Ячейки твердотельного типа могут снова сделать США конкурентоспособными в области аккумуляторов: генеральный директор
Американские компании, возможно, отстают от азиатских гигантов в области производства аккумуляторов, но твердотельные аккумуляторы могут дать США ещё один шанс стать конкурентоспособными. Так считает генеральный директор компании Solid Power, специализирующейся на твердых электролитах и базирующейся в Колорадо.
Solid Power входит в волну молодых американских стартапов в сфере аккумуляторов — включая QuantumScape из Калифорнии и Factorial из Массачусетса — которые соревнуются в внедрении твердотельных аккумуляторов в коммерческую практику.
Ученые-специалисты по аккумуляторам в целом считают, что твердотельные элементы могут обеспечить более длительный радиус действия электромобилей, более быструю скорость зарядки и исключить риски возгорания по сравнению с современными литиево-ионными аккумуляторами.
Однако производство этой технологии в крупных масштабах без дефектов оказалось чрезвычайно сложным. Если вы следите за этой гонкой, вы знаете, что эта технология уже много лет считается близкой к реализации.
Аккумулятор Samsung SDI полностью на твердых электролитах
Фото: Samsung
Однако компания Solid Power считает, что ожидание в конечном итоге окупится. Компания ожидает, что аккумуляторы на твердых электролитах появятся в некоторых высококлассных электромобилях к концу текущего десятилетия, а их более широкое использование начнется в начале 2030-х годов.
В 2024 году компания также получила грант в размере 50 миллионов долларов от Министерства энергетики США в рамках Закона о двухпартийной инфраструктуре для поддержки своих усилий по разработке.
В отличие от некоторых своих конкурентов, Solid Power не пытается создавать полный аккумулятор. Компания специализируется на одном важном компоненте — электролите, который обеспечивает перемещение ионов лития между электродами.
В литиево-ионных аккумуляторах электролитом обычно является горючая жидкая химическая субстанция. В аккумуляторах твердого состояния компании разрабатывают в основном три вида твердых электролитов: полимеры, оксиды и сульфиды.
Компания Solid Power делает ставку на третий вариант. Президент и генеральный директор Джон Ван Скотер в интервью InsideEVs заявил, что их гибкий твердый электролит на основе сульфидов может помочь существующим производителям аккумуляторов внедрить эту технологию в свои существующие производственные процессы и вернуть США конкурентоспособность в отрасли аккумуляторов.
«Все аккумуляторы твердого состояния могут стать способом для [США] вернуться и быть конкурентоспособными в индустрии аккумуляторов», — сказал Ван Скотер.
В прошлом месяце компания сделала шаг к достижению этой цели, запустив пилотную производственную линию Mobius на своем заводе в Торнтоне, штат Колорадо. Цель? Производить и поставлять электролиты с этого завода крупнейшим игрокам в автомобильной и аккумуляторной промышленности.
Компания уже сотрудничает с Ford, BMW, Samsung SDI, SK ON, а также с другими компаниями, имена которых пока не объявлены публично. Вместо того чтобы самостоятельно производить полные аккумуляторы, Solid Power утверждает, что производители аккумуляторов могут интегрировать ее электролит в собственные конструкции элементов, протестировать результаты и совместно работать над совершенствованием технологии перед началом производства.
Ван Скотер сообщил, что компания завершила соглашения о совместной разработке с Ford и BMW. Теперь ее внимание сосредоточено на сотрудничестве с крупными производителями аккумуляторов с целью определения способов масштабирования производства.
Ожидается, что производственная линия для изготовления элементов по технологии Mobius вступит в эксплуатацию к концу года, что позволит увеличить годовую производственную мощность по производству твердых электролитов на 45 метрических тонн. В сумме с существующими мощностями общая производственная способность составит 75 метрических тонн в год.
Каковы же результаты применения всего этого с точки зрения характеристик? Благодаря использованию сульфидного электролита компании Solid Power в сочетании с силиконовым анодом и катодом на основе никеля, марганца и кобальта (NMC), энергетическая плотность элемента может достигать 390 ватт-часов на килограмм, причем срок службы превышает 1 000 циклов. (Современные аккумуляторы на основе технологии NMC с жидкими электролитами обычно имеют энергетическую плотность около 250–280 Вт·ч/кг.)
По утверждению компании, при использовании анода из литиевого металла плотность энергии может достигать 440 Вт·ч/кг, что почти вдвое превышает показатели современных литиево-ионных аккумуляторов. Однако это лишь теоретические цифры. Финальная плотность энергии будет зависеть от производителя, который будет изготавливать конкретные элементы аккумулятора.
«Мы создаем те условия, которые позволяют элементу работать, — сказал Ван Скотер. — Но плотность энергии, срок службы и все остальные важные характеристики определяются самой конструкцией элемента».
Ещё одним значительным преимуществом является то, что компания считает, что её технология не требует строительства совершенно новых заводов или дорогостоящей переоборудования.
«Мы можем использовать стандартное оборудование для производства литиево-ионных аккумуляторов, чтобы изготавливать все твердотельные элементы», — сказал Ван Скотер.
Конечно, у твердотельных аккумуляторов всё ещё есть некоторые известные проблемы, которые необходимо решить. Одной из них является образование дендритов — крошечных игольчатых структур лития, которые могут развиваться внутри элемента, что потенциально может привести к коротким замыканиям и снижению емкости. Ван Скотер отметил, что компания Solid Power вложила много усилий в решение этой проблемы.
Компания также не начинает с нуля с автопроизводителями. В прошлом году BMW опубликовала изображения прототипа i7, оснащённого твердотельным аккумулятором с кремниевым анодом от Solid Power.
Прототип твердотельного аккумулятора BMW i7
Фото: BMW
BMW, Samsung SDI и Solid Power также заключили трехстороннее соглашение о совместной разработке этой технологии с целью её коммерциализации. Samsung SDI будет производить элементы аккумуляторов, BMW — модули и пакеты батарей, а Solid Power — твердый электролит. Точные сроки появления результатов этого сотрудничества пока неизвестны.
Другие американские стартапы в области твердотельных технологий придерживаются более вертикально интегрированного подхода, разрабатывая сами элементы аккумуляторов. Например, QuantumScape сотрудничает с Volkswagen, Honda и другими автопроизводителями для коммерциализации своей технологии. Тем временем Mercedes-Benz и Stellantis уже начали тестировать прототипы автомобилей, оснащенных элементами аккумуляторов от Factorial.
Однако Solid Power считает, что эта технология сначала может созреть в области военных приложений, дронов и гуманоидных роботов.
«Циклы совершенствования становятся короче, а срок службы платформы значительно увеличивается», — сказал Ван Скотер о дронах и роботах.
Что вы думаете?
В любом случае американские производители автомобилей и компании, занимающиеся производством аккумуляторов, не смогли в полной мере воспользоваться бумом литиево-ионных аккумуляторов, уступив эту нишу азиатским гигантам. Сможут ли они первыми внедрить твердотельные аккумуляторы — покажет только время.
Свяжитесь с автором: suvrat.kothari@insideevs.com
Связанные статьи