Китайский автопроизводитель JAC (Anhui Jianghuai Automobile) выпустил первые серийные электромобили, использующие в качестве источника энергии натрий-ионные аккумуляторы — Yiwei EV (бывший Sehol E10X). Эта технология может стать переломной не только для удешевления электромобилей, но в целом для снижения цен на перезаряжаемые устройства и уменьшения мировой потребности в добыче лития.

Источник изображений: JAC

Хэтчбек Yiwei EV имеет вполне приличные характеристики. Четырёхместный автомобиль оборудован аккумулятором NaCR32140 производства HiNa Battery с ёмкостью 25 кВт·ч и энергетической плотностью 120 Вт·ч/кг. Масса аккумуляторного блока составляет приблизительно 210 кг. Автономность нового электромобиля с этой батареей прогнозируется в пределах 250 километров. Для зарядки натрий-ионного аккумулятора можно использовать станции стандартов 3C и 4C. По предварительным оценкам, стоимость автомобиля составит 89 900–127 900 юаней (12 600–17 900 долларов США).

Натрий-ионные аккумуляторы не только проще и дешевле в производстве, но и обеспечивают превосходные характеристики при отрицательных температурах окружающей среды, развивая почти полную мощность при -30 °C. Немаловажным достоинством натрий-ионных аккумуляторов является снижение ущерба окружающей среде при производстве и добыче сырья.

Натрий-ионные батареи привлекают внимание автопроизводителей по всему миру, как недорогое решение, которое будет способствовать популяризации массовых электромобилей. Возможно, скоро потребители обнаружат натрий-ионные аккумуляторы везде — в портативных электростанциях, электрических снегоходах, двухколёсных транспортных средствах и в бюджетных электромобилях.

В NASA сообщили, что первый электроракетный двигатель нового поколения мощностью 12 кВт завершил квалификационные испытания. В своё время установка станет частью лунной орбитальной станции Gateway для удержания и коррекции орбиты. До этого самым мощным электроракетным двигателем была установка мощностью 4,5 кВт. Новый двигатель обеспечит полёты глубже в Солнечную систему и с более высокой скоростью.

Источник изображения: NASA

Двигатели AEPS разрабатывает и производит компания Aerojet Rocketdyne. Первый из них для станции «Лунные врата» компания доставила в испытательный центр NASA им. Гленна в Кливленде в июле этого года. Именно этот двигатель прошёл проверку в вибрационной и вакуумной камере центра. Второй двигатель будет доставлен для квалификационных испытаний в 2024 году. На нём, в частности, будут отрабатывать режимы тяги, эквивалентные выводу станции Gateway на орбиту вокруг Луны.

В испытательной камере огневой тест продлится около четырёх лет или 23 тыс. часов, что позволит проверить двигатель длительными нагрузками. На станции Gateway будет три таких двигателя. Питание им будет обеспечивать система солнечных панелей станции мощностью 60 кВт. Двигатели будут смонтированы на силовом модуле станции (PPE, Power and Propulsion Element). Модуль планируется вывести в космос в ноябре 2025 года на ракете SpaceX Falcon Heavy.

Главное преимущество электроракетных двигателей или, иначе, ионных двигателей на эффекте Холла, заключается в высочайшей эффективности. Они не могут похвастаться высокой тягой, но могут годами непрерывно работать на ограниченных запасах рабочего тела. В частности, двигатели AEPS работают на ксеноне. Одного бака на станции с 2 тоннами ксенона может хватить на 15 лет её эксплуатации. Впрочем, немецкая компания OHB сейчас занята разработкой системы дозаправки ксеноном — Xenon Transfer System (XTS). Вероятно, для продления сроков эксплуатации «Лунных врат» её будут время от времени заправлять.

Станция Gateway послужит базой для миссий на поверхность Луны и для сборки кораблей для полётов на Марс. Двигатели AEPS будут активно использоваться во всех этих миссиях, поскольку до появления атомных ракетных двигателей обещают наиболее экономичный и эффективный способ полётов вглубь Солнечной системы.

Китайская компания BYD уже является вторым по величине производителем электромобилей после Tesla и вторым по величине производителем тяговых аккумуляторов после CATL, но выйти на лидирующие позиции она собирается в сфере производства натрий-ионных аккумуляторов, ради чего создаёт совместное предприятие с Huaihai Holding Group.

Источник изображения: Huaihai Holding Group

Как поясняет Electrek, партнёры сосредоточатся на производстве натрий-ионных тяговых батарей, которые уступают литийионным по плотности хранения электроэнергии, но оказываются заметно дешевле. По этой причине выпускаемые на совместном предприятии тяговые батареи будут ориентированы на использование в составе компактных недорогих электромобилей с небольшим запасом хода, которые весьма популярны в Китае и наверняка найдут себе место на европейском рынке при правильной ценовой политике.

Со стороны BYD формальным участником совместного предприятия выступит дочерняя компания FinDreams, которая как раз и специализируется на выпуске аккумуляторов. Huaihai Holding Group возьмёт на себя реализацию продукции совместного предприятия. Производственные мощности предполагается разместить в округе Сюйчжоу китайской провинции Цзянсу. Партнёры рассчитывают крупнейшими поставщиками натрий-ионных батарей для компактных электромобилей. Конкурирующая CATL, которая является бесспорным лидером мирового рынка тяговых батарей, тоже вкладывает средства в разработку натрий-ионных аккумуляторов, поэтому борьба за место под солнцем между китайскими гигантами должна быть ожесточённой.

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.