Элемент на кремнии пройдя 1000 циклов сохранил 83% емкости. Но только при давлении в 10 бар
Fraunhofer ISE в проекте StrOboBatt протестировал самодельный аккумулятор типа pouch ёмкостью 25 А·ч с анодом, содержащим кремний. После более чем 1000 полных циклов зарядки и разрядки он сохранил более 83% своей ёмкости, что превышает порог в 80%, считающийся минимальным для коммерческого применения. Если удастся перенести эти результаты на серийные батареи, автомобиль с такой же массой аккумуляторов сможет проезжать большие расстояния.
Кремний даёт высокую эффективность, но сильно увеличивает объём
Использование кремния в аноде позволяет достичь более высокой плотности энергии по сравнению с графитом. Проблема заключается в том, что во время зарядки кремний поглощает ионы лития, что приводит к увеличению его объёма на 300%, а при разрядке он снова сокращается. Графит работает в диапазоне 10–12%. Такие колебания нарушают электрический контакт в электроде и ускоряют разложение электролита, поэтому аккумуляторы с кремнием обычно стареют слишком быстро.
Немцы использовали кремний-углеродный композит, который составляет 51% активного материала анода. Они соединили его с катодом, богатым никелем, и вся конструкция была создана на промышленной пилотной линии.
Давление и мощность зарядки влияют на результат
Решающим фактором оказалось механическое давление. При осевом давлении 1000 кПа (примерно 10 бар) во время зарядки и разрядки контакт в электроде оставался стабильным. При 300 кПа (примерно 3 бар) полезная емкость снижалась значительно быстрее. Из предоставленных материалов не ясно, как обеспечить такое давление в автомобильном корпусе и сколько это будет стоить с точки зрения веса и конструкции.
Второй вывод из тестов в динамических, приближенных к реальной езде условиях: при высокой мощности емкость снижается быстрее, чем при мягких лабораторных циклах. Системы управления аккумулятором в будущих автомобилях будут вынуждены учитывать это.
Измеренная емкость — 280 Вт·ч/кг, планируемая — 330 Вт·ч/кг
Проверенные аккумуляторы достигли показателя 280 Вт·ч/кг. Значение в 330 Вт·ч/кг является оценкой института Fraunhofer ISE для оптимизированного массового производства, а не результатом измерений. По мнению института, это на 20–35% больше, чем у современных аккумуляторов типа NMC и NCA, и почти в два раза больше, чем у аккумуляторов типа LFP.
Институт переводит эти показатели на автомобили. При одинаковой массе батареи автомобиль мог бы иметь почти 100 кВт·ч вместо нынешних примерно 75 кВт·ч, а реальный радиус действия среднего по размеру автомобиля увеличился бы примерно с 450 км до более чем 600 км. Это расчет, основанный на плотности энергии, а не тест в реальном автомобиле.
Есть еще вопрос сырья. Графит в настоящее время поступает в Европу в основном из-за рубежа, тогда как кремний можно добывать и производить синтетически в регионе. По мнению института, это позволит перенести часть добавленной стоимости в Европу.
Пока это отдельный аккумулятор на 25 А·ч, а не комплект для автомобиля. В материалах нет информации о сроках внедрения, стоимости аккумулятора или партнере-производителе. Ответ на вопрос о том, можно ли совместить давление 10 бар с конструкцией аккумулятора в автомобиле, ещё предстоит получить.
Рассылка LovEV
Хотите больше подобного контента?
Подпишитесь — мы пришлем краткое резюме недели, когда начнётся рассылка.