Акумулятори твердого стану можуть знову зробити США конкурентоспроможними у сфері акумуляторів: генеральний директор

Американські компанії, можливо, намагаються наздогнати азійських гігантів у галузі акумуляторів, але твердотільні акумулятори можуть дати США ще один шанс стати конкурентоспроможними. Так вважає генеральний директор компанії Solid Power, спеціаліста з твердих електролітів з Колорадо.

Solid Power є частиною хвилі молодих американських стартапів у сфері акумуляторів — серед них QuantumScape з Каліфорнії та Factorial з Массачусетсу — які швидко працюють над комерціалізацією твердотільних акумуляторів.

Вчені-фахівці з акумуляторів переважно вважають, що твердотільні елементи можуть забезпечити більшу дальність їзди для електромобілів, швидше заряджання та усунути ризик пожежі порівняно з поточними літій-іонними акумуляторами.

Однак цю технологію виявилося надзвичайно складно виробляти у великих обсягах без дефектів. Якщо ви стежили за цією гонкою, ви знаєте, що ця технологія роками здавалася вже на порозі впровадження.

Акумулятор Samsung SDI з повністю твердим електролітом

Фото: Samsung

Проте компанія Solid Power вважає, що очікування зрештою того варте. Вона очікує, що акумулятори з твердим електролітом з’являться у деяких преміум-електромобілях до кінця цього десятиліття, а їхнє більш широке використання почнеться на початку 2030-х років.

У 2024 році компанія також отримала грант у розмірі 50 мільйонів доларів від Міністерства енергетики США в рамках Закону про інфраструктуру від обох партій для підтримки своїх зусиль з розробки.

На відміну від деяких конкурентів, Solid Power не намагається створити цілий акумулятор. Компанія спеціалізується на одному ключовому компоненті – електроліті, який забезпечує переміщення іонів літію між електродами.

У літій-іонних акумуляторах електролітом зазвичай є легкозаймиста рідка хімічна речовина. У акумуляторах твердого стану компанії розробляють переважно три різні види твердих електролітів: полімери, оксиди та сульфіди.

Компанія Solid Power робить ставку на третій варіант. Президент та генеральний директор Джон Ван Скотер у інтерв’ю для InsideEVs сказав, що їхній гнучкий електроліт на основі сульфідів може допомогти існуючим виробникам акумуляторів інтегрувати цю технологію у свої існуючі виробничі процеси та повернути США конкурентоспроможність у галузі акумуляторів.

«Усі акумулятори твердого стану можуть стати способом для [США] повернутися та бути конкурентоспроможними в індустрії акумуляторів», — сказав Ван Скотер.

Минулого місяця компанія зробила крок у напрямку цієї мети, запустивши пілотну виробничу лінію Mobius на своєму заводі в Торнтоні, штат Колорадо. Мета? Виробляти та продавати електроліти з цього заводу деяким з найбільших гравців у автомобільній та батарейній промисловості.

Компанія вже співпрацює з Ford, BMW, Samsung SDI, SK ON та іншими компаніями, імена яких ще не були оприлюднені. Замість того, щоб самостійно виробляти повністю готові батареї, Solid Power стверджує, що виробники батарей можуть інтегрувати їхній електроліт у власні конструкції елементів, перевірити результати та спільно працювати над вдосконаленням технології перед початком виробництва.

Ван Скотер сказав, що компанія завершила угоди про спільну розробку з Ford та BMW. Тепер її увага зосереджується на співпраці з великими виробниками батарей для знаходження способів масштабування виробництва.

Очікується, що пілотна лінія Mobius почне працювати до кінця року, що додасть 45 метричних тонн річної потужності виробництва твердих електролітів. Разом із існуючими об’єктами це дозволить досягти загальної пілотної потужності у 75 метричних тонн на рік.

То які ж наслідки це має з точки зору продуктивності? У поєднанні з силіконовим анодом та катодом з нікелю, марганцю та кобальту (NMC) електроліт Solid Power з сульфідом може підвищити щільність енергії акумуляторної клітки до 390 ват-годин на кілограм та забезпечити більш ніж 1 000 циклів роботи. (Сучасні акумулятори NMC із рідкими електролітами зазвичай досягають показника близько 250–280 Вт·год/кг.)

За твердженням компанії, за допомогою аноду з літієвого металу щільність енергії може досягати 440 Вт·год/кг, що майже вдвічі більше, ніж у сучасних літій-іонних акумуляторів. Однак це лише теоретичні цифри. Кінцева щільність енергії залежатиме від виробника акумулятора, який створює саму клітину.

«Ми створюємо те, що дозволяє клітині функціонувати», — сказав Ван Скотер. «Але саме конструкція клітини визначає щільність енергії, термін служби та всі інші важливі характеристики».

Ще однією великою перевагою є те, що компанія вважає, що її технологія не потребує нових заводів чи дорогих переобладнань.

«Ми можемо використовувати стандартне обладнання для виробництва [літій-іонних акумуляторів] типу „ролл-то-ролл“, щоб виготовляти всі твердотільні клітини», — сказав Ван Скотер.

Звісно, акумулятори твердого стану все ще мають певні відомі проблеми, які потрібно вирішити. Однією з них є утворення дендритів – це крихітні, голкоподібні літієві структури, які можуть рости всередині елемента, спричиняючи короткі замикання та зниження ємності. Ван Скотер зазначив, що компанія Solid Power доклала багато інженерних зусиль для вирішення цієї проблеми.

Компанія також не починає співпрацю з автовиробниками з нуля. Минулого року BMW оприлюднила зображення прототипу i7, оснащеного акумулятором твердого стану з кремнієвим анодом від Solid Power.

Прототип акумулятора твердого стану для BMW i7

Фото: BMW

BMW, Samsung SDI та Solid Power також уклали тристоронню угоду щодо розробки цієї технології з метою її комерціалізації. Samsung SDI буде виробляти елементи батарей, BMW — модулі та пакети батарей, а Solid Power — твердий електроліт. Точний час, коли ми побачимо результати цього партнерства, залишається невідомим.

Інші американські стартапи у сфері твердотільних технологій обирають більш вертикально інтегрований підхід, розробляючи самі елементи батарей. Наприклад, QuantumScape співпрацює з Volkswagen, Honda та іншими виробниками автомобілів для комерціалізації своєї технології. Тим часом Mercedes-Benz та Stellantis вже почали тестувати прототипи автомобілів, оснащених елементами батарей від Factorial.

Проте Solid Power вважає, що ця технологія може спочатку досягти зрілості у захисних застосуваннях, дронах та гуманоїдних роботах.

«Цикли оновлення є коротшими, а термін служби платформи значно швидшим», — сказав Ван Скотер щодо дронів та роботів.

Що ви думаєте?

У будь-якому разі, американські виробники автомобілів та компанії, що виробляють акумулятори, не змогли повною мірою скористатися бумом літій-іонних акумуляторів, залишивши цю нішу азійським гігантам. Чи зможуть вони першими впровадити акумулятори твердого стану — покаже лише час.

Зв’яжіться з автором: suvrat.kothari@insideevs.com

Пов’язані статті