Американские компании сталкиваются с заметными трудностями в попытках догнать азиатское доминирование на рынке аккумуляторов для электромобилей, однако технология твердотельных аккумуляторов (Solid-State Batteries) может стать новой стратегической возможностью для восстановления конкурентоспособности. Об этом заявил Джон Ван Скутер, генеральный директор стартапа Solid Power, базирующегося в штате Колорадо, который, наряду с другими американскими компаниями, такими как QuantumScape и Factorial, участвует в гонке, чтобы идти в ногу с мировым прогрессом.
Твердотельные аккумуляторы обладают многообещающими возможностями по сравнению с нынешними литий-ионными аккумуляторами: исследователи ожидают, что они будут способствовать увеличению запаса хода электромобилей, повышению скорости зарядки и устранению риска возгорания. Тем не менее, эта технология столкнулась с огромными сложностями при крупномасштабном коммерческом производстве без дефектов, что в течение многих лет удерживало её в состоянии постоянной разработки.
Стратегия сосредоточения на сульфидном электролите
В отличие от некоторых конкурентов, стремящихся производить готовые ячейки целиком, Solid Power специализируется на разработке одного критически важного элемента — материала электролита, который облегчает движение ионов лития между электродами. В то время как традиционные литий-ионные аккумуляторы полагаются на легковоспламеняющиеся жидкие химические вещества, твердотельные аккумуляторы базируются на трех основных типах, включающих полимеры, оксиды и сульфиды.
Американская компания делает ставку на третий вариант: её генеральный директор разработал гибкий сульфидный электролит, который существующие производители аккумуляторов могут интегрировать в свои обычные производственные процессы без необходимости строительства полностью новых заводов или дорогостоящей переоборудования, так как можно использовать стандартное оборудование для прокатки литий-ионных аккумуляторов.
Производственная линия Mobius и сотрудничество с крупнейшими компаниями
Компания недавно сделала практический шаг, запустив пилотную производственную линию (Mobius) на своем заводе в городе Торнтон, штат Колорадо, с целью производства и продажи электролита крупнейшим автопроизводителям и производителям энергетических аккумуляторов. Компания заключила соглашения о совместной разработке с такими мировыми компаниями, как Ford и BMW, а также вступила в трехстороннее партнерство с BMW и Samsung SDI для разработки и коммерциализации технологии, где Samsung отвечает за производство ячеек, BMW — за разработку модулей и блоков, а Solid Power поставляет материал электролита.
Ожидается, что пилотная производственная линия увеличит годовую мощность компании на 45 метрических тонн, в результате чего общая мощность к концу года достигнет 75 метрических тонн в год.
Что это означает на практике?
Что касается производительности, по оценкам компании, добавление сульфидного электролита к кремниевому аноду и катоду из никеля, марганца и кобальта (NMC) может повысить плотность энергии ячейки до 390 Вт·ч/кг с возможностью превышения 1000 циклов зарядки, по сравнению с нынешними аккумуляторами, которые обычно обеспечивают от 250 до 280 Вт·ч/кг. В случае использования литиевого металлического анода теоретическая плотность может вырасти до 440 Вт·ч/кг. Тем не менее, компания подчеркивает, что эти цифры остаются теоретическими и окончательно зависят от конструкции ячеек, которую разрабатывают сами производители аккумуляторов.
Что касается технических проблем, компания продолжает разрабатывать решения для проблемы постепенного образования дендритов лития (Dendrites), которые могут вызвать короткое замыкание внутри ячеек. Помимо автомобилей, компания считает, что первые применения могут появиться в оборонном секторе, в беспилотных летательных аппаратах и человекоподобных роботах из-за коротких циклов квалификации и скорости их рабочих платформ.