Американские ученые готовят революционную батарею для электрокаров. Как это изменит автомобильный рынок?

Батарея нового поколения

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и Иллинойского технологического института заявили о разработке новой технологии производства АКБ, которая позволит увеличить запас хода электрокаров как минимум до 1600 км.

Если плотность электроэнергии типичной литий-ионной батареи для авто составляет около 200 Вт-ч/кг, в лабораторном эксперименте ученым удалось достичь показателей 675 Вт-ч/кг благодаря использованию «литий-воздушного» варианта.

Авторы открытия считают, что они смогут достичь показателей плотности энергии до 1200 Вт-ч/кг. Параллельно в Аргоннской национальной лаборатории также разрабатывают литий-железные и литий-серные аккумуляторы.

В последнем случае электрохимики создают внутри батареи пористый серосодержащий слой, который защитить важнейшие элементы аккумулятора от разрушения.

«Батарея Argonne-IIF и другие глобальные прорывы в совокупности показывают, что наука об энергетике развивается так быстро, что то, что пять лет назад казалось невозможным, уже стало заметной реальностью, и что мы будем смотреть на совершенно другой технологический ландшафт до конца десятилетия», — пишет редактор The Telegraph Амброуз Эванс-Причард.

Одним из наиболее перспективных направлений остается разработка твердотельных аккумуляторов. В традиционных литий-ионных аккумуляторах используется жидкий электролит, что снижает энергоэффективность таких АКБ.

В твердотельных батареях применяют твердые электролиты (керамику, стекло, сульфиды и другие материалы), что позволяет значительно увеличить их удельную плотность энергии, повысить скорость зарядки и т. д.

Например, прошлым летом компания Solid Power запустила пилотную производственную линию и заявила о выпуске около 15 тыс. твердых аккумуляторов в год. Генеральный директор компании Даг Кэмпбелл обещал первые поставки их продукции нескольким автопроизводителям, включая BMW и Ford, для дальнейших испытаний.

В Solid Power называют свою технологию «уникальной твердотельной конструкцией», которая может быть внедрена в производственный процесс литий-ионных аккумуляторов. Специалисты потратили годы на поиск подходящего материала, выбирая между разными вариантами хрупкой керамики и пластичными полимерами.

Компания также планирует заменить анод из графита, который обычно используется в твердотельных АКБ, на кремний. Таким образом представители Solid Power смогли решить одну из главных проблем литий-ионных АКБ, а именно — образовании дендритов.

Дендриты — это разветвленные металлические кристаллы, которые образуются между электродами и могут вызывать короткое замыкание батареи, что, с свою очередь, приводит к ее возгоранию. Замена литиевого анода на кремниевый привела к увеличению веса батареи, но устройство по-прежнему имеет в разы большую энергоэффективность, что литий-ионные АКБ.

Ровно два года назад в Toyota анонсировали разработку твердотельного аккумулятора, который можно будет полностью зарядить всего за 15 минут. Производство электрокаров с этой батареей должны были начать в 2025-м.

Погоня за литием

Несмотря на существование множества подобных разработок, традиционным АКБ на основе лития также сулят огромные перспективы. В середине 2022-го неожиданно высокий спрос на полностью электрические авто даже заставил аналитиков задуматься о глобальной нехватке лития и другого сырья.

Уже к началу 2023-го цены на литий начали ползти вниз, но автопроизводители все равно охотятся за основными источниками сырья.

Например, в прошлом году в сети обсуждали возможность приобретения компанией Tesla горнодобывающей корпорации Glencore, которая позволила бы Маску и ко. получить «преимущественный доступ» к литию для своих аккумуляторов.

Но если в том случае речь шла о возможной покупке 10−20% акций компании, недавно Bloomberg сообщил о переговорах Tesla по поводу возможности полного выкупа канадской добывающей компании Sigma Lithium, которая на 46% принадлежит бразильскому инвестиционному фонду.

Представители Tesla и Sigma Lithium пока не комментируют эту информацию, но на фоне новостей в медиа акции производителя электрокаров выросли на 22%. В 2022-м акции Tesla упали почти на 50%.

Sigma Lithium разрабатывает крупное месторождение лития Грота-ду-Сирило в Бразилии. Ранее в компании заявляли о планах утроить производство лития на в 2024 году из-за обнаружения еще большего количества полезных ископаемых.

Недавно канадское добывающее предприятие подписало контракты на поставку сырья для южнокорейского техногиганта LG Energy Solution и японского торгового дома Mitsui&Co В частности, поэтому в приобретении Sigma Lithium заинтересованы не только Tesla.

Хотя одна из крупнейших горнодобывающих компаний в мире Rio Tinto Group отвергла предложение о покупке Sigma Lithium из-за слишком высокой запрашиваемой цены.

В добычу лития уже инвестировал другой американский автогигант General Motors, новые месторождения и производство лития налаживают в Индии и Германии, а власти Мексики заявили о планах национализировать залежи лития в стране.

В Sigma Lithium заявляют о доступе к «крупнейшим месторождениям твердого лития в Северной и Южной Америке». Компания также использует инфраструктуру близлежащего порта на Атлантическом побережье, из-за чего она могла бы стать идеальным поставщиком сырья для перерабатывающего завода Tesla в Техасе.