Почти в каждом громком заголовке про мир EV упоминается твердотельный аккумулятор — технология, которая наконец-то даст электромобилям сразу и больший запас хода, и более быструю зарядку, и повышенную безопасность. Китайские производители, Toyota и множество стартапов наперегонки пытаются вывести её на рынок. Разберёмся, что такое твердотельный аккумулятор на самом деле, чем он так привлекателен и почему его появление затягивается.
Что делает аккумулятор «твердотельным»
В современных литий-ионных аккумуляторах — включая батареи LFP и NMC — ионы лития перемещаются между электродами через жидкий электролит. Эта жидкость горюча, и именно в ней кроется причина большинства пожаров аккумуляторов. В твердотельном аккумуляторе жидкость заменяют твёрдым электролитом — керамическим, стеклянным или полимерным материалом. Эта единственная замена тянет за собой целый ряд преимуществ.
Почему это может стать скачком
- Больший запас хода. Твёрдый электролит позволяет использовать анод из чистого металлического лития, который накапливает значительно больше энергии. Плотность энергии твердотельных ячеек может вырасти примерно вдвое, а значит, при том же размере и весе запас хода станет заметно больше — либо тот же запас хода обеспечит батарея меньшего размера, легче и дешевле.
- Более быстрая зарядка. Твёрдые электролиты выдерживают более высокие токи и температуры, что потенциально позволяет очень быстро заряжаться без привычной деградации.
- Лучшая безопасность. Нет горючей жидкости — риск возгорания резко ниже, а тяжёлое охлаждение и защитное оборудование нужны в меньшей степени.
- Более долгий срок службы. Твёрдые электролиты способны противостоять износу, из-за которого возникает деградация, а значит, обещают больше циклов зарядки.
Трудности, которые сдерживают технологию
Если твердотельные аккумуляторы так хороши, почему в вашем следующем автомобиле их, скорее всего, не будет? Потому что наладить их надёжное и доступное производство в больших масштабах чрезвычайно сложно:
- Границы между слоями. Обеспечить идеальный контакт твёрдого электролита с твёрдыми электродами, пока те расширяются и сжимаются во время зарядки, непросто: появляются зазоры, и сопротивление растёт.
- Дендриты. Крошечные литиевые «иглы» по-прежнему могут прорастать сквозь некоторые твёрдые электролиты и вызывать короткое замыкание ячейки.
- Производство. Материалы хрупкие и капризные, а существующие аккумуляторные заводы нельзя просто перенастроить — нужны новые производственные линии.
- Стоимость. Первые твердотельные ячейки дороги, поэтому первыми автомобилями с ними станут премиальные модели.
«Полутвёрдые» аккумуляторы как промежуточный шаг
Несколько китайских производителей уже поставляют полутвёрдые аккумуляторы — компромиссную конструкцию с гелеобразным электролитом, в котором гораздо меньше жидкости. Полутвёрдые батареи уже дают более высокую плотность энергии и повышенную безопасность, при этом их намного проще выпускать массово, чем настоящие полностью твердотельные ячейки. Эта промежуточная технология, вероятно, появится на серийных EV раньше, чем полностью твердотельная.
Когда это произойдёт?
Опытное производство и ограниченные запуски современных твердотельных и полутвёрдых ячеек уже идут, но массовые и доступные твердотельные аккумуляторы в обычных автомобилях появятся ещё не скоро — через несколько лет. Сценарий знаком: сначала премиальные EV, затем снижение цен по мере роста объёмов производства.
Итог
Твердотельные аккумуляторы — не шумиха: физика действительно обещает больший запас хода, более быструю зарядку и более безопасные батареи. Трудность в том, чтобы выпускать их дёшево и надёжно. Полутвёрдые ячейки наведут мост, а когда полностью твердотельные аккумуляторы выйдут на массовый уровень, это станет самым значимым обновлением батарей со времён появления самого литий-ионного аккумулятора.
