Японская компания TDK уже несколько лет работает над совершенствованием литиевых аккумуляторов с кремниевым анодом, и с лета текущего года собирается наладить выпуск третьего поколения таких батарей. Если первоначально использование кремниевых анодов обеспечивало увеличение плотности хранения заряда на 5 %, то теперь этот показатель вырос до 15 %.

Источник изображения: Unsplash, Tyler Lastovich

Подразделение Amperex Technology в Гонконге, являющееся одним из крупнейших производителей аккумуляторов для мобильных устройств, батареи такого типа начало выпускать ещё в 2023 году. Тогда они обеспечивали преимущество в плотности хранения заряда в размере 5 %, но теперь его удалось увеличить до 15 %. Это позволило китайской компании Vivo оснастить свой смартфон X200 Pro аккумулятором ёмкостью 6000 мА·ч без увеличения массы и размеров относительно моделей, комплектуемых аккумуляторами ёмкостью 5000 мА·ч.

Потенциал использования батарей с кремниевыми анодами также осознаётся компаниями LG Energy Solution и Samsung SDI, которые разрабатывают их с прицелом на применение в электромобилях. TDK и ATL получают кремниевые аноды от американской компании Group14 Technologies, которая имеет в числе инвесторов немецкую Porsche AG, и также считает рынок электромобилей своим стратегическим направлением развития. Кремниевые аноды в составе тяговых аккумуляторов электромобилей позволяют сократить время зарядки с сорока до пяти минут. TDK остаётся единственной компанией, способной массово производить аккумуляторы с кремниевыми анодами. Это таит определённые риски для её клиентов, а также мешает им активно переходить на использование данного вида батарей.

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.

Производители аккумуляторов всё активнее экспериментируют с их химическим составом, поскольку современному миру нужно всё больше батарей, и пространство для экспериментов и инноваций остаётся большим. С прошлого года подразделение японской компании TDK выпускает литийионные аккумуляторы с кремниевым электродом, которые тоньше обычных и позволят уменьшить толщину мобильных устройств без ущерба для времени их автономной работы.

Источник изображения: TDK

Предполагается, как отмечает Bloomberg, что представленный в прошлом году складной смартфон Honor Magic V2 оснащается именно такой батареей, а толщина его корпуса меньше 10 мм. Данный китайский производитель хоть и признаёт, что внутри этого устройства действительно применяется кремниево-угольная батарея, не уточняет её поставщика, но гонконгская ATL является единственным производителем батарей такого типа. В 2005 году эту компанию поглотила TDK, а в 2011 году бизнес ATL по выпуску тяговых батарей для электромобилей был выделен в самостоятельную компанию CATL, которой к настоящему моменту удалось стать мировым лидером по объёмам их производства.

Даже сейчас у ATL и CATL есть два совместных предприятия, которые выпускают батареи для стационарных систем хранения электроэнергии, промышленного оборудования и электроциклов, а также необходимые им зарядные устройства. ATL свои аккумуляторы поставляет компании Apple и Samsung, помимо прочих, и в целом занимает первую позицию на рынке аккумуляторов для мобильных устройств по объёмам поставок в мире. Материнскую компанию TDK данный бизнес обеспечивает более чем половиной годовой выручки, и крупнейшими его клиентами являются именно производители смартфонов.

Кремниево-угольная батарея позволяет увеличить ёмкость на 10 % по сравнению с решением, использующим анод из графита, но по некоторым оценкам, эту разницу можно увеличить до 40 % и даже больше. По мнению аналитиков, подобные батареи найдут широкое применение в носимой электронике, которая должна быть компактной и лёгкой, но при этом не требовать слишком частой зарядки. Устройства виртуальной и дополненной реальности тоже относятся к этой категории. По прогнозам представителей TDK, батареи нового типа в течение ближайших нескольких лет будут занимать в структуре поставок аккумуляторов ATL долю, измеряемую двузначным числом в процентах, тогда как сейчас их доля несколько меньше 5 %. Для TDK бизнес по выпуску аккумуляторов для смартфонов должен стать одним из локомотивов роста в долгосрочной перспективе, и рассуждения о стагнации рынка в данном случае не станут помехой, как признаются руководители компании.