Елемент з кремнієм пройшов 1000 циклів та зберіг 83% ємності. Але лише за умов тиску 10 бар.

Fraunhofer ISE у проекті StrOboBatt протестував саморобний акумулятор типу pouch ємністю 25 А·год із анодом, багатим на кремній. Після понад 1000 повних циклів він зберіг більше 83% своєї ємності, що перевищує порог у 80%, який вважається мінімумом для комерційного використання. Якщо цей результат вдасться перенести на серійні акумулятори, автомобіль з такою ж кількістю елементів буде проїжджати далі.

Кремній дає багато, але сильно розширюється

Кремній у аноді дозволяє досягти вищої щільності енергії, ніж у графіту. Проблема полягає у тому, що під час заряджання він поглинає іони літію та збільшує об’єм навіть на 300%, а під час розряджання знову скорочується. Графіт працює в межах 10-12%. Такі зміни руйнують електричний контакт у електроді та прискорюють розклад електроліту, тому акумулятори з кремнієм зазвичай старіли занадто швидко.

Німці використали кремнієво-вуглецевий композит, який становить 51% активного матеріалу аноду. Вони поєднали його з катодом, багатим на нікель, і виготовили всю конструкцію на промисловій пілотній лінії.

Тиск та потужність заряджання впливають на результати

Вирішальним виявився механічний тиск. При осьовому тиску 1000 кПа (приблизно 10 бар) під час заряджання та розряджання контакт у електроді залишався стабільним. При 300 кПа (приблизно 3 бар) корисна ємність знижувалася значно швидше. З наданих матеріалів не випливає, як забезпечити такий тиск у автомобільному корпусі та скільки це коштуватиме з точки зору маси та конструкції.

Другий висновок з тестів у динамічних, схожих на реальну їзду умовах: при високій потужності ємність знижується швидше, ніж під час помірних лабораторних циклів. Системи керування акумулятором у майбутніх автомобілях будуть змушені враховувати це.

Виміряно 280 Вт·год/кг, планується 330 Вт·год/кг

Протестовані акумуляторні елементи досягли показника 280 Вт·год/кг. Значення 330 Вт·год/кг є оцінкою Fraunhofer ISE для оптимізованого масового виробництва, а не результатом вимірювань. За даними інституту, це на 20–35% більше, ніж у сучасних елементах типу NMC та NCA, та майже вдвічі більше, ніж у елементах типу LFP.

Інститут перераховує це на автомобіль. При однаковій масі акумулятора автомобіль міг би мати майже 100 кВт·год замість поточних приблизно 75 кВт·год, а реальний запас ходу середнього за розміром автомобіля зріс би з приблизно 450 км до понад 600 км. Це розрахунок на основі щільності енергії, а не тестування в реальному автомобілі.

Існує також проблема сировини. Графіт сьогодні надходить до Європи переважно з-за кордону, тоді як кремній можна отримувати та виробляти синтетично в регіоні. За даними інституту, це дозволить перенести частину доданої вартості до Європи.

Наразі це окремий елемент ємністю 25 А·год, а не пакет для автомобіля. У матеріалах немає дати впровадження, вартості елемента чи інформації про промислового партнера. Відповідь на запитання, чи можна поєднати тиск 10 бар із конструкцією акумулятора в автомобілі, ще попереду.

Newsletter LovEV

Хочете більше такого контенту?

Підпишіться — ми надішлемо короткий огляд тижня, коли почнеться розсилка.