Сейчас каждый человек владеет более чем одним типом аккумуляторов. Будущее уже здесь. Тема новых аккумуляторных технологий ежегодно обновляется и развивается.
Добро пожаловать в наш последний анализ тенденций в области батарей. В прошлом году мы предсказывали, что рынок электрохимических накопителей энергии будет широко открыт литий-ионными батареями, и мы были правы.
🔻 Пришло время заглянуть в будущее и посмотреть, как добыча лития, LiFePO4, топливные элементы и твердотельные аккумуляторы будут определять отрасль уже в ближайшие месяцы.
🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ Научно-популярное
Опять зря обещают?
Это миф. Прямо сейчас электрохимические системы исследуются. Но как?
Учёные тестируют различные сочетания составов и материалов. То, что успешно показывает результат (стабильно работает, ускорена зарядка или увеличена ёмкость), то идёт в разработку.
Проекты с большими перспективами (обычно из экономических соображений) получают инвестиции. Их внедряют в различных областях от электромобилей до смартфонов.
👍 Да-да, уже и в смартфонах тоже. Из недавних примеров Xiaomi и Huawei.
Они ставят литий-ионные батареи с кремний-кислородным анодом вместо обычного графитового, как у всех остальных:
- Xiaomi Mi 11 Ultra (батарея 5000 мА·ч по технологии High-Silicon Lithium 2016-го года);
- Huawei Mate Xs 2 (аккумулятор 4500 мА·ч разрабатывается Watt Lab с 2015-го года).
Обе технологии начинали исследовать 6-7 лет назад. Столько времени понадобилось на коммерциализацию.
🛒 И, как видите, лишь в определённых флагманских дорогих моделях.
Но мир живёт не одними смартфонами. Есть ИБП, солнечные электростанции, электротранспорт (те же погрузчики или поломоечные машины, а не условная Tesla для «понтов»), медицинские приборы и многое другое...
🔻 Сосредоточимся на 15 главных трендах в аккумуляторной отрасли.
15 основных трендов аккумуляторов
- Производители стремятся упростить и удешевить добычу лития.
- Главная задача исследователей — научиться делать аккумуляторы из лития меньшего качества (например, полученного из морской воды и после переработки).
- Литий-железо-фосфатные (LiFePO4, LFP) аккумуляторы разработчикам интересны более других электрохимических систем (INR, LCO, NMC и прочих) — Tesla и BYD используют именно такие ячейки.
- К 2023-му году LiFePO4 усовершенствовали в Gotion Hi-Tech — их лаборатории добавили марганец, с которым напряжение выросло с 3,2 В до 3,68 В, плотность хранения заряда увеличилась на 30,4%.
- Свинцово-кислотные АКБ всё меньше интересны мировым производителям, так как их литий-ионные аналоги дешевле в долгосрочной перспективе и не требуют обслуживания.
- Электромобили реально делают автомобили старого типа с двигателем внутреннего сгорания менее интересными с точки зрения прибылей мировых автоконцернов — новые технологии приносят больше денег.
- Находятся решения в электромобилях даже для таких суровых своими морозными зимами стран, как Россия или Канада.
- Современные аккумуляторы требуют всё больше кобальта (Co), никеля (Ni), легковоспламеняющихся жидкостей, графита и марганца (Mn).
- Кобальт (Co) стараются заменять на никель (Ni) из-за роста цен, хотя его процесс производства (извлечение и очистка) даже сложнее, но пока дешевле — дело в монополии Республики Конго на добычу кобальта.
- Жидкостные электролиты (с легковоспламеняющимися жидкостями или полимерным гелем, как в Li-Polymer) стремятся заменить на твердотельные — керамические, стеклянные, твёрдо-полимерные, кремниевые.
- Старые графитовые аноды стремятся заменить на модифицированные кремниевые и литий-металлические.
- Замена материалов, характеристик, свойств электролита и анода приближает коммерческое появление первых твердотельных батарей, но они всё ещё остаются перспективой 2030-х.
- Трудности разработки твердотельных аккумуляторов признали Dyson (остановлены все исследования в 2019-м), Bosch (проекты прекращены) Toyota (испытывает проблемы), Pellion Technologies — компания Массачусетского технологического института (заморожена разработка магниево-ионного аккумулятора).
- Параллельно электрохимическим аккумуляторам идут успешные исследования водородных топливных элементов — Япония и Южная Корея активнее других стран выступают за эту технологию и даже строят водородные заправки у себя в городах.
Главные вопросы
1. Отказ от Li-Polymer?
Как только керамика, стекло или кремний прочно коммерциализируются, Li-polymer останется в прошлом. Гелеобразному (загущенному присадками) полимерному электролиту уже найдена твердотельная замена. Жидкостный электролит опасен, неустойчив и в целом устарел.
2. Переход на LiFePO4?
Верно. Технологии литий-ионных аккумуляторов с железо-фосфатным катодом (LiFePO4) аккумуляторов используют преимущества богатого сырья, рентабельных методов производства и отработанных производственных процессов. Дешеветь продолжит и LTO-технология.
3. Водород?
Водородные топливные элементы становятся накопителями высокой плотности энергии. Они используются для обеспечения электроэнергией во время стихийных бедствий или для уменьшения перегрузки электросетей. Именно на водород делают ставки критики аккумуляторного «бума» и электромобилей на литий-ионной тяге.
***
Будущее широко открыто для появления новых батарей. Вы узнали последние тенденции в области исследований и технологий.
Эти знания помогут принимать обоснованные решения о том, что лучше всего соответствует нашим с вами потребностям сейчас и в будущем.