одного дискообразного в центре и двух кольцеобразных вокруг него. При подаче напряжения к центральному диску производится электромеханическая реакция — образуется ионный ток от него в направлении жидкой среды. Скоростью этой реакции можно управлять, изменяя pH-показатель среды — это происходит, когда кольцевые электроды захватывают или, напротив, сами производят ионы водорода. Это позволяет транзистору выполнять операцию умножения, а при их объединении в массив размерами 16×16 схема даёт возможность производить умножение матриц — самую распространённую операцию в области искусственного интеллекта.

В своём теперешнем исполнении технология имеет существенные ограничения. К примеру, отсутствует возможность получения всех 16 выводов одновременно, то есть операции приходится выполнять последовательно, что дополнительно замедляет и без того не очень быстрые компоненты. Тем не менее, авторам удалось достичь принципиальной работы модели, и теперь она будет совершенствоваться: к примеру, они планируют ввести в неё более широкий спектр молекул, что в теории позволит обрабатывать более сложную информацию.

Авторы исследования не собираются подменять электронику ионикой — новая технология сможет дополнить существующие решения или создать некий гибрид, обладающий возможностями обоих подходов.

Стартап Undefined Technologies сообщил, что смог доказать коммерческую жизнеспособность проекта беспилотника на ионной тяге. Не имеющий винтов и любой другой механики «бесшумный» дрон Silent Ventus продержался в воздухе 4,5 мин. Подобное устройство обещает быть удобным в городской черте, где оно не будет беспокоить жителей шумом при доставке грузов.

Дрон в представлении художника. Источник изображений: Undefined Technologies

Ионная тяга (ионный ветер) в разных модификациях широко используется в космических аппаратах. Существует также масса проектов, согласно которым обещают появиться атмосферные дроны на ионной тяге. Интересуется таким типом двигателей и робототехника, особенно миниатюрная — размерами с земных насекомых. Принцип создания тяги у таких двигателей довольно простой: сильное электромагнитное поле ионизирует атомы азота и кислорода в воздухе и заставляя их двигаться в одном направлении (выбивает из них электроны, придавая атомам положительный заряд).

Создаваемая ионным ветром тяга очень и очень маленькая. Поэтому сам факт демонстрации относительно длительного полёта довольно большого прототипа на высоту выше линии деревьев выглядит фантастикой. В то же время ожидать от разработки каких-то прорывов преждевременно. Данный успех, объясняют разработчики, достигнут благодаря переходу на более энергоёмкие аккумуляторы.

Прототип дрона с двигателем на ионном ветре

Высокая парусность конструкции и отсутствие винтов для компенсации рысканья и лучшей манёвренности заставляют усомниться в практической ценности разработки. Тем не менее, компания обещает представить в 2024 году коммерческую версию грузового дрона для доставки товаров, который будет держаться в воздухе 15 минут с уровнем шума не выше 70 дБ.

Компания Natron в партнёрстве с Clarios начинает производство безопасных аккумуляторов на основе натрия с большим жизненным циклом и малым временем зарядки — массовый выпуск начнётся уже в следующем году в США. Важно, что натрий-ионные аккумуляторы не используют дефицитный и довольно дорогой литий.

Источник изображения: Natron

Сейчас основу рынка составляют литиевые элементы, причём большая часть цепочки поставок принадлежит Китаю, что не может не беспокоить США и их союзников. Кроме того, пока попросту недостаточно разведанных запасов лития, чтобы удовлетворить прогнозируемый спрос на аккумуляторы для электротранспорта и других отраслей, в которых планируется переход на электропитание в ближайшие годы.

В последнее время в поле зрения СМИ регулярно попадали проекты выпуска натрий-ионных АКБ. В частности, в прошлом году свою версию представила китайская CATL, с удельной ёмкостью порядка 160 Вт∙ч/кг — больше половины от той, на что способы литий-ионные варианты.

Калифорнийская Natron выбрала другой технологический процесс с использованием т. н. «берлинской лазури» — весьма популярного красителя. В Natron заявляют, что их разработка обеспечивает удельную ёмкость, среднюю между свинцово-кислотными и литий-ионными вариантами. Кроме того, их АКБ обеспечивают зарядку от 0 до 99 % за 8 минут и совершенно фантастические сроки работы в течение 50 000 циклов зарядки — приблизительно в 25 раз дольше, чем готовы обеспечить литий-ионные конкуренты. Кроме того, аккумуляторы будут температурно стабильными, безопасными для транспортировки и могут применяться без риска возгорания.

Тем не менее, ёмкость натрий-ионных аккумуляторов всё-таки слишком мала для применения в электромобилях — в Natron не акцентируют внимания на возможности их использования в электротранспорте. Вместо этого компания делает акцент на источниках резервного питания для ЦОД, погрузчиков и другого промышленного транспорта с небольшим запасом хода, а также всевозможных телекоммуникационных приложений.

Учёные Массачусетского технологического института (MIT) предложили проект аппарата, напоминающего летающую тарелку — он сможет использоваться для исследования лунной поверхности. Поднимать его будет сила электростатического отталкивания.

Источник изображения: news.mit.edu

Из-за отсутствия атмосферы лунная поверхность подвергается прямому воздействию космического излучения и солнечных ультрафиолетовых лучей. В результате на ней образуется положительный электростатический заряд, достаточный для того, чтобы поднимать лунную пыль на высоту до 1 м — из-за этого же эффекта при определённых условиях встают дыбом и волосы на голове. Ранее учёные предлагали использовать это для создания глайдеров, способных парить над поверхностью астероидов и других небольших небесных объектов, однако в случае Луны гравитация может оказаться сильнее электростатики.

Поэтому в MIT предложили управлять этим эффектом за счёт миниатюрных ионных двигателей, посредством которых регулируется электростатический заряд на летательном аппарате. Подобные двигатели сейчас используются в качестве маневровых на малых спутниках. Для подтверждения теории учёные построили 60-граммовую модель аппарата «размером с ладонь человека», которая парила над алюминиевой поверхностью в вакуумной камере, имитирующей безвоздушную поверхность Луны. Авторы проекта называют аппарат «левитирующим ровером» — он сможет исследовать любое космическое тело независимо от особенностей его поверхности.

На днях Морские силы самообороны Японии приняли на вооружение вторую ударную дизельную подводную лодку с литиевыми аккумуляторами. Отказ от сравнительно больших кислотно-свинцовых аккумуляторов позволяет в два раза увеличить запас энергии и освободить пространство. Судя по всему, опыт эксплуатации оказался положительным, и в дальнейшем подводный флот Японии будет использовать только литиевые батареи.

Источник изображения: JMSDF

Первую дизель-стирлинг-электрическую подводную лодку типа «Сорю» (Soryu) с литиевыми аккумуляторами — SS-511 «Орю» — японский военно-морской флот принял на вооружение в марте прошлого года. Аккумуляторы для корабля разработала компания GS Yuasa, а постройкой занималась компания Mitsubishi Heavy Industries. Принятая сегодня на вооружение подлодка SS-512 «Торю» стала вторым подводным кораблём с литиевыми аккумуляторами и стала последней для серии типа «Сорю». Всего выпущено и принято на вооружение 12 подводных лодок этого типа.

Следующим типом субмарин в Японии станет серия проекта 29SS. Первый корабль в серии — подводная лодка нового поколения «Тайгэи» — спущен на воду для эксплуатационных испытаний осенью прошлого года. На вооружение он будет принят в 2022 году и станет первым из семи кораблей следующего поколения. Подводная лодка «Тайгэи» изначально проектировалась под эксплуатацию литиевых аккумуляторов.

Размеры подлодки SS-512 «Торю» составляют 84 м в длину, 9,1 м в ширину и 10,3 м в высоту. Водоизмещение — 2950 тонн, а скорость достигает 20 узлов. Подлодки следующего поколения будут таких же размеров, но получат новое вооружение и изменённый дизайн.

Нахождение на морозе приводит к тому, что даже полностью заряженный электромобиль теряет до трети запаса хода за одну ночь. В случае с батареями без кобальта ситуация ещё хуже, а именно они получат максимальное распространение в массовых моделях электромобилей. Эксперты DigiTimes Research назвали три типовых пути решения данной проблемы.

Источник изображения: Green Car Reports

Первый, уже активно используемый автопроизводителями — это подогрев тяговых аккумуляторов до комфортной для них рабочей температуры. Литий-ионные батареи стабильно работают при температурах от минус двадцати до плюс шестидесяти градусов Цельсия, хотя небольшие отрицательные температуры тоже ухудшают их способность отдавать заряд. Электролит загустевает на морозе, ухудшая подвижность ионов лития.

Подогрев тяговых батарей осуществляется как за счёт внешних источников электропитания при зарядке, так и в ущерб пробегу при передвижении электромобиля. Во время работы батареи имеют свойства нагреваться, поэтому в жарком климате их приходится охлаждать. Контуры системы подогрева и охлаждения пролегают в непосредственной близости от аккумуляторных ячеек.

Второй способ повысить морозоустойчивость аккумуляторов, как поясняют специалисты DigiTimes Research — это добавление в жидкий электролит веществ, препятствующих загустеванию на морозе. Проблема заключается в том, что не все подобные вещества безвредны для других материалов, из которых изготавливаются аккумуляторы. Важно обеспечить сохранение долговечности батарей при добавлении таких присадок.

Наконец, самым радикальным способом решения проблемы низкой морозоустойчивости батарей мог бы стать переход на твердотельный электролит. Его способность переносить ионы лития не зависит от температуры в той же степени, как в случае с жидким электролитом. Есть один нюанс — коммерческое использование аккумуляторов с твердотельным электролитом вряд ли начнётся ранее 2024 года.

Новые модели электромобилей, как поясняет источник, оснащаются системами мониторинга заряда аккумуляторов, опирающимися на облачные технологии. Они более точно прогнозируют остаточный пробег для конкретных условий и могут заблаговременно давать рекомендации водителю. Данные передаются на смартфон владельца электромобиля, поэтому оценивать текущую ситуацию можно, даже находясь вдали от машины.

Японская корпорация Panasonic пережила вместе с Tesla и взлёты, и падения бизнеса по производству электромобилей. Она оставалась партнёром по выпуску аккумуляторных ячеек на предприятии в Неваде, параллельно поставляя для Tesla Model S и Model X ячейки японского производства. На этом направлении контракт с Panasonic недавно был пересмотрен.

Источник изображения: Electrek

Об этом стало известно ресурсу Electrek после изучения документов, поданных сторонами сделки в американские регулирующие органы. С первого октября прошлого года поставки аккумуляторных ячеек из Японии под маркой Panasonic для нужд Tesla осуществляются на обновлённых условиях, которые будут действовать до 31 марта 2022 года. Новые условия оговаривают изменения в ценовой политике и объёмах закупок, хотя конкретные показатели остаются коммерческой тайной. Можно лишь предположить, что Tesla выразила готовность закупать больше японских аккумуляторов, но взамен потребовала снизить их стоимость.

Напомним, что разработки Panasonic стояли и за представленной Tesla в сентябре ячейкой нового типоразмера 4680, как выяснилось недавно. Тесное сотрудничество компаний наверняка продолжится, поскольку основатель Tesla Илон Маск (Elon Musk) дал понять, что начало выпуска батарей собственными силами вовсе не означает, что компания сможет полностью покрыть все свои потребности. Закупать аккумуляторы на стороне она продолжит даже в случае успешной экспансии собственного производства, поскольку сейчас именно снабжение тяговыми батареями является ограничением на пути дальнейшего увеличения объёмов выпуска электромобилей.

Японская компания GS Yuasa выпускает аккумуляторные батареи с 1895 года, но сейчас её усилия сосредоточены на усовершенствовании технологии создания литий-ионных батарей особого назначения, которые способны работать как на морских глубинах, так и в открытом космосе. Но даже батареи для «простых смертных» должны стать лучше, увеличив плотность хранения заряда в три раза.

Источник изображения: GS Yuasa

Выпуском свинцово-кислотных аккумуляторов GS Yuasa занимается с конца позапрошлого века, сейчас компания является крупнейшим производителем батарей для мототехники с долей рынка в 18 %, в сегменте четырёхколёсных транспортных средств марка контролирует 8 % рынка. Специализированные батареи приносят компании лишь 5 % выручки, а норма прибыли на этом направлении не превышает 2 %, но GS Yuasa полна решимости развивать свои компетенции в этой сфере, как отмечает издание Nikkei Asian Review.

С недавних пор, например, литий-ионные батареи данной марки снабжают электроэнергией МКС на высоте 400 км от поверхности Земли, накапливая заряд от солнечных панелей. Международная космическая станция совершает за сутки 16 полных оборотов вокруг Земли, столько же циклов заряда и разряда приходится проделывать бортовым аккумуляторам. Литий-ионные батареи, которые установлены на МКС, имеют при этом расчётный срок эксплуатации не менее десяти лет.

Аккумуляторы GS Yuasa были также установлены оборонным ведомством Японии на подводную лодку серии Oryu, которая стала первым типом морских судов, использующим литий-ионные аккумуляторы. Они заряжаются от бортового дизель-генератора, чтобы при необходимости совершать манёвры исключительно за счёт тяги электродвигателей. Это делает субмарину почти бесшумной, затрудняя её обнаружение при помощи традиционных акустических средств.

По словам представителей компании, особые надежды возлагаются на новое поколение литий-ионных аккумуляторов, которые сейчас разрабатываются специалистами GS Yuasa. С их помощью компания рассчитывает начать покорение воздушного пространства. Во-первых, ёмкие и лёгкие батареи потребуются летающим станциям беспроводной связи. Во-вторых, со временем они найдут применение и в полноразмерных авиалайнерах. Сейчас электрификации воздушного флота в значительной степени препятствует высокий вес аккумуляторов. Разработчики ищут способы снизить риск возгорания аккумуляторов, возникающий при увеличении плотности хранения заряда. Подобные аккумуляторы будут отличаться дороговизной, но в узких сферах применения смогут себя оправдать, поэтому избранное стратегическое направление развития GS Yuasa может обеспечить компанию неплохой финансовой отдачей в будущем.

Кобальт продолжит быть главным сырьём для производства литиево-ионных аккумуляторов на действующих и будущих заводах компании Tesla. Издание Financial Times сообщило, что Tesla заключила долгосрочный контракт на поставку кобальта с компанией Glencore, владеющей шахтами в Демократической Республике Конго. Тем самым Tesla подозревается в получении сырья, добытого с использованием детского труда и с рисками для здоровья.

Nora Tam | South China Morning Post | Getty Images

В своих финансовых документах Tesla не раскрывает источники поставок кобальта. По её словам, цепочка поставок этого сырья «содержит риски и компания делает всё, чтобы их минимизировать». В переводе на человеческий язык это означает, что Tesla понимает, что получаемый ею кобальт добыт с нарушениями всех современных понятий о безопасном труде, но ничего сделать с этим не может. Кстати, против Tesla и компаний Apple, Google, Microsoft и Dell от имени 14 конголезских семей международными организациями поданы иски за смерти и увечья детей-шахтёров.

Компании Tesla и Glencore отказались комментировать заключение контракта на поставку кобальта. Предполагается, что годовые поставки этого сырья будут достигать 6000 тонн. Цена вопроса составит около $30 000 за тонну. Два года назад, надо отметить, тонна кобальта стоила дороже ― $95 000. В ДРК добывают около 2/3 от мировых поставок кобальта. Компания Glencore владеет медной шахтой в регионе Катанга с 2008 года, где кобальт производится как побочный продукт.

По данным источника, поставки кобальта компанией Glencore уже используются для производства литиево-ионных аккумуляторов на заводе Tesla в Шанхае. После заключения контракта кобальт Glencore пойдёт на изготовление аккумуляторов на заводе в США и, позже, на новую фабрику Tesla в Германии. Ради справедливости надо сказать, что Tesla занимается внедрением в электромобили аккумуляторов без кобальта, но пока преимущества не содержащих кобальт батарей нивелируются их недостатками, например, увеличенным весом.

Китайские компании всё громче заявляют о себе как о разработчиках и производителях перспективных аккумуляторов. Зарубежные технологии не просто копируются, а совершенствуются и воплощаются в коммерческий продукт.

Успешная работа китайских компаний ведёт к неминуемому прогрессу в характеристиках аккумуляторов, хотя нам, конечно же, хотелось бы «всё и сразу». Но так не бывает, зато аккумулятор на более чем 800 км хода и без дорогого кобальта вскоре появится. Спасибо будем говорить китайской компании SVOLT Energy Technology.

На днях руководство SVOLT Energy, а это бывшее дочернее подразделение китайского автопроизводителя компании Great Wall Motor, запустило новую линию по выпуску перспективных автомобильных литий-ионных аккумуляторов. Линия будет выпускать два типа аккумуляторов, но пока в мелкосерийных объёмах. Массовое производство начнётся во второй половине следующего года. Что же это за продукция?

Один тип аккумуляторов будет опираться на ячейки ёмкостью 115 А·ч с плотностью энергии 245 Вт·ч/кг. На этих ячейках планируется собирать массовые аккумуляторные батареи для широкого спектра электромобилей. Вторая продукция ― ячейки ёмкостью 226 А·ч без кобальта ― будут производиться эксклюзивно для компании Great Wall Motor, которая планирует устанавливать их на свои электромобили премиального класса.

По словам производителя, новые длинные ячейки L6 в составе батареи обеспечат электромобилю пробег до 880 км на одном заряде. Заявленный срок службы аккумуляторов превышает 15 лет, что может конвертироваться в пробег до 1,2 млн км без замены аккумулятора.

Для достижения столь впечатляющих характеристик аккумуляторов китайские инженеры разработали целый комплекс технологий и техпроцессов, начиная с замены в составе анода кобальта на никель и другие материалы. Так, например, ионы лития в аккумуляторе замещаются ионами никеля, который препятствует деградации лития в процессе эксплуатации аккумуляторов. Это само по себе вызвало технические проблемы, которые теперь успешно решены.

Также в производство аккумуляторных ячеек было внесено множество других новшеств, как и пересмотрен дизайн и принцип работы всего блока батареи из множества ячеек. Новый блок батарей сформирован по принципу матрицы и может быть легко масштабирован до заданных параметров, что также удешевляет производство аккумуляторных сборок.

Добавим, аккумуляторы SVOLT Energy без кобальта работают на несколько повышенном напряжении ― 4,3–4,35 В. Именно благодаря этому плотность запасаемой энергии у них выше, чем у традиционных литий-ионных аккумуляторов. Осталось узнать, как они себя поведут на практике.

Литиево-ионные аккумуляторы по многим параметрам ещё не достигли совершенства. И если с недобором по ёмкости ещё можно мириться, то вопросы безопасной эксплуатации литийсодержащих элементов питания остаются приоритетными. Одним из решений для повышения безопасности литиево-ионных аккумуляторов может стать переход на водные растворы электролита. Но обычная вода для этого не годится, а вот вода со стабилизаторами имеет перспективы.

egorovartem/Depositphotos

На днях в журнале Nature Materials группа исследователей из Китайского университета Гонконга опубликовала статью, в которой рассказала о создании электролита на водной основе с добавками популярного среди производителей косметики и продуктов питания полимера. Это полиэтиленгликоль, который придаёт растворам вязкость.

Кроме этого в водный раствор с полиэтиленгликолем учёные добавили соли лития, но этой добавки потребовалось существенно меньше, чем в случае традиционных электролитов. Это означает, что полученный таким образом электролит оказался намного менее токсичным, чем тот, который используется в широко распространенных литиево-ионных аккумуляторах.

Созданный на основе воды, полиэтиленгликоля и солей лития электролит позволил представить опытный элемент питания с удельной энергией от 75 до 110 Вт·ч/кг и напряжением 3,2 В. Вода без примеси стабилизатора не позволила бы добиться такого достаточно высокого напряжения для электролита на водной основе. Подтверждённое опытом число циклов заряда/разряда аккумулятора достигло 300.

«Эти результаты исследований предоставляют новую платформу для проектирования водного электролита с большим окном напряжения и высокой стабильностью для безопасного, недорогого и экологически чистого хранения энергии».

Учёные из Токийского университета уверены, что они совершили прорыв в сфере аккумулирования энергии с помощью литийсодержащих батарей. По их словам, никто с начала 90-х годов не создавал совершенно нового электролита, который мог бы значительно улучшить свойства литиево-ионных аккумуляторов. А они смогли это сделать.

В литиево-ионных аккумуляторах наука и промышленность десятилетиями использовала фактически тот же самый электролит на основе этиленкарбоната (EC). В неисчислимых экспериментах исследователи оставляли базовую химию этого растворителя неизменной, что не позволяло сделать прорыв на направлении электролитов. Группа японских учёных под руководством профессора Ацуо Ямады (Atsuo Yamada) сначала теоретически, а потом практически воссоздала полностью новый электролит, разработка которого велась с учётом знаний об основополагающих молекулярных структурах.

Новый электролит опирается на фторированный циклический фосфатный растворитель (TFEP). Это вещество, как утверждают разработчики, абсолютно негорючее, что обещает пожаробезопасные аккумуляторы. Но главное (хотя, что может быть главнее безопасности?) новый электролит позволит аккумуляторам работать при более высоком напряжении, чем на электролите на основе этиленкарбоната. Так, напряжение «классических» литиево-ионных аккумуляторов не может быть выше 4,3 В без риска возгорания. На основе TFEP-растворителя напряжение батарей может быть 4,9 В.

Большее напряжение даже при одинаковой ёмкости аккумулятора означает большую мощность и, следовательно, увеличенную дальность пробега электромобиля и большую продолжительность работы аккумулятора. То же самое можно будет сказать об аккумуляторах для смартфонов, если они получат новый электролит. Вот только когда это произойдёт, учёные не берутся предсказать. Добавим, статья об исследовании опубликована в журнале Nature Energy, но доступ к ней платный.

Для японской компании Toshiba бизнес по производству литиево-ионных аккумуляторов ― это относительно новое направление. Во всяком случае, аккумуляторные ячейки под брендом SCiB (Super Charge ion Battery) компания начала выпускать в 2007 году. В течение следующих 5 лет Toshiba планирует сделать аккумуляторный бизнес одной из немногих точек роста компании, а ёмкости батареек, как и объёма памяти, много не бывает.

На днях Toshiba подтвердила, что её аккумуляторные литиево-ионные батареи SCiB интересны для производителей автомобилей. Правда, речь идёт о гибридных автомобилях, в которых электрический привод и тяговые аккумуляторы используются только на отдельных этапах движения автомобиля: во время старта, ускорения и при движении на холостом ходу. Зато подзарядка аккумуляторов происходит во время замедления, когда кинетическая энергия движения автомобиля преобразуется в электрическую и запасается в аккумуляторах.

Nissan ROOX Highway STAR G Turbo ProPILOT Edition

Систему рекуперации энергии для гибридных автомобилей Nissan Motors и Mitsubishi Motors разработала и поставляет компания Marelli. На базе этой системы Nissan Motors представила новейшие гибридные автомобили ROOX и ROOX Highway STAR, а компания Mitsubishi Motors выпустила гибридные машины eK X space и eK space. Но все эти автомобили объединяет также аккумуляторная подсистема Toshiba на элементах SCiB.

Mitsubishi eK X space

В пресс-релизе компания Toshiba не раскрывает характеристики аккумуляторов, которые пошли в гибридные автомобили Nissan и Mitsubishi, а это было бы интересно. Дело в том, что в 2019 финансовом году, который для Toshiba завершается в следующую среду, компания обещала начать выпуск нового поколения аккумуляторов SCiB с отрицательным электродом из титан-ниобиевого оксида (три верхних графика на картинке ниже).

Аккумуляторы на основе титан-ниобиевого оксида обещали в два раза большую удельную плотность хранения энергии. В свежем пресс-релизе компании речь конкретно идёт об аккумуляторах с отрицательным электродом из литий-титанового оксида, которые относятся к предыдущему поколению литиево-ионных аккумуляторов SCiB. Проще говоря, Toshiba не сдержала обещание добиться к 2020 году значительного прогресса в аккумуляторах, а жаль.

Рано ли поздно литиево-ионные аккумуляторы придётся чем-то заменять. С учётом взрывного роста потребностей аккумулирующих ресурсов в «зелёной» энергетике и в электротранспорте, это произойдёт скорее раньше, чем позже. И одной из альтернатив могут стать металл-ионные батареи.

Над материалом для металл-ионных аккумуляторов работают многие исследовательские команды во всём мире. Интересных находок много. Например, в свежем номере престижного издания Nature Communications команда учёных из Сколтеха сообщила о разработке нового и неожиданного материала для катодов металл-ионных аккумуляторов.

Почему металл-ионные? На Земле ограниченный запас лития и кобальта (последний используется для изготовления катодов). Теоретически литий можно заменить калием, а кобальт железом, марганцем и даже титаном. Это, кстати, сделает батареи фактически экологически безопасными. Более того, титана на Земле очень много. Он идёт на десятом месте по распространённости элементов в земной коре. Другое дело, что электрохимические свойства титана оставляют желать лучшего. И с этим что-то надо делать.

Группа учёных под руководством профессора Станислава Федотова создала новый катодный материал на основе фторидофосфата титана ― KTiPO₄F. Новый материал имеет высокий электрохимический потенциал и отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда/разряда.

«Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в «аккумуляторном сообществе», согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за его низкого потенциала. Мы считаем, что открытие KTiPO₄F может стать стимулом к поиску и разработке новых титансодержащих катодных материалов с уникальными электрохимическими характеристиками. Правильно подобранный химический состав, кристаллическая структура и способ синтеза сделали невозможное возможным», ― заявили учёные.

Осталось дождаться шагов в сторону практического использования разработки. Но пока создаётся впечатление, что путь предстоит очень и очень долгий.