Критерії акумуляторів, які можуть змінити електромобілі: 381 Вт·г/к та автономність до 1 000 км

Лише кілька днів тому ми розповідали вам про важливий крок, здійснений компанією ProLogium, яка розпочала серійне виробництво своєї нової батареї Gen 3.5 з енергетичною щільністю 381 Вт·год/кг та 903 Вт·год/л на рівні окремої клітини. У тій статті ми розглядали цю технологію, її зв’язок із Mercedes-Benz та величезну складність, пов’язану з постачанням батарей таких характеристик зі ще обмежених виробничих ліній до автомобілів великого обсягу.

Але є питання, яке ставлять усі: що насправді означають ці 381 Вт·год/кг для електромобілів? Адже ця цифра на папері здається вражаючою для багатьох, тоді як для інших вона залишається зовсім незрозумілою, адже сама по собі вона не означає, що вже завтра у нас будуть моделі, здатні проїхати 1 000 кілометрів на одному заряді.

Причина проста. 381 Вт·год/кг стосується самої елементної батареї, тоді як повний пакет має включати конструкцію, систему охолодження, з’єднання, системи захисту та електронне керування. Усі ці компоненти збільшують вагу та призводять до нижчої кінцевої енергетичної щільності. Тому, щоб оцінити справжній вплив цієї технології, набагато цікавіше уявити, що сталося б, якби значна частина цієї переваги нарешті потрапила до самого пакету.

На сьогодні найкращі архітектури акумуляторів вже змогли значно скоротити різницю між щільністю енергії окремої клітини та щільністю енергії всього блоку, встановленого у автомобілі. Наприклад, компанія CATL заявляє про щільність енергії 330 Вт·год/кг для окремої клітини та 265 Вт·год/кг для всього блоку у своєму акумуляторі Qilin NMC. Це значна різниця, але вона також демонструє, що все більша частина збереженої енергії може використовуватися безпосередньо в автомобілі.

Якщо в майбутньому тверда батарея досягне рівня приблизно 300 Вт·год/кг на рівні пакета, можливості будуть величезними. Батарея ємністю 80 кВт·год, якій сьогодні потрібно близько 400 кг, зможе зберігати таку саму енергію при вазі близько 267 кг. Або, зберігаючи приблизно ці 400 кг, вона зможе зберігати близько 120 кВт·год.

І ось тут з’являється перша важлива наслідок. Виробники не зобов’язані використовувати всю перевагу щільності для збільшення запасу ходу. Частину її можна використати для зменшення ваги автомобіля, що у свою чергу знизить споживання енергії та дозволить проїхати більшу відстань за ту саму кількість енергії.

Іншими словами, батарея з вищою щільністю може створити ефект мультиплікації. Менша вага означає менше споживання енергії; менше споживання означає, що певна ємність дозволяє проїхати більше кілометрів; а це може зробити зайвим встановлення ще більшої кількості батарей.

До яких меж можуть досягти сучасні електромобілі?

Ми можемо застосувати ці показники до вже існуючих моделей. Уявімо електромобіль, який наразі використовує акумулятор ємністю близько 80 кВт·год та досягає приблизно 500 кілометрів запасу ходу завдяки гарній аеродинаміці та низькому споживанню енергії. Якби він міг використовувати акумулятор ємністю 100 кВт·год, зберігаючи приблизно ту саму вагу, що й нинішній акумуляторний пакет, запас ходу міг би значно зрости.

Не буде нерозумним очікувати 600–700 кілометрів запасу ходу у ефективних моделях, тоді як електромобілі-седани з особливо ретельно опрацьованою аеродинамікою могли б наблизитися до 800 кілометрів. У найефективніших автомобілях акумулятор ємністю 120 кВт·год навіть міг би дозволити досягти показників близьких до 1 000 кілометрів, хоча тут впливає ще багато інших факторів.

Споживання енергії — це саме той фактор, який визначає, наскільки далеко може просунутися ця технологія. Седан, який споживає 13 кВт·год/100 км, потребує 104 кВт·год для проїзду 800 кілометрів за ідеальних умов. Великий SUV, який споживає 20 кВт·год/100 км, потребуватиме 160 кВт·год для пройдення такої ж відстані.

Тому ми не побачимо автоматично електричних SUV з дальністю проїзду 1 000 кілометрів лише через появу акумуляторів ємністю 381 Вт·год/кг. Енергетична щільність вирішує частину проблеми, але аеродинаміка, шини, вага, температура та ефективність системи приводу залишатимуться вирішальними факторами.

Хорошим прикладом того, чого можна досягти, поєднавши всі ці елементи, є Mercedes-Benz VISION EQXX. Прототип німецького бренду зміг пройти понад 1 000 кілометрів по дорозі, використовуючи відносно невелику батарею завдяки надзвичайно низькому споживанню енергії. Під час одного з тест-драйвів Mercedes-Benz зафіксував споживання лише 8,7 кВт·год/100 км.

Завдяки значно щільнішій технології акумуляторів цю концепцію можна буде перенести у серійний автомобіль. Для досягнення величезної автономності не буде потрібна гігантська батарея. Батарея ємністю 100–120 кВт·год у надзвичайно ефективному седані могла б бути достатньою, щоб наблизитися до показників, які до нещодавнього часу були притаманні лише прототипам.

Але, ймовірно, найважливішою зміною буде інша: електромобілям не обов’язково буде потрібно використовувати все більші акумулятори.

Протягом останніх років ми спостерігали поступове зростання ємності акумуляторних пакетів. Найбільші моделі вже мають ємність понад 100 кВт·год, а деякі виробники навіть обирають ще більшу ємність для забезпечення високої автономності. Поява значно щільніших акумуляторів може змінити цю тенденцію.

Замість того, щоб підвищувати ємність з 80 до 120 кВт·год для отримання більшої автономності, виробник може зберегти акумулятор ємністю 80–90 кВт·год та суттєво зменшити його вагу. Це принесе переваги у споживанні енергії, характеристиках, динаміці та ефективності. Це також дозволить зменшити кількість матеріалів, необхідних для кожного автомобіля.

Заявлена ProLogium об’ємна щільність акумулятора у 903 Вт·год/л відкриває ще одну можливість. У електромобілі простір для акумулятора є обмеженим, тож збільшення кількості енергії, яка може бути збережена в однаковому об’ємі, дозволяє підвищити її ємність без необхідності займати більше простору під салоном.

Швидке заряджання також може отримати перевагу від цього прогресу. Акумулятор із вищою енергетичною щільністю може забезпечити більшу автономність після відносно короткої зупинки, за умови, що виробник зможе поєднати його із високою потужністю заряджання та належним терморегулюванням.

Тут варто бути особливо обережними. ProLogium оголосив про можливості, спрямовані на швидке заряджання, але нам все ще потрібно дізнатися, як буде поводитися повний набір, встановлений у автомобіль, протягом тисяч циклів, взимку та влітку, а також після багатьох років використання. Справжнє випробування акумулятора — це не лише те, скільки енергії він зберігає при новому стані, а й те, скільки зберігає після тривалого часу.

І саме це стане наступним великим випробуванням для ProLogium. Gen 3.5 вже подолала важливий рубіж, перейшовши до масового виробництва, але завод у Таояні все ще працює в невеликих масштабах порівняно з величезними заводами з виробництва традиційних акумуляторів. Наступним кроком буде можливість виробляти ці елементи у великих кількостях, з однорідною якістю та за ціною, яка дозволить використовувати їх у автомобілях, що не належать до класу люксу.

Майбутній завод у Дюнкерку буде особливо важливим у цьому контексті. Його перша фаза передбачає потужність 4 ГВт·год, а проект розроблений так, щоб досягти 44 ГВт·год. Якщо компанії вдасться перенести туди характеристики технології Gen 3.5 та тримати витрати під контролем, ми побачимо значно важливішу демонстрацію, ніж будь-які показники окремої батареї.

І саме тут знову з’являється Mercedes-Benz. Цей німецький бренд з 2022 року підтримує технологічну співпрацю з ProLogium та протягом багатьох років працює над батареями нового покоління. Якщо ця технологія пройде промислову перевірку, Mercedes стане одним із виробників, які найбільше зацікавлені у використанні цього підвищення щільності для своїх майбутніх електромобілів.

Отже, показник 381 Вт·год/кг не слід розуміти як негайна обіцянка електромобілів з дальністю їзди 1 000 кілометрів. Це щось більш цікаве: ознака того, що промисловість починає наближатися до моменту, коли енергетична щільність зможе змінити не лише дальність їзди, а й вагу, розміри та ефективність електромобілів.

Якщо значна частина цих 381 Вт·год/кг потрапить до акумуляторної батареї, автомобіль, який сьогодні має дальність їзди 500 кілометрів, зможе досягати 600–700 кілометрів без значного збільшення ваги. Найефективніші моделі зможуть наблизитися до 800 кілометрів, а за особливо сприятливого поєднання аеродинаміки, споживання енергії та ємності акумулятора показник 1 000 кілометрів може перестати бути прерогативою прототипів.

Ось справжня перевага акумуляторів ProLogium. Йдеться не просто про те, щоб отримати більше кілометрів шляху за рахунок додавання більшої кількості кВт·год, а про те, щоб кожен кілограм та кожен літр акумулятора зберігали набагато більше енергії. І якщо індустрія зможе перетворити цю перевагу елемента акумулятора на реальну перевагу у всій автомобілі, прорив може бути набагато значнішим, ніж свідчить проста цифра Вт·год/кг.