Доминирующие сейчас на рынке литийионные аккумуляторы используют жидкий электролит, который опасен перегревом и возгоранием при механическом повреждении батареи. Твердотельный электролит подобных недостатков лишён, но его ресурс до сих пор был ограничен. Японские разработчики нашли способ увеличить долговечность батарей с твердотельным электролитом в десять раз.

Источник изображения: Koike

По крайней мере, компания Koike в сотрудничестве с исследовательским подразделением института AIST, как сообщает Nikkei Asian Review, создала монокристаллический материал, который может быть использован в качестве электролита в твердотельных аккумуляторах. В отличие от поликристаллических аналогов, такой материал снижает электрическое сопротивление на 90 %, тем самым облегчая прохождение тока в электролите и обеспечивая увеличение ресурса всего аккумулятора.

Пока Koike по силам создавать монокристаллические пластины диаметром не более 25 мм, что ограничивает сферу применения нового материала твердотельными аккумуляторами небольшого размера и ёмкости. Тем не менее, даже их можно применять в разного рода носимой электронике, которая в силу требований к герметичности корпуса не подразумевает замены аккумуляторов вообще или допускает такую операцию лишь изредка. В частности, если такими аккумуляторами оснащать кардиостимуляторы, то срок их службы можно увеличить с нынешних 5–10 до 50 лет. Массовое производство компактных аккумуляторов с твердотельным электролитом нового типа планируется наладить в 2027–2028 годах через формирование технологических альянсов с прочими производителями.

Дальнейший вектор исследований будет направлен на совершенствование материалов катодов аккумуляторов и увеличение размеров ячеек. Теоретически, подобные разработки можно будет применить и в производстве тяговых батарей для электромобилей. Твердотельные аккумуляторы не боятся высоких температур и механических воздействий, что значительно повышает их безопасность. Впрочем, технически жидкость при создании электродов из нового материала всё же применяется, поскольку она наносится на их поверхность для предотвращения деградации свойств. По большому счёту, аккумуляторы с таким электролитом следует называть «полутвердотельными».

Твердотельные аккумуляторы разрабатывают многие автопроизводители или связанные с ними стартапы, японская корпорация Toyota Motor не является исключением, но она делает ставку на использование сульфидов в качестве электролита, которые не так безопасны в эксплуатации, как монокристаллический материал, предложенный Koike и партнёрами. По оценкам экспертов Emergen Research, ёмкость мирового рынка аккумуляторов с твердотельным электролитом в период с 2021 по 2030 годы увеличится с $600 млн до $10,1 млрд.

В 2017 году немецкий автопроизводитель BMW инвестировал средства в капитал молодой компании Solid Power, которая своей целью поставила разработку и массовое производство аккумуляторов с твердотельным электролитом, которые можно использовать в электромобилях. Позже к числу инвесторов присоединилась Ford Motor, а теперь к концу года оба автопроизводителя могут получить первые образцы аккумуляторов Solid Power для дальнейшего тестирования.

Источник изображения: Solid Power

Это станет возможным, если верить пресс-релизу, благодаря запуску пилотной линии по производству аккумуляторов Solid Power с твердотельным электролитом в штате Колорадо. Данная линия сможет выпускать по 300 аккумуляторных ячеек в неделю, в годовом выражении производительность достигнет 15 000 штук. Этого должно хватить, чтобы снабдить ключевых клиентов достаточным количеством аккумуляторов для квалификационных испытаний. BMW и Ford начнут получать образцы ячеек Solid Power уже в конце этого года.

В число партнёров Solid Power также входят Hyundai, Samsung и SK On. Две последние наверняка смогут в случае необходимости наладить массовое производство соответствующих аккумуляторов — тем более, что разработчики указывают на возможность использования существующего технологического оборудования. Разработанные Solid Power ячейки содержат на 50 % больше кремния в аноде, повышая плотность хранения энергии и увеличивая дальность хода электромобиля без изменения массы. Отсутствие жидкого электролита в ячейке повышает безопасность эксплуатации и позволяет быстрее заряжать батарею.

На основе ячеек Solid Power можно будет создавать батареи ёмкостью от 60 до 100 А‧ч. Себестоимость новых батарей должна оказаться ниже, чем у традиционных, что также будет способствовать росту их популярности.