Супер-батарея для электромобилей скоро будет готова к производству
Samsung объявляет о начале массового производства твердотельной батареи, которая может ускорить развитие электромобилей. Эта батарея должна прослужить 20 лет, обеспечивая запас хода более 900 километров и зарядку всего за девять минут. В то же время, Германия рискует отстать в исследованиях батарей.
Короткий запас хода, длительное время зарядки и недостаточный срок службы батареи являются основными проблемами электромобилей. Однако они могут скоро ускориться благодаря инновационным твердотельным батареям, которые решают эти проблемы. Samsung объявил на конференции SNE Battery Day 2024 о планах начать массовое производство таких батарей к 2027 году. Пилотное производственное предприятие уже работает, и первые тесты проходят у производителей электромобилей, сообщает "Интересный инженер".
Запас хода до 965 километров
Твердотельная батарея должна обеспечивать запас хода до 965 километров и срок службы 20 лет. Она может заряжаться с 8 до 80 процентов всего за девять минут, что, по словам Samsung, является "непреcedentedной функцией". Такая быстрая скорость зарядки возможна благодаря оптимизации пути передачи лития-иона и низкому сопротивлению, объясняет компания.
Почему не заряжать до 100 процентов? Глубокие разряды до 0 процентов и быстрая зарядка выше 80 процентов могут повредить батареи. В этих диапазонах батареи медленнее поглощают энергию. Некоторые производители смартфонов позволяют пользователям устанавливать максимальный процент зарядки, чтобы сохранить срок службы батареи.
Новая батарея имеет призматическую форму, то есть она прямоугольная и плоская. В отличие от традиционных батарей, ее контакты расположены по бокам, а не сверху, чтобы улучшить энергоэффективность и охлаждение.
Без анодов
Samsung также использует архитектуру Cell-to-Pack (CTP), интегрируя ячейки непосредственно в батарейный блок вместо модулей. Кроме того, новая батарея не имеет анодов. Обычно аноды хранят ионы во время зарядки, а ионы текут от анода через электролит к катоду (сборнику тока) во время работы.
Недавно опубликованное в Nature Energy исследование ученых из Университета Чикаго описывает, как может функционировать батарея без анода. Их концепция заключается в хранении ионов непосредственно на коллекторе через электрохимическое отложение щелочного металла.
Высокая энергетическая плотность, но безопасная
В целом, число компонентов сокращается на 35 процентов, а вес - на 20 процентов по сравнению с традиционными конструкциями. Это приводит к энергетической плотности 500 ватт-часов на килограмм (Втч/кг), что примерно на 40 процентов больше, чем у текущих батарей Samsung для электромобилей.
В твердотельной батарее используется твердый электролит вместо жидкого. Samsung использует оксид, альтернативы включают полимеры, органические электролиты и сульфиды или тиофосфаты. Такие батареи предлагают более высокую энергетическую плотность, быстрее зарядку и улучшенную безопасность с гораздо меньшим риском возгорания.
Все еще слишком дорогая для большинства
Неудивительно, что автопроизводители хотят использовать батареи с такими функциями в своих автомобилях как можно скорее. Однако твердотельная батарея Samsung все еще очень дорога в производстве, поэтому она будет использоваться initially в сегменте "суперпремиум".
Чтобы подготовиться к массовому производству, Samsung построил пилотный завод, который уже производит небольшие партии. Первые образцы были отправлены автопроизводителям на тестирование, и Samsung сообщает о положительных отзывах.
Samsung сталкивается с конкуренцией
Samsung не единственная компания, планирующая массовое производство твердотельных батарей. Toyota в сотрудничестве с энергетической компанией Idemitsu Kosan также планирует начать производство в 2027 году.
По словам "Ноутбукчек", японские производители также сталкиваются с высокими производственными затратами, поэтому их твердотельная батарея будет использоваться initially в люксовых автомобилях бренда Lexus. Nissan также вовлечен, и японский концерн планирует выпустить свой первый электромобиль с самодельной твердотельной батареей в 2028 году. CATL, крупнейший в мире поставщик батарей для электромобилей, исследует твердотельные батареи уже более десяти лет с участием более 1000 сотрудников. Изначально CATL планировал начать массовое производство в 2030 году, но теперь китайская компания хочет произвести хотя бы небольшую партию в 2027 году.
Немецкие автопроизводители также сотрудничают. Руководитель VW Франк Бломе, ответственный за эту область, даже говорит об "игре на выживание" в технологии батарей, в которой хочет победить каждая компания, согласно ADAC. VW хочет запустить пилотный завод в 2025 году и сотрудничает с американским стартапом QuantumScape. Mercedes-Benz сотрудничает с тайваньской компанией ProLogium и также с американской компанией Factorial Energy. Ford и BMW пытаются свои силы с американским специалистом по твердотельным ячейкам Solid Power.
Знания можно купить, но лучше развивать их самостоятельно, вот почему исследования так важны для немецкой промышленности - не только для производителей автомобилей. В совместном заявлении ассоциации KLiB, VCI, VDMA и ZVEI цитируется исследование рынка Frost & Sullivan, согласно которому батареи являются самой важной технологией 21 века.
Однако немецкое правительство значительно сократило финансирование исследований батарей. Согласно Competence Network for Lithium-Ion Batteries (KLiB), министр исследований Беттина Старк-Ватцингер (ФДП) разрешила продолжение только существующих проектов в этом году. На 2025 год она сократила planned funds с 155 до 14 миллионов евро. Из-за ключевой роли технологии в энергетическом переходе это может иметь "драматические последствия для высокотехнологичного места Германии", согласно открытому письму ведущих ученых и компаний отрасли правительству.
Финансирование исследований на ранней стадии является основой для изучения новых стратегических тем в области аккумуляторных батарей, таких как твердотельные батареи и батареи на основе натрия, как отмечается в заявлении ассоциаций отрасли. Оно позволяет изучить и оценить технологические тренды и исследовать новые области. Без этих исследований сильная позиция Германии в стратегически важном поле батарей невозможна.
Инновационная технология твердотельных батарей, разработанная Samsung, может существенно повлиять на энергетическую политику Германии, так как страна рискует отстать в исследованиях батарей из-за высоких затрат на производство. Потенциал батареи Samsung, способной обеспечивать большие расстояния и быструю зарядку, может побудить немецких автопроизводителей инвестировать в эту технологию и закрепить конкурентное преимущество.
