Японская компания TDK на этой неделе сообщила об успехах в разработке материала, который поможет увеличить плотность хранения электроэнергии в элементах питания с твердотельным электролитом в 100 раз по сравнению с имеющимися образцами аккумуляторов той же марки с твердотельным электролитом. Прежде всего, эта разработка позволит продлить сроки работы от батареи разного рода носимой электроники.

Источник изображения: TDK Corporation

Новое поколение батарей с твердотельным электролитом TDK называет CeraCharge, появление нового материала для их создания позволит поднять плотность хранения заряда в сто раз до 1000 Вт·ч/л в объёмном измерении. Заявления о 100-кратном увеличении плотности хранения заряда могут показаться достаточно громкими, и тут действительно дело в выборе базы для сравнения. Во-первых, с момента выхода первых образцов CeraCharge в 2020 году конкурирующие производители аккумуляторов с твердотельным электролитом продвинулись в увеличении плотности хранения заряда до 50 Вт·ч/л, что уже сокращает преимущество TDK до 20-кратного. Во-вторых, перезаряжаемые элементы питания «монетного» типа на основе традиционного жидкого электролита с литием обеспечивают плотность хранения заряда до 400 Вт·ч/л, и в этом случае превосходство TDK сокращается до 2,5 раза.

Беспроводные наушники, слуховые аппараты и умные часы смогут оснащаться более совершенными и долговечными элементами питания, как отмечается в пресс-релизе компании. Применение данной технологии в более крупных устройствах ограничено использованием довольно хрупкой керамики при производстве батарей семейства CeraCharge. По этой причине такие аккумуляторы будут использоваться только в достаточно компактных устройствах.

Добиться прогресса в сфере повышения плотности хранения заряда TDK удалось за счёт использования твердотельного электролита оксидного типа собственной разработки в сочетании с анодом на основе соединений лития. Данный тип твердотельного электролита делает батарею весьма безопасной, что важно для устройств, соприкасающихся с кожей человека. Внедрение таких батарей позволит заменить одноразовые элементы питания монетного типа, поскольку новое поколение источников энергии будет перезаряжаемым. Соответственно, ущерб для окружающей среды от утилизации батареек заметно снизится.

В дальнейшем TDK сосредоточится на разработке технологии производства аккумуляторных батарей с твердотельным электролитом на основе нового материала. Свои компетенции в сфере выпуска электронных компонентов TDK собирается направить на технологии ламинирования слоёв в аккумуляторах нового типа и расширение температурных режимов их работы.

Сейчас Китай доминирует на рынке литийионных аккумуляторов, поскольку в огромных количествах наладил выпуск наиболее дешёвых тяговых батарей для электромобилей на основе фосфата железа. Поскольку японские и европейские производители вкладывают серьёзные средства в разработку твердотельных аккумуляторов, китайским компаниям не хочется отставать, и они объединили свои исследовательские усилия в рамках консорциума.

Источник изображения: CATL

Об этом на текущей неделе сообщило издание Nikkei Asian Review, рассказав о мероприятии в Китае, которое собрало представителей более чем 200 компаний, ведомств и научных организаций. Под эгидой китайского правительства в конце января был создан консорциум CASIP, чьё обозначение расшифровывается как China All-Solid-State Collaborative Innovation Platform. В вольном переводе название организации описывает общенациональные усилия китайских разработчиков по созданию твердотельных аккумуляторов.

Примечательно, что консорциум в своих рядах объединил конкурентов из числа китайских автопроизводителей и поставщиков тяговых батарей. Под знамёна организации встали BYD, CATL, CALB, EVE Energy, Svolt Energy Technology и Gotion High-Tech. В общей сложности шесть из десяти крупнейших производителей тяговых аккумуляторов в мире оказались членами этого консорциума. У некоторых из этих производителей батарей есть претензии друг к другу, которые материализовались в судебные иски. Это не помешало им забыть о разногласиях и выразить желание совместно разрабатывать твердотельные аккумуляторы. Последние должны не только увеличить плотность хранения электроэнергии и сократить массу батарей, но и значительно сократить время зарядки и снизить зависимость аккумуляторов от температуры окружающего воздуха. Кроме того, твердотельные аккумуляторы более безопасны с точки зрения вероятности возгорания.

В состав альянса вошли и автопроизводители из Китая, включая BYD и NIO, которые тоже конкурируют друг с другом. Авторы идеи такой консолидации надеются, что с привлечением государственных ресурсов и систем искусственного интеллекта китайские производители смогут к 2030 году наладить выпуск твердотельных аккумуляторов, тем самым не утратив лидирующих позиций на рынке в случае успеха конкурирующих инициатив. Японские Toyota и Nissan рассчитывают к 2028 году вывести на рынок первые электромобили, оснащённые твердотельными аккумуляторами. Не собираются отставать и немецкие Volkswagen и BMW, поддерживающие профильные стартапы, которые разрабатывают тяговые батареи такого типа.

По оценкам китайских экспертов, к середине текущего десятилетия машины с тяговыми аккумуляторами будут формировать более половины первичного авторынка в мире. Китай с его огромным потенциалом реализации транспортных средств мог бы стать отличным полигоном для испытания новых типов аккумуляторных батарей. Местные производители при правильном подходе могли бы наладить выпуск твердотельных аккумуляторов на коммерческой основе уже к 2030 году. Впрочем, на уровне исследовательской деятельности перевес пока на стороне японских производителей. Та же Toyota обладает более чем 1300 патентами в сфере создания твердотельных аккумуляторов, тогда как китайские компании пока не добрались и до планки в 100 профильных патентов. Toyota массовый выпуск аккумуляторов нового поколения рассчитывает начать не ранее 2030 года, так что у китайских компаний есть шансы не уступить ей в этой гонке.

Доминирующие сейчас на рынке литийионные аккумуляторы используют жидкий электролит, который опасен перегревом и возгоранием при механическом повреждении батареи. Твердотельный электролит подобных недостатков лишён, но его ресурс до сих пор был ограничен. Японские разработчики нашли способ увеличить долговечность батарей с твердотельным электролитом в десять раз.

Источник изображения: Koike

По крайней мере, компания Koike в сотрудничестве с исследовательским подразделением института AIST, как сообщает Nikkei Asian Review, создала монокристаллический материал, который может быть использован в качестве электролита в твердотельных аккумуляторах. В отличие от поликристаллических аналогов, такой материал снижает электрическое сопротивление на 90 %, тем самым облегчая прохождение тока в электролите и обеспечивая увеличение ресурса всего аккумулятора.

Пока Koike по силам создавать монокристаллические пластины диаметром не более 25 мм, что ограничивает сферу применения нового материала твердотельными аккумуляторами небольшого размера и ёмкости. Тем не менее, даже их можно применять в разного рода носимой электронике, которая в силу требований к герметичности корпуса не подразумевает замены аккумуляторов вообще или допускает такую операцию лишь изредка. В частности, если такими аккумуляторами оснащать кардиостимуляторы, то срок их службы можно увеличить с нынешних 5–10 до 50 лет. Массовое производство компактных аккумуляторов с твердотельным электролитом нового типа планируется наладить в 2027–2028 годах через формирование технологических альянсов с прочими производителями.

Дальнейший вектор исследований будет направлен на совершенствование материалов катодов аккумуляторов и увеличение размеров ячеек. Теоретически, подобные разработки можно будет применить и в производстве тяговых батарей для электромобилей. Твердотельные аккумуляторы не боятся высоких температур и механических воздействий, что значительно повышает их безопасность. Впрочем, технически жидкость при создании электродов из нового материала всё же применяется, поскольку она наносится на их поверхность для предотвращения деградации свойств. По большому счёту, аккумуляторы с таким электролитом следует называть «полутвердотельными».

Твердотельные аккумуляторы разрабатывают многие автопроизводители или связанные с ними стартапы, японская корпорация Toyota Motor не является исключением, но она делает ставку на использование сульфидов в качестве электролита, которые не так безопасны в эксплуатации, как монокристаллический материал, предложенный Koike и партнёрами. По оценкам экспертов Emergen Research, ёмкость мирового рынка аккумуляторов с твердотельным электролитом в период с 2021 по 2030 годы увеличится с $600 млн до $10,1 млрд.

Принято считать, что в разработке аккумуляторов с твердотельным электролитом больше всего заинтересованы автопроизводители и их партнёры, поскольку они позволят устранить ряд недостатков электромобилей нынешнего поколения типа ограниченного запаса хода и длительного времени зарядки. Panasonic не строит иллюзий, обещая начать продажу твердотельных аккумуляторов лишь в 2029 году, причём для более компактных устройств, чем электромобили.

Источник изображения: Nikkei Asian Review, Ryohtaroh Satoh

Как поясняет Nikkei Asian Review со ссылкой на технического директора Panasonic Group Тацуо Огаву (Tatsuo Ogawa), японская корпорация собирается вывести на рынок твердотельные аккумуляторы к 2029 году только в сегменте дронов и промышленных роботов, причём на потребительском рынке они первоначально предлагаться не будут. Некоторые технологии, используемые при производстве таких аккумуляторов, в дальнейшем могут найти применение и в электромобилях, но чтобы этого добиться, предстоит решить множество технических проблем.

Твердотельные аккумуляторы обеспечивают более высокую плотность хранения заряда при меньшей собственной массе, они также позволяют быстрее восполнять заряд и меньше подвержены риску самовозгорания, но их гораздо сложнее и дороже производить при существующем уровне технологического развития отрасли. Впрочем, Panasonic уже удалось лишить такие аккумуляторы другого существенного недостатка — ограниченного эксплуатационного ресурса. Специалисты Panasonic утверждают, что фирменные твердотельные аккумуляторы смогут без проблем выдерживать десятки тысяч циклов зарядки. Это в разы больше, чем предлагают современные литийионные батареи.

Технологиями Panasonic в этой сфере уже интересуются многие компании. По всей видимости, до автомобильного сегмента твердотельные аккумуляторы этой марки доберутся лишь в следующем десятилетии. Конкуренты тоже не дремлют, Toyota Motor уже в 2027 году собирается вывести на рынок первый электромобиль на основе твердотельных аккумуляторов, аналогичные разработки ведут Samsung SDI, SK On и Nissan Motor. Американские и европейские автопроизводители, как правило, инвестируют в различные стартапы, которые разрабатывают аккумуляторы с твердотельным электролитом.

Аккумуляторы с твёрдым электролитом обещают лучшие эксплуатационные качества, но всё ещё дороги в производстве. Над удешевлением процесса работают учёные всего мира, включая учёных из Японии. Группа из страны Восходящего солнца сообщила, что нашла возможность удешевить процесс производства аккумуляторов с твёрдым электролитом, и намерена довести его до коммерческой стадии до конца десятилетия.

Источник изображения: Kento Fukui / asia.nikkei.com

По оценкам Японского научно-технического агентства, производственное оборудование для изготовления полностью твердотельных аккумуляторов будет стоить в 10–20 раз дороже, чем оборудование для производства современных литийионных аккумуляторов. Имея развитое производство обычных литиевых батарей, никто из производителей не пойдёт на такие расходы. Исследовательская группа Токийского технологического института под руководством доцента Синтаро Ясуи (Shintaro Yasui) поставила перед собой цель разработать твёрдый электролит, который можно было бы наносить в виде покрытия, не требующего специального оборудования.

Основная проблема в том, что изготовление твердотельных аккумуляторов во многом необходимо проводить без доступа воздуха (кислорода и водяного пара). В противном случае материал электролита будет разрушаться. Создание вакуумной среды для масштабного производства — задача не из дешёвых, чего необходимо избежать во всех случаях.

Японские исследователи нашли выход в соединении лития, бора и кислорода, которое в процессе измельчения по специальной технологии и смешивания с водой и нелетучими невоспламеняющимися солями лития образует суспензию. Эту суспензию наносят как на материал катода, так и анода. За счёт вязкого состояния материал плотно ложится на оба электрода, обеспечивая плотный контакт по всей поверхности. Всё это сушится на открытом воздухе, а потом соединяется в один аккумуляторный блок.

Характеристики получившейся батареи были измерены под давлением около 3 атмосфер и рабочим напряжением 2,4 В. Главный показатель эффективности электролита — ионная проводимость — составил 5,9 мСм/см (миллисименс на сантиметр), что можно считать довольно высоким показателем для твердотельных электролитов. Опытная батарея выдержала до 300 циклов зарядки и этот параметр учёные намерены довести до 1000 циклов.

Не обошлось без недостатков. Разработанные технология и смесь оказались относительно восприимчивы к довольно невысоким температурам. Так, опытная батарея разрушилась при нагреве до 140 °C. Учёным есть ещё над чем поломать голову, но в течение примерно 10 лет они обещают довести технологию производства твердотельных аккумуляторов в обычных условиях без вакуума до коммерчески доступного уровня.

Компания Toyota заявила о технологическом прорыве, который позволит вдвое сократить вес, размер и стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей. Об этом сообщает издание The Guardian со ссылкой на президента центра исследований и разработок концерна в области углеродной нейтральности Кэйдзи Кайта (Keiji Kaita).

Источник изображения: unsplash.com

В японской компании рассказали, что смогли упростить производство материала, который используется для изготовления твердотельных батарей. Это открытие в концерне назвали шагом вперед, который может значительно сократить время зарядки и увеличить дальность пробега электромобилей.

«Мы стремимся изменить ситуацию с нашими жидкостными и твердотельными батареями, которые, как известно, слишком большие, тяжёлые и дорогие в производстве. Мы говорим о потенциале вдвое сократить все эти факторы», — прокомментировал Кайта.

По его словам, благодаря новой технологии Toyota сможет разработать твердотельную батарею, с которой запас хода электрокара составит 1,2 тыс. км, а на ее зарядку будет уходить меньше 10 минут. Как пишет Financial Times, в компании рассчитывают, что смогут наладить массовое производство таких твердотельных батарей в 2027–2028 годах.

Твердотельные аккумуляторные батареи, в которых в качестве электролита применяется твёрдый материал, рассматриваются в качестве более надёжной, удобной и безопасной альтернативы литийионным батареям с жидким электролитом. Однако сейчас твердотельные батареи сложнее и дороже в производстве. В японской компании утверждают, что могли бы значительно упростить процесс производства твердотельных батарей, потенциально сделав его более простым по сравнению с выпуском литийионных батарей.

Тайванский производитель аккумуляторов ProLogium заявил, что к концу этого года начнёт поставки своих твердотельных аккумуляторов европейским автопроизводителям для тестирования. Новая конструкция твердотельной батареи с керамическим твёрдым электролитом может почти удвоить плотность энергии по сравнению со стандартным аккумулятором электромобиля, при этом значительно снизив его вес и количество элементов.

Источник изображений: ProLogium

«В прошлом году мы анонсировали первую твердотельную батарею с анодом из 100 % оксида кремния, предназначенную для обеспечения более высокой плотности энергии на уровне ячейки. Теперь мы рады представить LLCB, ещё одну новаторскую концепцию, которая выведет дизайн аккумуляторов для электромобилей на новый уровень с точки зрения большой запаса хода, малого веса и гибкости конструкции», — заявил Винсент Янг (Vincent Yang), генеральный директор и основатель ProLogium Technology.

Формат большой литий-керамической батареи (LLCB) уменьшает количество ячеек и количество параллельных соединений в аккумуляторной батарее, снижая затраты на компоненты и сборку. Плоская форма и превосходная теплопроводность твердотельного керамического электролита могут значительно упростить конструкцию системы охлаждения, тем самым оптимизируя пространство и экономя более 100 кг веса.

«LLCB обеспечит большую гибкость проектирования электромобилей, — заявил Саймон Ву (Simon Wu), помощник вице-президента ProLogium. — При той же площади, что и у обычного аккумуляторной ячейки 2170, объёмная плотность энергии блока LLCB может быть почти удвоена, а при одинаковой ёмкости вес блока LLCB может быть снижен на 115 кг. Что ещё более важно, производственные процессы LLCB будут производить меньше отходов, а сниженное количество ячеек потребует меньше сырья».

ProLogium в настоящее время сотрудничает с FEV для проведения тестирования технологии LLCB и разработки применимых решений. Планируется, что образцы новых аккумуляторов будут доставлены европейским автопроизводителям для испытаний уже в конце 2023 года. В число европейских партнёров входит Mercedes-Benz.

Ранее ProLogium привлекла $326 млн для разработки твердотельных аккумуляторов. Сейчас компания инвестирует €5,2 млрд в строительство своего первого зарубежного завода по производству твердотельных аккумуляторов в Дюнкерке, Франция. Общая запланированная мощность в 48 ГВт·ч будет поэтапно развёрнута для поставок на европейский рынок электромобилей, что позволит ProLogium массово производить аккумуляторы следующего поколения и локализовать свои исследования и разработки и цепочку поставок, опередив своих конкурентов.

Японские автопроизводители сейчас являются одними из самых активных разработчиков твердотельных аккумуляторов для электромобилей. Конкуренцию им пытаются составить многочисленные стартапы, поддерживаемые западными автогигантами. Но это не значит, что южнокорейские компании готовы отказаться от соперничества в этой сфере. Samsung SDI, в частности, свои твердотельные аккумуляторы начнёт массово производить в 2027 году.

Источник изображения: Samsung SDI

О своих амбициях в этой сфере, по данным Business Korea, представители Samsung SDI и LG Energy Solution рассказали на отраслевом мероприятии, которое проходило в Южной Корее на этой неделе. Сотрудники последней из компаний заявили, что твердотельные аккумуляторы вряд ли смогут соперничать по цене с литийионными. Японские компании хоть и продвинулись в разработках на этом направлении, наладить массовое производство твердотельных аккумуляторов пока не торопятся. По мнению представителей LG Energy Solution, до 2030 года наладить производство таких аккумуляторов будет крайне сложно. До конца текущего десятилетия рынком будут править литийионные батареи.

Представители Samsung SDI добавили, что твердотельные аккумуляторы получаются достаточно безопасными и легковесными, чтобы уменьшить массу электромобилей компактного класса на 9 % относительно аналогичного транспортного средства на основе литийионных батарей. Этот производитель рассчитывает завершить разработку твердотельных батарей средней и большой ёмкости к 2025 году, а массовый выпуск начнёт с 2027 года. С марта прошлого года компания уже строит экспериментальную производственную линию в Южной Корее, в текущем полугодии она уже будет возведена, а прототипы продукции начнёт выдавать в следующем полугодии. Samsung SDI разделяет точку зрения LG Energy Solution по поводу высокой стоимости твердотельных аккумуляторов.

По словам представителей последней из компаний, сейчас инновационная деятельность в отрасли направлена преимущественно на снижение стоимости тяговых батарей, поскольку только этот фактор способен существенным образом влиять на развитие рынка электромобилей. В своё время Генри Форд (Henry Ford) предложил свой автомобиль Model T по цене на 25 % ниже, чем у конкурентов. После 20 лет присутствия машины на рынке количество автопроизводителей уменьшилось с 265 до 44 штук. Сейчас в роли такого подстрекателя выступает компания Tesla, то и дело снижающая цены на электромобили. Её активность неизбежно приведёт к консолидации рынка электромобилей.

По прогнозу SNE Research, в 2035 году ёмкость рынка электромобилей достигнет 80 млн штук в год, а потребность в тяговых батареях вырастет с 687 ГВт‧ч до 5300 ГВт‧ч в показателях совокупной ёмкости. К концу периода прогнозирования ёмкость рынка тяговых батарей в денежном выражении вырастет до $616 млрд. Это примерно в пять раз больше, чем будет достигнуто в текущем году — $121 млрд.

Японские компании TDK и Murata Manufacturing уже выпускают твердотельные аккумуляторы для использования в носимых устройствах, но выпуск более крупных батарей этого типа до сих пор никто не наладил. Устранить это упущение летом этого года планирует компания Maxell, которая наладит массовый выпуск батарей с твердотельным электролитом для использования промышленными роботами на экспериментальной линии в Японии.

Источник изображения: Fanuc

Отказ от использования жидкого электролита, характерного для литийионных аккумуляторов, позволяет снизить риск самовозгорания батарей и повышает плотность хранения заряда до трёх раз. Правда, имеется и существенный недостаток — аккумуляторы с твердотельным электролитом оказываются до четырёх с лишним раз дороже, чем классические литийионные. Maxell собирается использовать сульфидные твердотельные аккумуляторы для оснащения ими промышленных роботов. Для их производства будет построена отдельная линия на предприятии рядом с Киото, проект потребует инвестиций в размере $15 млн. К концу десятилетия Maxell надеется ежегодно получать от реализации таких аккумуляторов до $228 млн.

Японским компаниям принадлежат четыре из каждых пяти патентов в сфере технологий создания аккумуляторов с твердотельным электролитом, соответствующие разработки ведут Panasonic, Toyota и Nissan. Для автопроизводителей данное направление деятельности особенно важно, поскольку позволит в перспективе увеличить запас хода электромобилей и сократить их массу, а также время восполнения заряда без угрозы для пожарной безопасности. К 2035 году, по некоторым данным, ёмкость рынка аккумуляторов с твердотельным электролитом достигнет $12 млрд.

Баварский автогигант BMW решил ускорить разработку твердотельных аккумуляторов, начав выпуск их прототипов совместно с американской Solid Power. Базой для сотрудничества двух компаний выступит научно-исследовательский центр автопроизводителя в Мюнхене.

Источник изображения: the blowup / unsplash.com

Пробный выпуск элементов питания нового поколения стартует уже в первой половине текущего года — целью начального этапа является создание достаточно ёмких аккумуляторов, чтобы можно было запустить их испытания на электромобилях до 2025 года, заявил руководитель отдела исследований и разработки в области батарей Петер Ламп (Peter Lamp).

Solid Power наладила сотрудничество не только с BMW, но и с Ford — обе компании являются также её инвесторами, и когда твердотельные аккумуляторы выйдут на целевые показатели, компания станет поставщиком для своих партнёров.

Сегодня несколько десятков производителей стремятся найти «святой Грааль» в мире элементов питания — твердотельные батареи, которые помогут повысить запас хода электромобилей, ускорить время зарядки, снизить риск возгорания и стоимость. Предполагается, что на рынок технология выйдет к концу десятилетия, а пока она активно разрабатывается в лабораториях.

Компания QuantumScape сообщила о начале поставок прототипов A0 новых 24-слойных твердотельных литийметаллических аккумуляторов. Они выполнены в призматическом формфакторе, тогда как раньше компания выпускала аккумуляторы в виде мешочков. Новая гибридная форма обещает намного большую ёмкость батарей и со временем должна уравнять в дальности пробега электромобили и машины на ДВС.

Аккумуляторная ячейка QuantumScape. Источник изображения: QuantumScape

Компания QuantumScape создана около 12 лет назад выходцами из Стэнфордского университета. Десять лет (до выхода компании в конце 2020 года в публичное пространство) она финансировалась только из двух источников: из одного из фондов Билла Гейтса и компанией Volkswagen. Созданные в недрах QuantumScape твердотельные литийметаллические аккумуляторы представлялись и до сих пор остаются прорывной технологией. Они обладают повышенной ёмкостью, выдерживают намного большие токи, что гарантирует быструю зарядку, и менее взрывоопасны, чем классические литийионные батареи.

Главными особенностями батарей QuantumScape стала конструкция без заводского изготовления анода и негорючий керамический сепаратор, разделяющий электроды. Что-то из этого не позволяло создать удобный для использования цилиндрический аккумулятор, и в компании пошли по другому пути. Они собрали из мешочков призматический аккумулятор, также широко используемый для производства тяговых аккумуляторов. Именно такие 24-слойные прототипы компания начала рассылать производителям автомобильных комплектующих для тестирования.

Подробно о новой разработке планируется рассказать в 2023 году. Пока лишь известно, что ёмкость прототипов лежит в диапазоне нескольких А·ч. До начала массового производства пройдёт ещё пару лет, в течение которых прототипы пройдут стадии B и C.

Исследователи из Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США, работающие в рамках проекта Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety (SABERS), добились прогресса в разработке инновационного аккумулятора — более лёгкого, эффективного и безопасного в сравнении с аналогами, используемыми сейчас в промышленности. Речь идёт о твердотельном аккумуляторе, который по характеристикам значительно превосходит литийионные аналоги.

Источник изображения: NASA

Производительность аккумуляторов является ключевым аспектом в разработке экологически чистых видов транспорта, таких как электрические самолёты. Батареи должны хранить огромное количество энергии, необходимой для питания самолёта, при этом они должны иметь небольшую массу и разряжаться с определённой скоростью.

Для создания такого аккумулятора в SABERS использовали инновационные материалы, которые прежде не применялись в этой сфере. За счёт этого исследователям удалось добиться существенного прогресса. За последний год им удалось сократить скорость разряда батареи сначала в 10 раз, а потом ещё в 5 раз, приближая разработку к цели — созданию батареи для питания самолёта.

Использование инновационных материалов также позволило внести ряд изменений в конструкцию и способ упаковки твердотельных аккумуляторов. Это помогло уменьшить их массу и увеличить ёмкость. Вместо того, чтобы размещать каждый отдельный элемент аккумулятора в отдельном стальном корпусе, как это делается в случае с литийионными батареями, все элементы аккумулятора SABERS могут быть уложены вертикально внутри одного корпуса. Используя такой подход, исследователи наглядно показали, что твердотельные батареи могут питать машины с мощностью 500 Вт·ч/кг — вдвое больше, чем у современных электромобилей.

«Такая конструкция не только устраняет 30-40 % массы батареи, но и позволяет нам удвоить или даже утроить энергию, которую она может хранить, что значительно превосходит возможности литийионных батарей, которые считаются передовыми», — сообщил один из участников проекта SABERS Рокко Виджано (Rocco Viggiano).

Безопасность является ещё одним из ключевых требований для использования батарей в электрических самолётах. В отличие от литийионных аккумуляторов, твердотельные батареи не загораются при физическом повреждении и могут продолжать работать даже в таком состоянии. Исследователи SABERS испытали свою батарею при разных давлениях и температурах. В итоге было установлено, что она может работать при температурах почти в два раза более высоких, чем литийионные аккумуляторы, причём без необходимости задействования сложных систем охлаждения.

Большинство автопроизводителей нацелено до конца десятилетия освоить выпуск электромобилей с твердотельными аккумуляторами, которые обладают более высокими плотностью хранения электроэнергии и пожарной безопасностью по сравнению с существующими батареями. Японские компании рискуют оказаться на передовой тестирования аккумуляторов нового поколения, получив преимущества перед конкурентами.

Источник изображения: OKI Engineering

Как поясняет Nikkei Asian Review, подразделение сталелитейной компании Nippon Steel Technology собирается уже в марте 2023 года запустить тестирование аккумуляторных ячеек, созданных по критериям заказчиков. Это позволит приступить к тестированию аккумуляторов с твердотельным электролитом уже в обозримом будущем. Теоретически, это даст клиентам данного исследовательского центра возможность приблизить момент начала серийного выпуска тяговых аккумуляторов с твердотельным электролитом.

Подобные услуги по тестированию прототипов аккумуляторных ячеек готова предложить и компания OKI Engineering, которая уже проводит испытания электронных элементов типа конденсаторов, но вскоре собирается приступить к тестированию аккумуляторных ячеек для электронных устройств, а затем добраться и до тяговых аккумуляторов, используемых электромобилями. К 2025 году OKI рассчитывает зарабатывать на подобных услугах до $3,5 млн ежегодно. Помимо испытаний батарей под воздействием высоких температур и влажности, специалисты OKI готовы проводить и дополнительные виды тестов по просьбе заказчиков.

Аккумуляторы с твердотельным электролитом на основе оксидов для использования в электронных устройствах уже выпускаются серийно, но для электромобилей будут предназначаться батареи с твердотельным электролитом на основе сульфидов, и их массовое производство ещё не началось. Впрочем, до середины этого десятилетия гибридный автомобиль на основе аккумуляторов с твердотельным электролитом обещает запустить в серию корпорация Toyota Motor. Конкурирующие Honda и Nissan параллельно ведут собственные разработки по созданию тяговых батарей с твердотельным электролитом. Компания Maxell собирается наладить выпуск аккумуляторов с твердотельным электролитом для промышленного оборудования в ближайшие месяцы, TDK уже выпускает подобные элементы для потребительской электроники. По оценкам аналитиков, с 2019 по 2035 год ёмкость рынка твердотельных аккумуляторов вырастет более чем в 1000 раз до $14,5 млрд. Именно тяговые батареи для электромобилей будут определять основную часть этого оборота к концу периода прогнозирования.

Большинство автопроизводителей в той или иной степени заинтересовано в переходе на использование тяговых батарей с твердотельным электролитом, поскольку они не только увеличивают плотность хранения заряда, но и безопаснее в эксплуатации. Компания Honda Motor к весне 2024 года запустит в Японии пилотную линию по выпуску твердотельных батарей, а во второй половине десятилетия рассчитывает наладить их серийное производство.

Источник изображения: Honda Motor

Об этом сообщает Nikkei Asian Review со ссылкой на комментарии представителей японского автопроизводителя. Исследовательский центр Honda к северу от Токио разместит экспериментальную линию, на которой компания рассчитывает отработать нюансы массового производства тяговых аккумуляторов с твердотельным электролитом. Во второй половине десятилетия Honda намеревается применять такие батареи не только на автотранспорте, но и на двухколёсной технике.

Конкурирующая Nissan Motor также ведёт разработку твердотельных батарей, рассчитывая наладить их массовое производство к 2028 году. В химический состав аккумуляторов будет входить соединения серы, а вот от использования никеля, марганца и кобальта Nissan намеревается отказаться. Экспериментальная линия по производству таких аккумуляторов будет запущена на предприятии в Йокогаме в 2024 году.

Toyota Motor и Panasonic объединили усилия в разработке твердотельных тяговых батарей, первая из компаний намеревается оснащать ими свои машины с гибридной силовой установкой с середины этого десятилетия. Европейские автопроизводители не стесняются инвестировать в сторонних разработчиков батарей с твердотельным электролитом. Volkswagen сотрудничает с американской компанией QuantumScape, BMW и Ford Motor стали акционерами американской компании Solid Power. К дорожным испытаниям прототипов автомобилей, оснащённых твердотельными аккумуляторами, BMW собирается приступить в 2025 году, а в продажу они поступят к концу десятилетия.