Рідкі чи тверді акумулятори: а що, якщо існує третій варіант?
Чи будуть акумулятори майбутнього твердотільними? Зусилля виробників спрямовані саме в цьому напрямку, але дослідження виявляють і інші можливості. Наприклад, ProLogium представила нову технологію, яка обіцяє поєднати переваги рідких та твердих електролітів завдяки іншому механізму транспортування іонів літію. І ні, ми не говоримо про напівтвердотільні акумулятори.
Рішення називається GEN4 та ґрунтується на надплинному неорганічному електроліті під назвою SFIE (Superfluidized Inorganic Electrolyte). Це не напівтвердотільний акумулятор у вузькому розумінні цього терміна, де співіснують тверді та рідкі компоненти, а особлива версія твердотільних акумуляторів.
Насправді використовується матеріал, здатний змінювати свою механічну властивість залежно від навантажень. Справжній інноваційний аспект, за словами тайванської компанії, полягає у способі, яким іони літію рухаються всередині електроліту через структуру під назвою Dynamic Coordination Network (DCN).
Електроліт, який „пристосовується“ до електродів
У звичайних акумуляторах із рідким електролітом іони літію переміщуються крізь матеріал завдяки дифузії, підтримуваній розчинником. У твердих електролітах вони, натомість, рухаються по шляхах, визначених структурою матеріалу, яка зазвичай є більш жорсткою. У розчині, розробленому ProLogium, спостерігається ще один варіант: особливі хімічні агломерати, які називаються «лігандами», утворюють динамічну координаційну мережу, яка дозволяє іонам літію швидко переміщуватися між локальними структурами, що постійно змінюються. Ця система водночас обмежує рух аніонів, сприяючи транспортуванню іонів літію та зменшуючи різниці концентрації, які можуть виникати під час заряджання та розряджання.
Ще одно ключове якість — це «неньютонівська» поведінка електроліту SFIE. Під дією навантажень матеріал може деформуватися та течти, пристосовуючись до поверхонь електродів. Коли навантаження зникає, він повертається до більш твердої структури. Така поведінка дозволяє підтримувати більш рівномірний контакт між електролітом та електродами навіть під час змін розмірів, спричинених циклами заряджання та розряджання. Це зменшує електричний опір на інтерфейсі, який є однією з основних перешкод у розробці твердотільних акумуляторів, а також зменшує необхідність підтримання клітин під високими тисками стиснення.
Mercedes та ProLogium: альянс у галузі твердотільних акумуляторів
Від 5% до 80% за трохи більше ніж шість хвилин
Результати, оголошені ProLogium щодо ефективності заряджання, є особливо цікавими. Електроліт SFIE, за даними компанії, досяг іонної провідності 57 мС/см при кімнатній температурі під час тестових сесій під наглядом сертифікаційної організації SGS. Також, за словами компанії, під час внутрішніх тестів акумулятори GEN4 демонстрували здатність збільшити рівень заряду з 5% до 80% за 6,4 хвилини, витримавши понад 1 000 циклів швидкого заряджання. Крім того, вони здатні зберігати 90% своєї ємності при температурі -20 °C, а їхня ємність розряду сягає 15C – це показник, який свідчить про можливість подачі струмів особливо високої інтенсивності.
Швидкість заряджання може ще більше покращитися з подальшим розвитком технології: компанія ProLogium насправді розробляє версію GEN4.2, яка використовує пористий керамічний розділювач, змочений тим самим електролітом SFIE. За словами компанії, така конфігурація має дозволити скоротити час заряджання від 5 до 80% до менше п’яти хвилин. У сфері безпеки технологія також включає систему під назвою ASM (Active Safety Mechanism), призначену для стимулювання пасивації найбільш реактивних матеріалів, коли температура досягає приблизно 125 °C, що допомагає запобігти реакціям, які можуть спричинити теплову втрату.
Твердотільні та напівтвердотільні акумулятори від Mercedes та ProLogium
Фото: Mercedes-Benz
Mercedes FEV та OPmobility серед партнерів
Технологія GEN4 не призначена для того, щоб залишатися лише в межах досліджень матеріалів. ProLogium співпрацює з різними автомобільними партнерами, щоб перевірити її інтеграцію в системи зберігання енергії для електромобілів. Серед них — Mercedes, з якою тайванська компанія співпрацює вже майже десять років, і яку сам німецький виробник вважає основним партнером у розробці твердотільних акумуляторів. Нещодавня угода надає саме Mercedes пріоритетний доступ до нових елементів GEN4, які будуть проходити електричні, термічні та тести на безпеку для оцінки їхнього можливого використання у майбутніх моделях.
На Паризькому автосалоні 2026 року ProLogium також представила додатки, розроблені спільно з FEV та OPmobility. Перша компанія створила блок акумулятора, який використовує тайванські елементи, тоді як друга розробляє прототип пакета акумуляторів, призначений для різних категорій транспортних засобів.
Водночас ProLogium розширює свої виробничі потужності. До вже існуючих промислових ліній у Таоке, на Тайвані, додасться гігафабрика в Дюнкерку, у Франції, перший етап будівництва якої передбачає річну виробничу потужність у 4 ГВт·год, яку планується поступово досягти до 2030 року. Компанія також акцентує увагу на переробці матеріалів: за оцінками, електроліт SFIE може мати рівень відновлення 90%, що дозволяє його повторне використання у виробництві.
Твердотільні акумулятори: безперервна гонка
Фотогалерея: Mercedes та ProLogium у сфері акумуляторів твердого стану