Китайський MIIT: Шлях до літій-іонних елементів ще більшої ємності — це Mn, Si, твердотільні та літій-металеві технології

Китайське Міністерство промисловості та інформаційних технологій (MIIT) визначило три напрямки, у яких вітчизняні виробники повинні розвивати літій-іонні акумулятори, щоб запропонувати споживачам ще вищу щільність енергії. Це такі напрямки: 1/ катоди з високим вмістом марганцю (LMR), 2/ аноди на основі кремнію та, насамперед, 3/ тверді електроліти. Завдяки останнім покращиться рівень безпеки акумуляторів, з’являться ще вищі швидкості заряджання та літієві аноди з максимально можливою щільністю енергії.

Китай вказує, який шлях веде у майбутнє

Використання катодів із високим вмістом марганцю [та літію – прим. перекл.] дозволяє компаніям частково звільнитися від залежності від дорогого кобальту та досить дорогого нікелю. Катоди, що містять понад 50–60 відсотків марганцю (у Li-NCx – близько 10–20 відсотків), мають проблеми з деградацією, тому раніше виробники віддали перевагу катодам із високим вмістом нікелю, але сьогодні марганець дає все більш обнадійливі результати (джерело). Крім того, він дозволяє використовувати високі напруги заряджання, що означає швидше поповнення енергії – проте це супроводжується прискореною деградацією.

Зниження напруги до рівня Li-NCx призводить до того, що щільність енергії акумуляторів типу LMR опиняється трохи нижче, ніж у Li-NCx (NCM811), близько 0,28 kWh/kg, при витратах, схожих на LFP.

Прототипні елементи LMR, створені Fordом

Не менш важливим напрямком розвитку є оптимізація анодів з метою досягнення якомога вищого вмісту кремнію. Кремній здатний утримувати в кілька разів більше іонів (атомів) літію, ніж графіт, що автоматично призводить до більшої ємності. Проблемою таких анодів є розширення та швидка деградація – іони літію, проникаючи в структуру, руйнують зв’язки, які утримують кремнієву структуру. Переваги? Потенційна щільність енергії, яка перевищує 0,3 кВт·год/кг та досягає навіть 0,45 кВт·год/кг.

Різні підходи до використання кремнію в анодах елементів Li-ion. Слайд з 2020 року, який залишається актуальним, принаймні у перших трьох вікнах зліва (c) Tesla

«Марганцевий» шлях є найшвидшим рішенням для підвищення щільності енергії (LFP → LMR) при одночасному контролі витрат. «Кремнієвий» шлях забезпечує високу щільність, але при вищих витратах. Проте кінцевою метою розвитку є твердотільні елементи. Сталий електроліт дозволяє вирішити проблему горючості, крім того, у таких батареях (ASSB) можливе використання катодів типу NCx або нових марганцевих, щоб досягти та перевищити щільність енергії 0,4–0,5 кВт·год/кг. Витрати на анод зникають, оскільки вона формується з літію під час роботи елемента (літій-метал).

Примітка редакції Elektrowozu: враховуючи, що MIIT працює над новими елементами вже багато років, ми можемо припустити, що нові рекомендації принаймні частково відображають реальний стан справ, тобто вже наявні продукти.

Оцінка статті

Оцінка читачів

[Сума: 2 голоси Середнє значення: 5]

Не пропустіть нові матеріали — натисніть та підпишіться на Elektrowoz.pl у Google News. Вас також можуть зацікавити наступні оголошення: