Японский автопроизводитель Toyota анонсировал новую линейку батарей для своих будущих электромобилей, включая революционные твердотельные аккумуляторы. По официальному плану компании, в 2027–2028 годах Toyota планирует вывести на рынок «High Performance» батарею с запасом хода свыше 1000 км и возможностью быстрой зарядки примерно за 20 минут. Одновременно компания продвигает технологию all-solid-state (полностью твердотельных) батарей. Эти батареи обещают еще более впечатляющие характеристики: пробег порядка 1000–1200 км на одном заряде и ультрабыструю зарядку около 10 минут. В июне 2023 года Toyota заявила о «технологическом прорыве», который позволил решить проблему низкой долговечности твердотельных элементов. Благодаря этому прорыву компания нацелилась на коммерциализацию твердотельных батарей в период 2027–2028 годов. Представитель Toyota так описал будущее электромобилей марки: «Мы выпустим электромобиль с твердотельной батареей через пару лет: он будет заряжаться за 10 минут, обеспечивая пробег ~1200 км, и срок службы у него будет очень хорошим» – заявил Викрам Гулати, глава индийского подразделения Toyota. Такие заявления свидетельствуют о радикальном пересмотре стратегии Toyota, которая стремится догнать лидеров рынка электромобилей, вроде Tesla и BYD, за счет нового поколения батарей.
Характеристики: запас хода больше1000 км и быстрая зарядка
Высокоэффективная «High Performance» батарея Toyota (не твердотельная, а усовершенствованная литий-ионная) должна обеспечить более 1000 км пробега на одном заряде и на 10% снизить стоимость относительно текущих батарей. Время быстрой зарядки заявлено около 20 минут (с 10% до 80% емкости). Для сравнения, самый "дальнобойный" серийный электромобиль сегодня – Tesla Model Y Long Range – проезжает порядка 530 км на зарядке (по американскому циклу), то есть новый аккумулятор Toyota даст почти вдвое больший запас хода. Также заявленное время зарядки существенно превосходит современные технологии: например, сеть Tesla Supercharger может обеспечить ~320 км пробега за 15 минут зарядки, тогда как Toyota говорит о зарядке твердотельной батареи примерно до полного за 10 минут.
Прототип твердотельного батарейного блока Toyota. Toyota с 2020-х годов разрабатывает полностью твердотельные аккумуляторы с твёрдым электролитом. Такие батареи обладают повышенной плотностью энергии и потенциально более высокой скоростью заряда. На изображении – опытный образец многослойной твердотельной батареи Toyota (stack), позволяющий наглядно увидеть компоновку ячеек в модуле.
Твердотельные аккумуляторы (all-solid-state) не содержат жидкого электролита, благодаря чему в них можно использовать металлический литий и другие материалы для повышения емкости. Это ведет к увеличению энергоемкости (больше энергии в том же объеме, следовательно больший пробег) и ускорению зарядки. Toyota заявляет, что ее первый твердотельный аккумулятор будет примерно на 20% повысит дальность хода по сравнению с нынешними передовыми Li-ion батареями, а последующая версия – уже на 50% (то есть речь о ~1200 км пробега на зарядке). Быстрая зарядка – одно из ключевых преимуществ: благодаря высокой ионной проводимости твердого электролита первую версию можно будет зарядить (с ~10% до 80%) примерно за 10 минут. Для сравнения, нынешние литий-ионные батареи такой емкости заряжаются десятки минут даже на самых мощных станциях, а у твердотельных элементов заряд может происходить на существенно большей мощности без риска перегрева.
Сроки и планы массового производства
Toyota официально нацелилась начать производство новых аккумуляторов уже в 2026 году – к этому времени планируется отработка технологий и запуск ограниченного выпуска. В 2027–2028 гг. производство будет наращиваться по мере совершенствования процессов. По сообщениям СМИ, японское правительство одобрило план Toyota по запуску производства твердотельных батарей и даже окажет поддержку, понимая стратегическую важность этой технологии. При этом сами представители Toyota оговариваются, что полномасштабная массовая продукция твердотельных АКБ, вероятно, начнется лишь к 2030 году и позже. В корпоративном издании Toyota Times отмечалось, что после 2028 года компания перейдет к действительно большому производству новых батарей, когда технология будет отлажена.
Ускорить выход на рынок помогает сотрудничество с ключевыми партнерами. Так, Toyota объединилась с японской нефтехимической корпорацией Idemitsu Kosan для совместной доработки и выпуска материалов для твердотельных элементов. В частности, Idemitsu строит в префектуре Тиба завод по производству сульфида лития – твердого электролита для новых батарей. К июню 2027 года этот завод должен выйти на мощность ~1000 тонн Li₂S в год, чего достаточно для 50–60 тысяч электромобилей ежегодно. Такая локализация производства материалов поможет Toyota развернуть выпуск батарей вовремя. Цель – запустить первые электромобили с полностью твердотельными аккумуляторами к 2027–2028 гг., подтвердили в Toyota. Более того, Toyota уже в 2024 году заявила, что готовится представить электромобиль с твердотельной батареей «через пару лет» – то есть потенциально около 2026 года, хотя возможно это будет ограниченная серия. Ранее Toyota даже планировала показать опытный электрокар с твердотельной батареей на Олимпиаде 2020 года, но проект задержался.
Важно отметить, что первые партии новых батарей будут малыми и дорогими. Toyota подразумевает первоначально установить твердотельные ячейки, возможно, в ограниченную модельную серию или даже в гибрид (для гибридного авто требуется меньшая батарея, что снизит цену). Постепенное наращивание производства в 2027–2028 гг. позволит отработать технологию, но основное снижение стоимости и масштабирование ожидается к началу следующего десятилетия. Аналитики подчеркивают, что разработка твердотельных аккумуляторов ведется уже не первый десяток лет и потребовала миллиардных вложений, но до сих пор массовое внедрение оставалось неуловимым «святым Граалем» отрасли. Поэтому текущие сроки могут еще сместиться, если возникнут непредвиденные сложности. Toyota осознает эти риски и параллельно вкладывается в улучшение традиционных литий-ионных батарей (например, более доступные LFP-аккумуляторы и новые конструкции), чтобы не остаться позади в переходный период.
Преимущества и решенные проблемы твердотельных батарей
Ключевые преимущества твердотельных батарей для электромобилей – это значительно большая энергетическая плотность и быстрая зарядка, а также повышенная безопасность (отсутствие легковоспламеняющегося жидкого электролита). Практически это означает, что электромобиль может проехать гораздо больше на одной зарядке и восполнить заряд за время, сопоставимое с заправкой бензином. Toyota заявляет, что ее твердотельная технология позволит создать электромобиль, способный проезжать порядка 1200 км без подзарядки и заряжаться за считанные минуты. Если эти цифры будут достигнуты на практике, это станет настоящим переломным моментом для рынка EV, снимающим одну из главных забот покупателей – ограниченный запас хода и длительную зарядку. Недаром сами разработчики называют твердотельные аккумуляторы потенциально игровым чейнджером (game-changer) для электромобилей.
Однако на пути к массовому применению пришлось решать серьезные проблемы технологии. Ранее у твердотельных элементов была проблема быстрого деградирования – они выдерживали меньше циклов заряда-разряда из-за нестабильности твердого электролита и роста дендритов лития. Именно поэтому первый прототип Toyota не дошел до конвейера в 2020-х. В 2023 году инженеры Toyota сообщили, что им удалось повысить долговечность – устранить главный компромисс, из-за которого срок службы был недопустимо коротким. Детали прорыва не раскрываются, но известно, что компания экспериментировала с разными материалами электролита (например, сульфид лития) и дизайном анода. Представители Toyota отмечают, что теперь ресурс батареи удовлетворяет требуемым стандартам – по словам Гулати, «срок службы будет очень хорошим», то есть новинка должна прослужить сопоставимо или дольше обычных батарей. Внешние тесты также обнадеживают: партнёр Toyota, стартап QuantumScape, испытал ячейки с твёрдым электролитом, которые выдержали более 500 000 миль пробега (~800 000 км) без существенной деградации емкости. Эти результаты внушают уверенность, что проблема долговечности близка к решению.
Стоимость остается другой большой задачей. Производство твёрдых электролитов и литиевого анода пока дорого, и итоговая цена таких батарей значительно выше обычных. «Главный вызов для глобального внедрения твердотельных аккумуляторов – снизить стоимость твердого электролита», – отмечает Тецуджи Мишина, исполнительный директор Idemitsu. Цель разработчиков – довести себестоимость до уровня современных литий-ионных батарей. Nissan, например, рассчитывает к 2028 году снизить стоимость батарей с твёрдым электролитом до ~$75 за кВт·ч, а впоследствии до $65/кВт·ч, что примерно вдвое дешевле нынешних литий-ионных аккумуляторов. Toyota и Idemitsu также активно работают над удешевлением производства сульфидного электролита и планируют в 2025 году запустить пилотную фабрику для отработки массовых технологий. Кроме того, правительство Японии субсидирует часть капитальных затрат на оборудование для производства новых батарей, понимая стратегическое значение удержания этих технологий внутри страны.
Конкуренты и сравнительный контекст
Toyota – далеко не единственный игрок, вкладывающийся в «святой Грааль» батарей для электромобилей. Практически все крупные автоконцерны имеют свои программы разработки твердотельных или полутвердотельных аккумуляторов. Nissan заявила о планах запустить свой первый электромобиль с полностью твердотельной батареей к 2028 году, уже строит пилотный завод и обещает в 2025 г. первые опытные образцы. Volkswagen через американский стартап QuantumScape также инвестирует в эту технологию; QuantumScape уже отправил VW экспериментальные ячейки, демонстрирующие быструю зарядку до 80% за 15 минут и огромный ресурс, хотя ожидаемый прирост дальности у них несколько снизился (вместо изначально предполагавшихся +50–80% сейчас речь о +14–43% к пробегу). BMW сотрудничает с французской Blue Solutions (Bolloré) над твердополимерными аккумуляторами: цель – выпустить к концу десятилетия батарею с ~30% большим запасом хода (близко к 1000 км) и зарядкой менее 20 минут. Американские и корейские производители также не отстают: стартап Solid Power при поддержке Ford, BMW и Hyundai испытывает сульфидные твердотельные элементы, а другая компания – Factorial (партнер Mercedes и Stellantis) – заявляет о ресурсных прототипах с расчетным пробегом ~600 миль (~960 км).
Уже сегодня есть примеры частичного внедрения подобных технологий. Китайская фирма Nio коммерциализировала батарею ёмкостью 150 кВт·ч с полутвердотельным электролитом (считается переходной технологией): этот аккумулятор позволяет флагманскому седану Nio ET7 проезжать до 1000 км на одной зарядке (по китайскому циклу). Компания CATL (мировой лидер по производству батарей) в 2022 г. представила «конденсированную» батарею – по сути высокоплотный аккумулятор с гибридным электролитом, который можно считать близким к твердотельным. CATL заявляла о готовности запустить его производство для электромобилей уже в конце 2023 года, хотя подробностей о серийной модели пока нет. Также MG (SAIC) анонсировала серийный электромобиль с твердотельной батареей уже к 2025 году. Таким образом, к моменту, когда Toyota развернёт свои твердотельные аккумуляторы (2027–2028 гг.), на рынке, вероятно, уже появятся первые модели от других производителей, использующие схожие технологии.
Тем не менее, заявленные характеристики Toyota выделяются даже на фоне конкурентов. Диапазон 1000–1200 км пробега и зарядка за 10–20 минут – это фактически новый уровень для массовых электромобилей. Если компании удастся первой довести эту технологию до массового потребителя, она получит существенное технологическое преимущество. Эксперты считают, что столь дальнобойные и быстро заряжающиеся электрокары могут изменить правила игры на рынке: электромобили окончательно устранят «range anxiety» (боязнь малого запаса хода) и станут гораздо привлекательнее даже для дальних поездок. В итоге Toyota рассчитывает продавать до 3,5 млн электромобилей в год к 2030 году – цифра, которая ставит её в один ряд с лидерами отрасли. Достигнуть этой цели поможет именно новое поколение аккумуляторов. Конечно, многое будет зависеть от того, сумеет ли Toyota масштабировать производство без задержек и снизить стоимость батарей до приемлемого уровня. Но уже сейчас участие таких гигантов, как Toyota, Nissan, Volkswagen и др., в гонке твердотельных аккумуляторов свидетельствует, что автомобильная индустрия находится на пороге нового аккумуляторного рывка. Производители и исследователи уверены: в ближайшие 5–10 лет мы увидим первые коммерческие электромобили с твердотельными батареями, и это станет важнейшей вехой на пути к массовой электрификации транспорта.