Будущее аккумуляторов за соединениями марганца, уверены учёные из Массачусетского технологического института, что сделает их дешевле и ёмче. Чтобы доказать это, исследователи создали катодный материал с высоким содержанием этого минерала, который в 30 раз дешевле кобальта. Но дело не только в цене. Потенциально катоды с высоким содержанием марганца обеспечат более высокую плотность запасаемой энергии и ряд других преимуществ.

Источник изображения: MIT

В своей работе над более совершенными электродами аккумуляторов исследователи изучали так называемые материалы с разупорядоченной структурой каменной соли (disordered rock salt, DRX). Это не та каменная соль, которая называется ещё поваренной. Как правило, DRX — это оксиды, например, оксид лития, но не обязательно. Учёные уже подтвердили необычно высокий потенциал DRX-материалов для изготовления анодов и катодов аккумуляторов. Но у них обнаружился существенный недостаток — низкий уровень циклирования. Они быстро истощались — приходили в негодность как накопители и проводники ионов.

«В катодных материалах обычно существует компромисс между плотностью энергии и стабильностью циклирования ... и в этой работе мы стремимся выйти за рамки, разработав новую химию катодов, — поясняют изобретатели. — (Представленное) семейство материалов обладает высокой плотностью энергии и хорошей стабильностью при циклировании, поскольку в нём используются два основных типа катодных материалов — каменная соль и полианионный оливин, поэтому оно обладает преимуществами обоих».

Иными словами, учёные подобрали такое соотношение DRX и полианионов (это большой спектр соединений с избытком отрицательно заряженных групп), при котором сохранялась бы высокая плотность энергии и возможность множественного перезаряда. Некоторой проблемой стала высокая подвижность кислорода в катоде при заряде аккумуляторов высоким напряжением — ещё одна изюминка новых аккумуляторов, однако она была решена введением связывающего кислород вещества — фосфора.

В идеальном случае электроды на основе DRX-материалов могут обеспечить до 350 мА·ч/г, тогда как традиционные катоды обеспечивают плотность хранения энергии не выше 200 мА·ч/г. Добавка полианионов обеспечит им стабильность множества циклов заряда и разряда, а использование марганца вместо никеля и, особенно, кобальта, сделает производство аккумуляторов дешевле. Но всё это в будущем. Еще предстоит много исследовательской работы, чтобы коммерческое производство электродов из DRX-материалов стало реальностью.

Норвежцы первыми в Европе импортозаместили производство литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов. На днях там официально открылась первая в этой части света фабрика по выпуску перспективных аккумуляторов. Мощность производства составит 1 ГВт·ч в год с перспективной многократного роста до внушительных 43 ГВт·ч в год к 2028 году.

Пример призматических аккумуляторов

Четыре года назад завод по выпуску первых в Европе LFP-аккумуляторов предложила построить компания Morrow Batteries. Для этого был выбран город Арендал в южной Норвегии. Строительство началось около двух лет назад, а уже в конце 2023 года предприятие начало рассылать образцы продукции заинтересованным клиентами. Официально предприятие было введено в строй 16 августа 2024 года в присутствии премьер-министра Норвегии Йонаса Гар Стёре (Jonas Gahr Støre). Выпуск коммерческой продукции начнётся ближе к концу текущего года.

На первом этапе завод будет выпускать LFP-аккумуляторы для систем хранения энергии от небольших до коммунальных. Батареи будут выпускаться в призматическом формфакторе, свойственном этому типу аккумуляторов. Впоследствии компания обещает перейти к производству более совершенных литий-никель-марганцево-оксидных аккумуляторов «следующего поколения» (LNMO), которые содержат меньше лития и не имеют кобальта в электродах, а также планирует выпускать аккумуляторы для мобильных устройств.

Завод по производству аккумуляторов в Норвегии. Источник изображения: Morrow Batteries

Производство планируется значительно расшириться к 2028 году. Предусмотрено создание ещё трёх производственных площадок, каждая из которых будет производить до 14 ГВт·ч аккумуляторов в год. Это отличный ход не только для Норвегии, но и для европейского рынка, который страдает от засилья аккумуляторов китайского производства.

Принадлежащая китайской Geely марка Zeekr в декабре прошлого года представила тяговую батарею Golden Battery, которая по своему химическому составу повторяла разработанную BYD передовую Blade Battery. Второе поколение батареи Zeekr способно увеличивать заряд с 10 до 80 % за 10,5 минуты, и оно уже доступно покупателям обновлённого электрического седана Zeekr 007.

Источник изображения: Zeekr

Сегодня компания начала принимать заказы на обновлённые Zeekr 001 и 007 следующего модельного года. Был пересмотрен ассортимент комплектаций, обе машины получили в большинстве из них более продвинутый автопилот SEA Intelligent Driving 2.0 на базе лидаров и пары процессоров Nvidia Orin X. Самое главное, что обновлённый седан Zeekr 007 в старших комплектациях начал оснащаться передовой тяговой батареей Golden Battery, которая в сочетании с напряжением бортовой сети 800 В способна восполнять заряд с 10 до 80 % за 10 с половиной минут. Этого должно быть достаточно для преодоления дистанции в 482 км по циклу CLTC.

Как поясняет CnEVPost, пяти минут зарядки достаточно для восполнения 265 км запаса хода по условному циклу CLTC, а за 15 минут можно восполнить запас хода на 582 км. В целом, оснащаемые такой батареей ёмкостью 75 кВт‧ч седаны Zeekr 007 способны преодолевать без подзарядки 688 км по циклу CLTC. Новая батарея по скорости зарядки даже превосходит более дорогие трёхкомпонентные аккумуляторы, сочетающие в своём составе никель, марганец и кобальт. Второе поколение Golden Battery заряжается на 30 % быстрее, чем батарея первого поколения, которая за 15 минут зарядки набирала запас хода не более 500 км. По словам Zeekr, данная тяговая батарея является рекордсменом по скорости зарядки среди всех выпускаемых серийно. Обновлённому Zeekr 001 новые батареи пока не достались.

С января по июнь текущего года включительно во всём мире было реализовано тяговых аккумуляторов для электромобилей совокупной ёмкостью 364,6 ГВт·ч, что на 22,3 % больше итогов аналогичного периода прошлого года. Лидером рынка с долей 37,8 % осталась китайская компания CATL.

Источник изображения: CATL

Подобными выдержками из отчёта аналитической компании SNE Research традиционно делится ресурс CnEVPost. Компания CATL за первое полугодие смогла увеличить выработку тяговых аккумуляторов на 29,5 % до 106,3 ГВт·ч в годовом сравнении. Никто из производителей тяговых аккумуляторов по-прежнему не занимает более 30 % рынка, кроме CATL. В первой половине прошлого года CATL занимала 35,7 % рынка, а с января по май текущего смогла увеличить свою долю до 37,5 %.

На втором месте с большим отставанием расположилась китайская BYD, самостоятельно выпускающая батареи для электромобилей одноимённой марки. В первой половине текущего года BYD увеличила выработку тяговых аккумуляторов на 22 % до 57,5 ГВт·ч, её доля на мировом рынке не превысила 15,8 %. Компания демонстрирует стабильность своих рыночных позиций. Год назад её доля достигала те же значений, а за первые пять месяцев данный показатель не превысил 15,7 %.

В январе и феврале BYD даже уступила второе место южнокорейской LG Energy Solution, но уже к марту вернулась на прежнюю позицию. Корейский производитель за первое полугодие выпустил тяговых аккумуляторов на 46,9 ГВт·ч, что на 5,7 % больше итогов аналогичного периода прошлого года. Сейчас LG Energy Solution контролирует не более 12,9 % мирового рынка тяговых аккумуляторов, хотя год назад её доля была на два процентных пункта выше.

Прочие места в десятке лидеров по итогам первого полугодия распределились следующим образом: SK On (4,8 %), CALB (4,6 %), Samsung SDI (4,5 %), Panasonic (4,4 %), Gotion High-tech (2,5 %), Eve Energy (2,1 %) и Sunwoda (2,1 %). Находящиеся за пределами первой десятки производители сообща контролируют не более 8,7 % мирового рынка тяговых аккумуляторов.

Компания Group1 выпустила первый в мире калиево-ионный аккумулятор, выполненный в широко распространённом цилиндрическом форм-факторе 18650. Новинка была представлена в рамках 14-й ежегодной конференции Beyond Lithium, и она может стать важным шагом на пути создания стабильных и экономически выгодных альтернатив привычным литийионным батареям.

Источник изображений: Group1

Калиево-ионные батареи формата 18650 относятся к категории перезаряжаемых аккумуляторов. В качестве носителя заряда в них используются ионы калия, тогда как в литийионных аналогах эту роль исполняют ионы лития. В дополнение к этому представленное изделие выполнено в том же форм-факторе, что и широко распространённые литийионные батареи — диаметр 18 мм и длина 65 мм.

В компании отметили, что инновационная калиево-ионная батарея стала результатом многолетних исследований и разработок. Особого внимания заслуживает впечатляющая производительность представленного источника питания. В ходе серии испытаний было установлено, что он не только оправдал, но и превзошёл ожидания исследователей.

В сообщении сказано, что батарея продемонстрировала выдающуюся долговечность, что говорит о её способности выдержать множество циклов зарядки/разрядки до существенного снижения ёмкости. Эта особенность крайне важна для разных сфер применения, включая электромобили, где долговечность аккумулятора имеет важнейшее значение. Кроме того, калиево-ионный аккумулятор показал высокую энергоёмкость.

Калиево-ионный аккумулятор работает при стабильном напряжении 3,7 В, а значит, его можно использовать в современных электронных устройствах. Он также демонстрирует тенденцию к достижению гравиметрической плотности энергии на уровне 160-180 Вт·ч/кг, что соответствует аналогичному показателю у литий-железо-фосфатных батарей. Высокая плотность хранения указывает на то, что батарея может накапливать значительное количество энергии по отношению к своей массе. Это делает калиево-ионную батарею подходящей для использования в сегментах, где требуется высокая производительность, например, в электромобилях и портативной электронике.

Любопытно, что решение создать калиево-ионный аккумулятор формата 18650 является стратегическим. Поскольку батареи 18650 имеют широкое распространение, калиево-ионный аналог будет совместим с большим количеством современных устройств. В Group1 уверены, что калиево-ионная батарея может стать достойной заменой для литий-ионной и натрий-ионной батарей.

Потребность в литии на Земле настолько велика, что вскоре это может стать проблемой глобального масштаба. Его ресурсы на планете крайне ограничены, тогда как спрос на это базовое сырьё для производства аккумуляторов постоянно растёт. Одним из решений проблемы дефицита лития может стать его извлечение из отработанных аккумуляторов. Однако пока это крайне затратный, грязный и очень длительный процесс. Но его можно ускорить, утверждают учёные.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Исследователи из Университета Райса работали над созданием «зелёной» технологии извлечения лития из бывших в употреблении батарей. Они начали с того, что позаимствовали рецепт растворителя из области «зелёной» химии. Химики, как и все остальные озабоченные экологией учёные, искали для реакций с растворителями что-то более безопасное для окружающей среды. Такой находкой стали открытые в начале 2000-х годов глубокие эвтектические растворители (ГЭР или DES, по-английски). Это экологически чистые жидкости, которые оказались способны осаждать литий и другие металлы из раствора.

«Скорость [традиционного] восстановления очень низкая, потому что литий обычно выпадает в осадок последним после всех других металлов, поэтому нашей целью было выяснить, как мы можем воздействовать конкретно на литий, — пояснила Сальма Алхашим (Salma Alhashim), которая является одним из ведущих авторов исследования. — Здесь мы использовали DES, представляющий собой смесь хлорида холина и этиленгликоля, зная из нашей предыдущей работы, что во время выщелачивания в этом DES литий оказывается в окружении хлорид-ионов из хлорида холина и выщелачивается в раствор».

Но это было лишь частичным решением проблемы ускоренного восстановления лития из раствора. В целом было известно о таком свойстве хлорида холина, как усиленное поглощение этим соединением микроволнового излучения. И это стало отличным катализатором процесса! Исследователи смогли выделить литий почти в 100 раз быстрее, чем в традиционной масляной ванне. Фактически, им потребовалось всего 15 минут, чтобы восстановить 87 % лития — процесс, который занял бы 12 часов при использовании масляной ванны.

«Это позволило нам избирательно выщелачивать литий по сравнению с другими металлами, — рассказала Сохини Бхаттачарья (Sohini Bhattacharyya ), другой ведущий автор работы. — Использование микроволнового излучения для этого процесса сродни тому, как кухонная микроволновая печь быстро разогревает пищу. Энергия передается непосредственно молекулам, благодаря чему реакция протекает намного быстрее, чем при обычных методах нагрева».

Поскольку химические составы DES-растворителей меняются достаточно гибко, их можно настраивать на извлечение других элементов из растворов, например, кобальта или никеля. Процесс оказывается настолько чистым и быстрым, что это может многое изменить в будущих цепочках поставок и утилизации литийсодержащих аккумуляторов.

Компания Samsung раскрыла подробности о своих перспективных аккумуляторах с твердотельным электролитом. Новейшая технология твердотельных аккумуляторов Samsung изначально будет использоваться в электромобилях премиум-класса. Она обеспечит им запас хода до 1000 км. Новые твердотельные батареи Samsung начнёт массово производить в 2027 году.

Источник изображений: The Elec / Lee Min-jo

Технология твердотельных аккумуляторов обещает исключить риск возгорания, увеличить запас хода электромобиля и сократить время зарядки. Samsung сообщила, что несколько автопроизводителей уже тестируют образцы данных аккумуляторов, однако компания не уточнила, кто именно.

«Мы поставляли образцы батарей клиентам с конца прошлого года по начало текущего года и получаем от них положительные отзывы», — цитирует издание The Elec слова вице-президента Samsung SDI Ко Джу Ёна (Koh Joo-young), выступавшего на конференции SNE Battery Day 2024 в Сеуле.

Изначально твердотельные аккумуляторы для электромобилей не будут дешёвыми, поэтому они будут применяться только в «суперпремиальных электромобилях», обеспечивая им запас хода от 900 до 1000 км (от 559 до 621 мили) от одной зарядки и повышенную безопасность.

По словам Ко Джу Ёна, замена батарей на твердотельные позволит сократить вес и занимаемое аккумулятором пространство, что в перспективе может привести к снижению стоимости самого транспортного средства. Поэтому, отмечает Джу Ён, автопроизводители заинтересованы в них.

Samsung также работает над другими типами батарей для премиального сегмента электромобилей, например, литий-никель-кобальт-алюминий-оксидными аккумуляторами (NCA), в которых катод изготавливается из сплавов оксида лития, никеля, кобальта и алюминия. Преимуществами аккумуляторов данного типа являются высокая удельная энергоёмкость, длительный срок службы и высокая удельная мощность. Для сегмента электромобилей начального уровня Samsung разрабатывает более простые «полутвердотельные» аккумуляторы. Кроме того, компания работает над LFP-батареями и аккумуляторами, в которых содержится меньше никеля, что делает их более дешёвыми.

В ходе своей презентации Samsung также повторила свои планы по началу производства к 2029 году батарей, которые смогут заряжаться за 9 минут и будут рассчитаны на службу в 20 лет. На мероприятии SNE Battery Day 2024 также выступали представители LG Energy, конкурента Samsung в производстве батарей для электромобилей. LG является одним из крупнейших производителей и одним из поставщиков аккумуляторов для Tesla. Компания планирует приступить к выпуску твердотельных батарей позже Samsung, в 2030 году, также начав с поставок для премиального сегмента электромобилей.

Самой дорогой частью любого электромобиля является тяговая батарея, а крупнейшим их производителем остаётся китайская компания CATL. Во втором квартале она смогла увеличить чистую прибыль на 17,71 % последовательно до $1,7 млрд, а также на 13,43 % в годовом сравнении, хотя выручка производителя при этом сократилась на 13,18 % до $12 млрд в годовом сравнении.

Источник изображения: CATL

Справедливости ради следует отметить, что последовательно выручка CATL всё же выросла на 9,06 %, поэтому говорить о строго отрицательной динамике выручки нельзя. Норма прибыли производителя по итогам второго квартала осталась на уровне 26,64 %, примерно сопоставимо с показателем первого квартала, но в годовом сравнении она выросла относительно 21,96 %.

По итогам первого полугодия в целом CATL получила чистую прибыль в размере $3,15 млрд, что соответствует росту на 10,37 % в годовом сравнении. Выручка компании в первом полугодии сократилась на 11,88 % до $23 млрд. Непосредственно выпуск тяговых батарей принёс компании в первом полугодии 67,5 % всей выручки за период, в годовом сравнении снижение достигло 19,2 %. Норму прибыли в этой сфере деятельности удалось поднять на 6,55 процентных пункта до 26,9 %, если сравнивать с аналогичным периодом прошлого года.

В сегменте батарей для стационарных систем хранения электроэнергии выручка CATL составила 17 % от общей, она выросла в годовом сравнении на 3 % по итогам первого полугодия. Норму прибыли в этом сегменте удалось поднять на 7,55 процентных пункта до 28,87 %. Остальную часть выручки формировала деятельность по выпуску материалов для батарей и переработке отслуживших аккумуляторов, она выросла по итогам первого полугодия на 13,02 % в годовом сравнении. По состоянию на май текущего года компания CATL контролировала 37,5 % мирового рынка тяговых батарей.

Квартальное отчётное мероприятие нередко используется инвесторами для получения от руководства Tesla комментариев по поводу накопившихся за три месяца слухов, и вчерашняя конференция не стала исключением. Илон Маск (Elon Musk) пояснил, что в прошлом квартале компания не только в полтора раза увеличила объёмы выпуска аккумуляторных ячеек типа 4680, но и начала тестирование прототипа Cybertruck, оснащённого батареями с «сухим» катодом.

Напомним, что инициатива Tesla подразумевает постепенный переход от традиционного метода изготовления катодов и анодов для аккумуляторных ячеек к более прогрессивному «сухому», но в условиях мелкосерийного производства элементов типа 4680 компания пока смогла внедрить эту технологию только для анодов. Данный компонент с точки зрения себестоимости изготовления аккумуляторных ячеек имеет меньшее влияние, чем катод, поэтому для компании важнее наладить выпуск по «сухому» методу именно катодов, а с этим до сих пор возникали технические проблемы.

В июле этого года, как поясняется в квартальном отчёте Tesla, компания завершила валидационные испытания первого прототипа пикапа Cybertruck, оснащённого аккумуляторными ячейками типа 4680 с катодами «сухого» типа собственного производства. Если Tesla удастся наладить их массовое производство, это позволит существенно снизить себестоимость тяговой батареи, которая остаётся самым дорогим компонентом любого электромобиля. Для компании, как отмечается, снижение себестоимости всей продукции является ключевым приоритетом.

Важно и то, что Tesla во втором квартале на 50 % увеличила объёмы выпуска аккумуляторных ячеек типа 4680 относительно первого квартала текущего года. Это говорит о высоких темпах экспансии массового производства. Маск и ранее отмечал, что выпуск пикапов Cybertruck не ограничивается доступностью аккумуляторных ячеек 4680, и они выпускаются в необходимых количествах. Компания во втором квартале также продолжила снижать затраты на их выпуск. К концу текущего года Tesla рассчитывает стать игроком рынка с самыми низкими затратами на выпуск аккумуляторных ячеек типа 4680. Помимо неё, эти аккумуляторы ещё выпускают Panasonic и LG Energy Solution. Сама Tesla использует ячейки 4680, выпускаемые в Техасе, для всех пикапов Cybertruck и некоторой части кроссоверов Model Y. В отличие от последних, иной тип аккумуляторных ячеек для пикапов Cybertruck не предусмотрен.

На сегодняшний день создание «мягких» роботов и гибких носимых устройств сдерживается одним ключевым компонентом — аккумулятором. В статье для ACS Energy Letters исследователи из Китая утверждают, что разработали эластичный литий-ионный аккумулятор, который может растягиваться до 5000 % (в 51 раз!) от первоначальной длины, сохраняя способность удерживать полный заряд после 67 циклов.

Источник изображений: Wang Et Al, ACS Energy Letters

Учёные-материаловеды из Нанкинского университета почты и телекоммуникаций сообщают, что их батарея разработана на основе технологий и материалов для контактных линз. При создании батареи они использовали тонкую плёнку проводящей пасты, включающую углеродную сажу, серебряные нанопроводники и катодные и анодные материалы на основе лития. Снаружи плёнку защищают слои полидиметилсилоксана, прозрачного гибкого материала, который сохраняет форму, обеспечивая пластичность.

Исследователи утверждают, что разработанный ими эластичный аккумулятор обладает на 600 % большей ёмкостью, чем сравнимая по размерам батарея с жидким электролитом. По их словам, в нескольких прототипах им удалось достичь относительно стабильной ёмкости в течение 1000 циклов зарядки с ухудшением на 1 % после первых 30 циклов. У сопоставимого аккумулятора с жидким электролитом деградация составила 16 % после того же количества циклов. При этом эластичную батарею можно было сгибать, скручивать или растягивать, не нарушая целостности материала.

Эластичный полидиметилсилоксан, из которого состоит большая часть аккумулятора, совершенно прозрачен, что предлагает широкий простор для использования в умных часах, одежде и незаметных медицинских носимых устройствах. Дальнейшее развитие этой технологии позволит применять эластичные батареи в складных, рулонных и растягиваемых дисплеях.

В 2020 году Илон Маск (Elon Musk) посвятил рассказу о прогрессивных аккумуляторных ячейках 4680 целую презентацию, пообещав в тот момент наладить их массовое производство до конца 2023 года. Такие ячейки выпускаются компанией небольшими партиями, но если технологические проблемы не будут решены до конца текущего года, Tesla может отказаться от дальнейшей экспансии производства.

Источник изображения: Tesla

Строго говоря, первоначально Tesla рассчитывала наладить массовый выпуск аккумуляторных ячеек 4680 в США к концу 2022 года. Сейчас они выпускаются небольшими партиями в Техасе, но в 2023 году компания была вынуждена отказаться от идеи их производства на своём предприятии в Берлине. Как отмечалось ранее, у Tesla возникли проблемы с производством анодов для таких батарей «сухим» методом, который обещал заметно снизить себестоимость продукции и сделать её более экологичной. В июне 2023 года Tesla заявила, что ей удалось в общей сложности выпустить 10 млн ячеек типоразмера 4680. Впрочем, от целевых количеств это всё равно очень далеко, хотя в этом году представители Tesla не раз подчёркивали, что производство электрических пикапов Cybertruck не ограничивается доступностью тяговых батарей на основе ячеек типа 4680.

В любом случае, издание The Information со ссылкой на близкие к Tesla источники на этой неделе сообщило, что Илон Маск поставил перед специалистами компании задачу наладить выпуск аккумуляторных ячеек типа 4680 в значительно больших количествах к концу текущего года. Если этого сделать не удастся, Tesla вообще может отказаться от их производства собственными силами. В настоящее время ячейками такого типа оснащаются не только пикапы Cybertruck, но и собираемые в Техасе кроссоверы Model Y. Изначально Tesla планировала применять ячейки 4680 и при производстве грузовиков Semi, но сейчас они обходятся без них, да и выпускаются пока буквально в единичных экземплярах.

Получать ячейки типоразмера 4680 компания может и от своих партнёров вроде Panasonic, так что даже в случае отказа от самостоятельного их выпуска на предприятии в Техасе ничего катастрофического с точки зрения способности компании производить пикапы Cybertruck не произойдёт. По данным осведомлённых источников, проблему для Tesla представляет переход на «сухой» метод изготовления катодов. В случае с анодом он уже освоен, но с точки зрения себестоимости продукции важнее освоить аналогичный метод изготовления катодов, и пока решить соответствующую проблему не получается. Данную технологию Tesla унаследовала от купленной ею компании Maxwell Technology, но с её внедрением в условиях массового производства до сих пор возникают проблемы. По данным The Information, часть аккумуляторных ячеек типа 4680 способна внезапно выходить из строя во время эксплуатации.

Говорят, что сегодня большинство грантов получают междисциплинарные исследования. Смешение всегда обещает что-то удивительное, чего нельзя достичь в отдельно взятой области науки. Учёные из США наглядно доказали это утверждение, применив методы современной аналитической биологии для анализа характеристик литиевых аккумуляторов. Они уверяют, что благодаря новой работе электрические самолёты смогут увеличить дальность полёта в четыре раза.

Источник изображения: And Battery Aero

В современной молекулярной биологии много разных -омик: геномика, протеомика, метаболомика и так далее. Общее у всех разделов то, что они рассматривают проблемы в комплексе или совокупности множества, казалось бы, не связанных с основными исследованиями направлений. Например, исследователи веками изучали строение живых клеток, и только в последние десятилетия сообразили, что это надо делать в совокупности с внеклеточным анализом сопутствующих жизни клеток процессов.

Тот же принцип исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и Мичиганского университета использовали для анализа элементов литиевых аккумуляторов. Батарея рассматривалась как совокупность процессов на аноде, катоде и в электролите. От самолётных тяговых батарей учёные хотят плохо сочетаемых характеристик: пиковой отдачи в режимах взлёта и посадки, а также стабильной отдачи мощности в крейсерском режиме полёта. Найти в этой схеме баланс означает добиться оптимальных условий работы аккумуляторов, а это может помочь увеличить дальность перелётов.

«Биологический» подход для анализа химического и физического состояния электродов и электролита позволил получить более полное представление о протекании сложных реакций на аноде, катоде и в электролитах. Учёные выяснили, что неспособность литиевых батарей обеспечивать высокую мощность в течение длительного периода времени была проблемой катода, а не анода. В ходе экспериментов стало ясно, что при смешивании определенных солей с электролитом они образовывали защитное покрытие вокруг катода, делая его устойчивым к разрушению и улучшая его характеристики.

Так, созданный исследователями новый электролит оказался очень и очень перспективным. Созданные на его основе экспериментальные аккумуляторы обеспечили настолько высокую плотность запасания энергии в сочетании со стабильно отдаваемой мощностью, что смогли бы обеспечить самолётам на электрической тяге полёт на четыре раза большую дальность, чем современные батареи.

В настоящее время команда работает над созданием аккумулятора емкостью 100 кВт·ч для проведения испытательного полета электрического самолета вертикального взлета и посадки (eVTOL) уже в 2025 году, что выглядит завораживающей перспективой для нового вида транспорта.

Перспективные твердотельные литиевые аккумуляторы хороши всем, кроме ожидаемой стоимости. По крайней мере, в первые годы после начала их массового производства. Одним из самых дорогих в новых батареях обещает стать электролит на основе сульфида лития, стоимость которого может достигать $200 за килограмм. Новый созданный в Китае электролит LPSO стоит всего $14,42 за килограмм и не содержит дорогостоящих сульфидов, хотя не уступает в характеристиках аналогам.

Перспективные аккумуляторы в представлении художника. Источник изображений: ETH Zurich

Многолетние исследования учёных во всём мире показали, что для твердотельных аккумуляторов в качестве основы для твёрдого электролита лучше всего подходят соединения на основе сульфидов, оксидов и хлоридов. Причём сульфиды лидирую по совокупности наиболее желательных характеристик в составе аккумуляторов. Проблема в том, что за основу при изготовлении сульфидных электролитов берётся достаточно дорогой сульфид лития (Li₂S). В результате 1 кг электролита на основе этого соединения стоит более $195, тогда как для коммерчески выгодного производства аккумуляторов цена электролита не должна превышать $50 за 1 кг.

Учёные из Университета науки и технологий Китая (USTC) смогли синтезировать сульфидный электролит, не прибегая к помощи сульфида лития, что соответствует более чем 90-процентному снижению стоимости этого компонента аккумуляторов. По мнению исследователей, это способно революционизировать отрасль производства аккумуляторов и электромобилей, обещая привести к появлению недорогих, ёмких, высокоплотных и безопасных источников автономного питания. По крайней мере, в лаборатории опытный экземпляр аккумулятора при комнатной температуре стабильно проработал свыше 4200 часов.

По итогам первых четырёх месяцев текущего года южнокорейская SK On могла претендовать только на пятое место на мировом рынке тяговых батарей для электротранспорта, причём в спину ей дышала японская Panasonic. Высокая степень зависимости от западных автопроизводителей, по некоторым оценкам, в условиях замедления роста спроса на электромобили, создала для SK On серьёзные проблемы.

Источник изображения: SK On

Речь, прежде всего, идёт о сохранении убытков на протяжении десяти последовательных кварталов с момента обретения SK On относительной самостоятельности, как поясняет Financial Times. Долговые обязательства компании за это время увеличились более чем в пять раз и превысили $10 млрд. На прошлой неделе, как отмечает источник, глава SK On Ли Сок Хи (Lee Seok-hee) обратился к сотрудникам компании с заявлениями о необходимости сократить затраты и всячески мобилизоваться для улучшения финансового положения этого производителя батарей, которое с каждым месяцем становится всё более незавидным.

«Нас прижали к стенке. Нам нужно выбираться сообща», — буквально заявил генеральный директор SK On в обращении к сотрудникам компании. Руководство также обсуждает ряд более радикальных мер по спасению убыточного бизнеса. Например, один из планов подразумевает слияние материнской компании SK Innovation с родственной энергетической компанией SK E&S, которая занимается поставками сжиженного природного газа и отличается высокой прибыльностью. Под крылом энергетического бизнеса будет проще спрятать от инвесторов убытки на аккумуляторном направлении. Этот план реструктуризации будет вынесен на обсуждение совета директоров SK в текущем месяце.

Проблема заключается в том, что на многих рынках SK On выступала в роли догоняющего, а потому довольно просто соглашалась поставлять свою продукцию по низким ценам. При этом она сильно зависит от западных автопроизводителей, которые втянули SK On в экспансию производства на своей территории, но не смогли в дальнейшем обеспечить адекватные объёмы закупок продукции. Так, в США компания была вынуждена отправить сотрудников предприятия в Джорджии в административные отпуска, а также задержать начало строительства второго предприятия в Кентукки. Главным клиентом SK On в США является Ford Motor.

Конкурирующая General Motors до прошлого года утверждала, что рассчитывает по итогам 2025 года реализовать 1 млн электромобилей. Однако, по итогам второго квартала текущего года она продала всего 21 930 электромобилей. Очевидно, что за оставшиеся до целевого рубежа полтора года она не сможет кратно нарастить продажи. Под эти задачи пыталась инвестировать в локализацию производства тяговых батарей и компания SK On, но вряд ли эти затраты можно будет оправдать в полной мере в ближайшее время. Западные автопроизводители просто не смогли наладить массовый выпуск достаточно доступных электромобилей, как отмечают аналитики UBS, поэтому и потребность рынка в тяговых батареях оказалась переоценённой. Остаётся лишь надеяться, что усилия материнского холдинга SK Group по спасению аккумуляторного бизнеса оправдают себя.

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) придумали способ радикально сократить вредное воздействие на природу и человека фтора, который в избытке вносится в жидкие электролиты литийметаллических аккумуляторов. Фтор стабилизирует параметры аккумуляторов и делает их безопаснее, но сохранить здоровье он не поможет. Разработка заметно снизит использование фтора в электролитах и приблизит выход ёмких батарей на рынок.

Источник изображений: ETH Zurich

Фторированные соединения в электролите способствуют образованию защитного слоя вокруг металлического лития на отрицательном электроде аккумулятора (аноде). «Этот защитный слой можно сравнить с эмалью зуба, — пояснила Мария Лукацкая (Maria Lukatskaya), профессор электрохимических энергетических систем в ETH Zurich. — Это защищает металлический литий от продолжительной реакции с компонентами электролита». Без этого электролит быстро истощился бы в процессе циклов заряда и разряда, а элемент вышел бы из строя. Что хуже всего, отсутствие защитного слоя привело бы в процессе заряда к образованию металлических нитевидных наростов на аноде (дендритов), которые печально известны своей особенностью создавать короткие замыкания в аккумуляторах и приводить к пожарам.

«Вопрос заключался в том, как уменьшить количество добавляемого фтора без ущерба для стабильности защитного слоя», — объясняют учёные. Новый метод группы Лукацкой использует электростатическое притяжение для достижения желаемой цели. Учёные подобрали такие заряженные молекулы-носители, которые стали своего рода переносчиками молекул фтора, доставляя их прямо к аноду. Это привело к тому, что в жидком электролите теперь может быть по весу всего 0,1 % фтора, а это как минимум в 20 раз ниже, чем в предыдущих исследованиях.

Подвижность заменила насыщенность

Преимуществом предложенного метода является то, что для его внедрения в производство не требуется никаких существенных изменений. Меняется только формула электролита. Учёные испытали своё решение на аккумуляторах формфактора «монетка» и готовятся создать прототип аккумулятора формфактора «мешочек», которые знакомы нам, например, по смартфонам. Сделать такие батареи безопаснее для эксплуатации и утилизации — это шаг в правильном направлении.