Компания Honda запустила в Японии площадку, которая призвана наглядно проиллюстрировать планы компании по серийному производству полностью твердотельных аккумуляторных батарей для электромобилей. За счёт этого производитель намерен в будущем начать выпускать транспортные средства с существенно увеличенным запасом хода и более длительным сроком службы источника питания.

Источник изображений: Honda

Многие компании не используют твердотельные аккумуляторы из-за сложности и дороговизны масштабирования их производства. В таких батарея жидкий электролит, используемый в современных литийионных аккумуляторах, заменяется сухими проводящими материалами. За счёт этого достигается более высокая плотность хранения энергии и увеличивается срок службы. Однако для массового выпуска таких батарей необходим совершенно иной производственный процесс.

Honda заявила о намерении ускорить исследования и сократить время, необходимое для изготовления аккумуляторов для одного авто. Этим займутся сотрудники новой площадки, которая расположилась на площади 27 тыс. м² в Сакура-Сити, Япония. На площадке есть всё необходимое оборудование, которое размещено в трёх помещениях: для изготовления катодов и сборки элементов, для изготовления анода, для активации электролита и финальной сборки модулей.

Прессование катода для твердотельных аккумуляторов

Компания намерена выпустить первые экземпляры твердотельных аккумуляторов на этой линии в январе следующего года. Более масштабное производства Honda рассчитывает организовать во второй половине десятилетия. Ожидается, что это также удешевит производство электромобилей.

На днях китайская компания EHang провела беспилотные полёты двухместного аэротакси EH216-S с модифицированной системой питания. Вместо традиционных литийионных аккумуляторов аппарат получил твердотельные литиевые аккумуляторы с примерно вдвое возросшей плотностью энергии. Это позволило транспортному средству продержаться в воздухе около 50 мин вместо обычных 25. Также это был первый в мире полёт воздушного судна с твердотельными батареями.

Источник изображения: EHang

Заявленная плотность энергии твердотельных аккумуляторов приближается к 500 Вт·ч/кг. Анод батареи выполнен из металлического лития, а в качестве электролита заявлена «оксидная керамика». Компания намеревается начать штатное комплектование всех новых аэротакси твердотельными аккумуляторами ближе к концу 2025 года. Время в воздухе возрастёт с 25 до 60 мин, что увеличит дальность полёта с 35 до 80 км на крейсерской скорости 100 км/ч.

Разработкой инновационных твердотельных аккумуляторов для компании EHang занимается стартап Shenzhen Inx Energy Technology Company. Договор о стратегическом сотрудничестве между ними был заключён в сентябре 2023 года. Кроме значительно увеличенной плотности энергии твердотельные аккумуляторы более просты в эксплуатации, не воспламеняются при повреждении и поддерживают впечатляющий диапазон рабочих температур от -40 до 150 °C.

Компания EHang стала первой в мире, которая получила разрешение на производство и эксплуатацию летающих электрических такси. Машины пока производятся для туристических компаний, но их можно купить в рознице за $330 тыс. в Китае и $410 тыс. за его границами.

Инженеры компании Samsung (подразделения Samsung Electro-Mechanics) создали первый в мире малогабаритный твердотельный аккумулятор, предназначенный для использования в потребительской электронике. По данным источника, разработка миниатюрной батареи велась в течение трёх лет. Сверхмалый твердотельный аккумулятор может похвастаться плотностью хранения энергии в 200 Вт·ч/л, что выше аналогичного показателя у литий-ионных батарей.

Согласно имеющимся данным, в настоящее время новый малогабаритный аккумулятор Samsung проходит тестирование, в котором участвуют некоторые партнёры южнокорейской компании. Если всё пойдёт по плану, то серийное производство таких батарей начнётся в 2026 году. Ожидается, что первым носимым устройством с твердотельным аккумулятором станут фирменные смарт-часы Samsung Galaxy Watch.

Новая батарея выигрывает у литий-ионных аналогов не только в плотности хранения энергии. Такие аккумуляторы могут изготавливаться в размерах от миллиметров до сантиметров, в зависимости от потребностей заказчика, а также быть произвольной формы. Твердотельные аккумуляторы более устойчивы перед внешними воздействиями, в частности ударами, поскольку в них используется негорючий твёрдый электролит.

Samsung заявила, что создать миниатюрную твердотельную батарею удалось благодаря собственной технологии производства многослойных керамических конденсаторов. С её помощью можно поочерёдно печатать тонкие слои материалов и укладывать их друг на друга. Такой подход позволяет избежать образования складок, что нередко встречается в литий-ионных батареях, а также обеспечивает минимальное изменение габаритов батареи во время зарядки, что устраняет необходимость в дополнительном пространстве.

Ещё твердотельные аккумуляторы легко растягиваются и обладают высокой гибкостью, повышенной термической стабильностью и более длительным сроком службы по сравнению с традиционными батареями. Также утверждается, что они дают меньший углеродный след. Благодаря повышенной безопасности и высокой плотности хранения энергии эти батареи могут эффективно работать в широком диапазоне температур.

Впрочем, твердотельные аккумуляторы не лишены недостатков. Одним из главных является высокая стоимость производства. По данным источника, в настоящее время несколько компаний работают над удешевлением процесса производства твердотельных батарей.

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.

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.

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.

Перспективные твердотельные литиевые аккумуляторы хороши всем, кроме ожидаемой стоимости. По крайней мере, в первые годы после начала их массового производства. Одним из самых дорогих в новых батареях обещает стать электролит на основе сульфида лития, стоимость которого может достигать $200 за килограмм. Новый созданный в Китае электролит LPSO стоит всего $14,42 за килограмм и не содержит дорогостоящих сульфидов, хотя не уступает в характеристиках аналогам.

Перспективные аккумуляторы в представлении художника. Источник изображений: ETH Zurich

Многолетние исследования учёных во всём мире показали, что для твердотельных аккумуляторов в качестве основы для твёрдого электролита лучше всего подходят соединения на основе сульфидов, оксидов и хлоридов. Причём сульфиды лидирую по совокупности наиболее желательных характеристик в составе аккумуляторов. Проблема в том, что за основу при изготовлении сульфидных электролитов берётся достаточно дорогой сульфид лития (Li₂S). В результате 1 кг электролита на основе этого соединения стоит более $195, тогда как для коммерчески выгодного производства аккумуляторов цена электролита не должна превышать $50 за 1 кг.

Учёные из Университета науки и технологий Китая (USTC) смогли синтезировать сульфидный электролит, не прибегая к помощи сульфида лития, что соответствует более чем 90-процентному снижению стоимости этого компонента аккумуляторов. По мнению исследователей, это способно революционизировать отрасль производства аккумуляторов и электромобилей, обещая привести к появлению недорогих, ёмких, высокоплотных и безопасных источников автономного питания. По крайней мере, в лаборатории опытный экземпляр аккумулятора при комнатной температуре стабильно проработал свыше 4200 часов.

Разработкой тяговых батарей с твердотельным электролитом сейчас занимаются не только производители аккумуляторов и электромобилей, но и просто профильные стартапы. Многие из них обещают представить готовые к массовому производству аккумуляторы нового типа в этом десятилетии, но эксперты относятся к таким заявлениям скептически, добавляя, что сейчас на рынке нет явного фаворита в этой сфере. Тем временем создаются промежуточные решения.

Источник изображения: BYD

Как поясняет IEEE Spectrum, создаваемые некоторыми компаниями полутвердотельные аккумуляторы, которые используют вместо растворов солей лития более густой гель на их основе в качестве электролита, могут стать жизнеспособным решением на переходный период, пока не будут разработаны технологии массового производства батарей с полностью твердотельным электролитом. К преимуществам полутвердотельных батарей можно отнести использование уже известного оборудования и большинства материалов, которые известны по существующим техпроцессам производства литийионных батарей.

Аккумуляторы с полутвердотельным электролитом обеспечивают увеличение плотности хранения заряда. Например, китайская WeLion, которая соответствующими тяговыми батареями уже снабжает электромобили Nio, обеспечивая им запас хода более 1000 км без подзарядки в реальных условиях эксплуатации, заявляет о плотности хранения энергии в 360 Вт·ч/кг на уровне ячейки. После упаковки таких ячеек в корпус батареи показатель плотности снижается до 260 Вт·ч/кг, но это всё равно выше тех 160 Вт·ч/кг, которые достижимы для литийионных батарей с классическим жидким электролитом.

Стив Мартин (Steve Martin), профессор материаловедения в Университете Айовы, убеждён, что в настоящий момент невозможно утверждать о способности какой-то конкретной технологии и отдельной страны обеспечить себе доминирование на мировом рынке в будущем. Сейчас разрабатывается слишком много разных типов тяговых батарей с твердотельным электролитом, но ни один из них на данном этапе не обеспечивает убедительного технологического преимущества.

К плюсам твердотельных батарей следует отнести увеличенную плотность хранения заряда, меньшую массу, более высокий ресурс, способность быстрее принимать заряд, а также более высокий уровень пожарной безопасности. При этом для подтверждения этих преимуществ нужно не только разработать почти с нуля технологии массового производства таких батарей, но и провести длительные и обширные испытания, позволяющие убедиться в их безопасности. Некоторые из прототипов таких батарей используют стеклянные элементы в своём составе, и не факт, что в условиях постоянной вибрации они будут себя хорошо чувствовать на протяжении всего срока эксплуатации электромобиля, не говоря уже о риске повреждения в аварии.

Японские твердотельные накопители

Японские автопроизводители во главе с Toyota предпочитают самостоятельно разрабатывать твердотельные аккумуляторы, причём этот крупнейший поставщик легковых автомобилей в мире рассчитывает вывести на рынок соответствующие элементы питания уже в 2027 году. Они должны обеспечить запас хода до 1200 км без подзарядки. Западные автопроизводители присматриваются к деятельности профильных стартапов. Компания QuantumScape, получающая поддержку Volkswagen, разрабатывает литийметаллические батареи с твердотельным электролитом, которые призваны обеспечить плотность хранения заряда около 400 Вт·ч/кг. Кроме того, они способны восстановить заряд с 10 до 80 % за 15 минут.

Разработками компании Solid Power, которая создаёт твердотельные аккумуляторы с электролитом сульфидного типа, интересуются Ford и BMW. Литийкерамические аккумуляторы с твердотельным электролитом оксидного типа создаёт ProLogium Technology, компания рассчитывает начать поставки подобной продукции уже в этом году и в перспективе превысить плотность хранения энергии в 500 Вт·ч/кг. Сотрудничая с Mercedes-Benz, этот стартап уже открыл своё первое предприятие по выпуску твердотельных аккумуляторов на Тайване.

При этом следует помнить, что до сих пор формирующие существенную часть себестоимости любого электромобиля тяговые аккумуляторы даже в самой дешёвой разновидности типа LFP стали популярны не сразу, и их экспансии в значительной степени способствовало масштабирование объёмов производства китайскими компаниями, которое и помогло сделать их относительно доступными. Твердотельным аккумуляторам придётся преодолеть долгий и тернистый путь, прежде чем получить адекватное распространение.

Японская компания TDK на этой неделе сообщила об успехах в разработке материала, который поможет увеличить плотность хранения электроэнергии в элементах питания с твердотельным электролитом в 100 раз по сравнению с имеющимися образцами аккумуляторов той же марки с твердотельным электролитом. Прежде всего, эта разработка позволит продлить сроки работы от батареи разного рода носимой электроники.

Источник изображения: TDK Corporation

Новое поколение батарей с твердотельным электролитом TDK называет CeraCharge, появление нового материала для их создания позволит поднять плотность хранения заряда в сто раз до 1000 Вт·ч/л в объёмном измерении. Заявления о 100-кратном увеличении плотности хранения заряда могут показаться достаточно громкими, и тут действительно дело в выборе базы для сравнения. Во-первых, с момента выхода первых образцов CeraCharge в 2020 году конкурирующие производители аккумуляторов с твердотельным электролитом продвинулись в увеличении плотности хранения заряда до 50 Вт·ч/л, что уже сокращает преимущество TDK до 20-кратного. Во-вторых, перезаряжаемые элементы питания «монетного» типа на основе традиционного жидкого электролита с литием обеспечивают плотность хранения заряда до 400 Вт·ч/л, и в этом случае превосходство TDK сокращается до 2,5 раза.

Беспроводные наушники, слуховые аппараты и умные часы смогут оснащаться более совершенными и долговечными элементами питания, как отмечается в пресс-релизе компании. Применение данной технологии в более крупных устройствах ограничено использованием довольно хрупкой керамики при производстве батарей семейства CeraCharge. По этой причине такие аккумуляторы будут использоваться только в достаточно компактных устройствах.

Добиться прогресса в сфере повышения плотности хранения заряда TDK удалось за счёт использования твердотельного электролита оксидного типа собственной разработки в сочетании с анодом на основе соединений лития. Данный тип твердотельного электролита делает батарею весьма безопасной, что важно для устройств, соприкасающихся с кожей человека. Внедрение таких батарей позволит заменить одноразовые элементы питания монетного типа, поскольку новое поколение источников энергии будет перезаряжаемым. Соответственно, ущерб для окружающей среды от утилизации батареек заметно снизится.

В дальнейшем TDK сосредоточится на разработке технологии производства аккумуляторных батарей с твердотельным электролитом на основе нового материала. Свои компетенции в сфере выпуска электронных компонентов TDK собирается направить на технологии ламинирования слоёв в аккумуляторах нового типа и расширение температурных режимов их работы.

Выручка отрасли производства флеш-памяти NAND в первом квартале текущего года достигла более $14,7 млрд — это самый высокий квартальный показатель за последние годы. При этом Micron обогнала одного из лидеров рынка в лице Western Digital благодаря наращиванию поставок SSD для ИИ-серверов. Флэш-память остаётся одним из самых быстрорастущих сегментов рынка полупроводников.

Источник изображения: Wikipedia

Согласно отчету аналитической компании TrendForce, в первом квартале 2024 года наблюдался значительный рост на рынке флэш-памяти NAND. Выручка отрасли увеличилась на 28,1 % по сравнению с предыдущим кварталом и достигла $14,71 млрд.

Основными драйверами роста стал высокий спрос на твердотельные накопители (SSD) для корпоративных серверов, нацеленных на задачи искусственного интеллекта. Также запасы флэш-памяти наращивали производители ПК и смартфонов, а также операторы дата-центров. Последние постоянно стремятся компенсировать ожидаемый дальнейший рост цен.

Источник изображений: TrendForce

Лидером рынка остается Samsung с долей 37 %, выручка компании от продаж NAND выросла на 28,6 % до $5,4 млрд. На втором месте оказалась SK Group (SK Hynix + Solidigm) с долей 22 % и ростом выручки на 31,9 % до $3,27 млрд. Третье и четвертое место занимают Kioxia и Micron с долями 12 % и 13 % соответственно.

Micron смогла обогнать Western Digital благодаря более низким ценам и активному наращиванию поставок SSD для дата-центров. Выручка Micron выросла на 51,2 %, что является самым высоким показателем среди лидеров отрасли.

Эксперты TrendForce прогнозируют сохранение положительной динамики и во втором квартале — ожидается рост выручки отрасли почти на 10 %. Отмечается, что этому будут способствовать дальнейшее увеличение контрактных цен на флэш-память (+15 %) и расширение использования SSD корпоративным сегментом.

Пока конкуренты направляли существенные ресурсы на разработку твердотельных аккумуляторов, крупнейший производитель литийионных батарей с жидким электролитом — китайская компания CATL, довольно скептически оценивала перспективы первых. На днях она заявила, что лишь к 2027 году сможет начать выпуск твердотельных аккумуляторов, и в последующие годы достижение доли в 1 % рынка будет для неё прорывом.

Источник изображения: CATL

Ведущий научный сотрудник CATL Ву Кай (Wu Kai), как сообщает CnEVPost, на Международной выставке батарей в Китае (CIBF) оценил текущую степень готовности твердотельных батарей к массовому производству в 4 балла из 9. Компания ставит перед собой задачу к 2027 году довести этот показатель до 7–8 баллов, что будет означать возможность мелкосерийного производства тяговых батарей с твердотельным электролитом. По словам представителя компании, серийный выпуск таких аккумуляторов отдаляется не только техническими сложностями, но и высокими затратами.

CATL будет считать успехом достижение 1 % рынка твердотельных аккумуляторов. По мнению главного научного сотрудника компании, батареи с жидким электролитом сохранят жизнеспособность на протяжении ещё 20 лет, а твердотельным потребуется от 20 до 30 лет, чтобы занять 50 % рынка. Литиевые батареи с жидким электролитом способны обеспечить плотность хранения заряда до 350 Вт·ч/кг уже сейчас, но из них сложно выжать больше, как пояснил представитель CATL. Твердотельные аккумуляторы способны поднять планку до 500 Вт·ч/кг, а ещё они в меньшей степени зависят от температуры окружающего воздуха и более безопасны при физическом разрушении.

CATL для разработки твердотельных аккумуляторов не только собрала команду исследователей из 1000 человек, но и активно сотрудничает с поставщиками и учебными заведениями. Предстоит решить ещё очень много проблем, прежде чем твердотельные аккумуляторы можно будет выпускать в массовых количествах по приемлемой цене. Многие из конкурентов CATL готовы сделать это до конца текущего десятилетия.

Автопроизводители и поставщики тяговых аккумуляторов активно занимаются разработкой батарей нового типа с твердотельным электролитом, которые призваны увеличить плотность хранения энергии и тем самым либо снизить массу транспортного средства, либо увеличить дальность хода без подзарядки. Samsung утверждает, что в 2027 году сможет начать массовый выпуск твердотельных аккумуляторов, которые увеличивают объёмную плотность хранения заряда на 40 %.

Источник изображения: Samsung SDI

Если быть точнее, как сообщает Nikkei Asian Review, представители Samsung SDI на выставке InterBattery в Южной Корее сообщили, что разрабатываемые ими тяговые твердотельные аккумуляторы смогут предложить плотность хранения заряда 900 Вт‧ч/л, а это является улучшением на 40 % по сравнению с имеющимися технологиями. Помимо увеличения плотности хранения заряда и снижения массы, аккумуляторы с твердотельным электролитом позволяют повысить безопасность с точки зрения угрозы возгорания, а также ускорить сам процесс восполнения заряда.

В прошлом году Samsung SDI уже запустила пилотную производственную линию в Сувоне недалеко от южнокорейской столицы, а сейчас занимается совершенствованием технологии массового производства аккумуляторов с твердотельным электролитом с целью повышения уровня выхода годной продукции. В прошлом году Samsung SDI также учредила команду специалистов по продвижению твердотельных батарей на рынок, и начала готовить крупных клиентов типа BMW к возможности их использования в будущем. В текущем году начались поставки образцов твердотельных аккумуляторов Samsung SDI ведущим автопроизводителям мира. Производственные планы по выпуску таких аккумуляторов будут формироваться на основе оценки уровня спроса.

Hyundai Motor тоже собирается начать производить твердотельные аккумуляторы с 2027 года, а Toyota к 2027–2028 годам рассчитывает начать продажи серийных электромобилей с твердотельными аккумуляторами. Компания располагает более чем 1000 патентами в области разработки твердотельных батарей. Европейские автопроизводители пытаются финансировать профильные разработки через разного рода стартапы. Китайские автопроизводители BYD, CATL и Nio тоже разрабатывают тяговые аккумуляторы твердотельного типа. Nissan и Honda собирается выпускать твердотельные аккумуляторы собственными силами.

Samsung SDI использует твердотельные электролиты сульфидного типа. Сами аккумуляторные ячейки имеют безанодную конфигурацию, обеспечивая более высокие характеристики по сравнению с батареями, использующими литиевый анод.

Сейчас Китай доминирует на рынке литийионных аккумуляторов, поскольку в огромных количествах наладил выпуск наиболее дешёвых тяговых батарей для электромобилей на основе фосфата железа. Поскольку японские и европейские производители вкладывают серьёзные средства в разработку твердотельных аккумуляторов, китайским компаниям не хочется отставать, и они объединили свои исследовательские усилия в рамках консорциума.

Источник изображения: CATL

Об этом на текущей неделе сообщило издание Nikkei Asian Review, рассказав о мероприятии в Китае, которое собрало представителей более чем 200 компаний, ведомств и научных организаций. Под эгидой китайского правительства в конце января был создан консорциум CASIP, чьё обозначение расшифровывается как China All-Solid-State Collaborative Innovation Platform. В вольном переводе название организации описывает общенациональные усилия китайских разработчиков по созданию твердотельных аккумуляторов.

Примечательно, что консорциум в своих рядах объединил конкурентов из числа китайских автопроизводителей и поставщиков тяговых батарей. Под знамёна организации встали BYD, CATL, CALB, EVE Energy, Svolt Energy Technology и Gotion High-Tech. В общей сложности шесть из десяти крупнейших производителей тяговых аккумуляторов в мире оказались членами этого консорциума. У некоторых из этих производителей батарей есть претензии друг к другу, которые материализовались в судебные иски. Это не помешало им забыть о разногласиях и выразить желание совместно разрабатывать твердотельные аккумуляторы. Последние должны не только увеличить плотность хранения электроэнергии и сократить массу батарей, но и значительно сократить время зарядки и снизить зависимость аккумуляторов от температуры окружающего воздуха. Кроме того, твердотельные аккумуляторы более безопасны с точки зрения вероятности возгорания.

В состав альянса вошли и автопроизводители из Китая, включая BYD и NIO, которые тоже конкурируют друг с другом. Авторы идеи такой консолидации надеются, что с привлечением государственных ресурсов и систем искусственного интеллекта китайские производители смогут к 2030 году наладить выпуск твердотельных аккумуляторов, тем самым не утратив лидирующих позиций на рынке в случае успеха конкурирующих инициатив. Японские Toyota и Nissan рассчитывают к 2028 году вывести на рынок первые электромобили, оснащённые твердотельными аккумуляторами. Не собираются отставать и немецкие Volkswagen и BMW, поддерживающие профильные стартапы, которые разрабатывают тяговые батареи такого типа.

По оценкам китайских экспертов, к середине текущего десятилетия машины с тяговыми аккумуляторами будут формировать более половины первичного авторынка в мире. Китай с его огромным потенциалом реализации транспортных средств мог бы стать отличным полигоном для испытания новых типов аккумуляторных батарей. Местные производители при правильном подходе могли бы наладить выпуск твердотельных аккумуляторов на коммерческой основе уже к 2030 году. Впрочем, на уровне исследовательской деятельности перевес пока на стороне японских производителей. Та же Toyota обладает более чем 1300 патентами в сфере создания твердотельных аккумуляторов, тогда как китайские компании пока не добрались и до планки в 100 профильных патентов. Toyota массовый выпуск аккумуляторов нового поколения рассчитывает начать не ранее 2030 года, так что у китайских компаний есть шансы не уступить ей в этой гонке.

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.

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».