Китайский MIIT: Путь к литий-ионным элементам ещё большей ёмкости — это Mn, Si, твердотельные технологии и литий-металл
Китайское Министерство промышленности и информационных технологий (MIIT) определило три направления, в которых отечественные производители должны развивать литиево-йонные аккумуляторы, чтобы предложить потребителям ещё более высокую плотность энергии. Это следующие направления: 1/ катоды с высоким содержанием марганца (LMR), 2/ аноды на основе кремния и, прежде всего, 3/ твёрдые электролиты. Благодаря последним увеличится уровень безопасности аккумуляторов, появятся ещё более высокие мощности зарядки, а также литиевые аноды с максимально возможной плотностью энергии.
Китай указывает путь в будущее
Использование катодов с высоким содержанием марганца [и лития – прим. перев.] позволяет компаниям частично обойтись без дорогого кобальта и довольно дорогого никеля. Катоды, содержащие более 50–60 процентов марганца (в Li-NCx — около 10–20 процентов), сталкиваются с проблемами деградации, поэтому в прошлом производители склонялись к использованию катодов с высоким содержанием никеля, однако сегодня марганец дает всё более обнадёживающие результаты (источник). Кроме того, он позволяет применять высокие напряжения зарядки, что означает более быстрое восполнение энергии — правда, ценой ускоренной деградации.
Снижение напряжения до уровня Li-NCx приводит к тому, что плотность энергии аккумуляторов типа LMR оказывается немного ниже, чем у Li-NCx (NCM811), примерно 0,28 кВт·ч/кг, при этом затраты сопоставимы с затратами на аккумуляторы типа LFP.
Прототипные элементы LMR, созданные Fordом
Не менее важным направлением развития является оптимизация анодов с целью достижения максимально высокого содержания кремния. Кремний способен удерживать в несколько раз больше ионов (атомов) лития, чем графит, что автоматически приводит к повышению емкости. Проблемой таких анодов являются их раздувание и быстрая деградация: ионы лития, проникающие в структуру, разрывают связи, скрепляющие кремниевую структуру. Плюсы? Потенциальная плотность энергии может превышать 0,3 кВт·ч/кг и достигать даже 0,45 кВт·ч/кг.
Различные подходы к использованию кремния в анодах элементов Li-ion. Слайд 2020 года, который остается актуальным, по крайней мере в первых трех колонках с левой стороны (c) Tesla
«Марганцевый» путь — это самое быстрое решение для повышения плотности энергии (LFP → LMR) при одновременном сдерживании затрат. «Кремниевый» путь обеспечивает высокую плотность, но с более высокими затратами. Однако конечной целью развития являются твердотельные элементы. Постоянный электролит позволяет решить проблему воспламеняемости, к тому же в таких батареях (ASSB) возможно использование катодов типа NCx или новых марганцевых катодов для достижения и превышения плотности энергии 0,4–0,5 кВт·ч/кг. Исчезают затраты на анод, поскольку он формируется из лития во время работы элемента (литий-металл).
Примечание редакции Elektrowozu: учитывая, что MIIT уже много лет занимается разработкой новых аккумуляторов, можно предположить, что новые рекомендации хотя бы частично отражают текущую ситуацию, то есть уже существующие на рынке продукты.
Оценка статьи
Оценка читателей
[Итого: 2 голоса Средний балл: 5]
Не пропустите новые материалы — нажмите и подпишитесь на Elektrowoz.pl в Google News. Вас также могут заинтересовать следующие рекламы: