...Первые подводные лодки активно действовали во время Гражданской войны в Соединённых Штатах, а паровые автомобили катались по Лондону ещё на рубеже 18-19 веков. Но то и другое оставалось экзотикой - паровой двигатель оставался слишком большим, громоздким и дымным. Иное дело - двигатель внутреннего сгорания, запатентованный в 1893 году немецким инженером Рудольфом Дизелем! Дизель сделал возможными автомобили в привычном нам массовом виде, подводные лодки с торпедами, любые летательные аппараты, кроме воздушных шаров.
А в тени дизелей, как млекопитающие в тени динозавров, понемногу развивались электромоторы. Непрерывно вращающийся электропривод ещё в 1821 году представил англичанин Майкл Фарадей, а в 1828 году венгр Аньос Йедлик сконструировал первую самоходную электротележку. И следующие без малого два века электромобили заново изобретались тут и там (в том числе в СССР, на УАЗе и ВАЗе), развёртывались серийным выпуском (особенно активно - в Британии 1960-70-х), но раз за разом уезжали в технологический тупик. Мечта о двигателе, который не ревёт и не коптит вдвойне актуализировалась в задыхавшихся мегаполисах второй половины ХХ века, но... автономный электродвигатель с аккумулятором оставался элементарно слабее старого доброго ДВС. Причём слабее в разы, и никакое отсутствие выхлопа не оправдывало скорость и дальность хода, измеряемые первыми десятками километров. Электромобили оставались сугубо нишевым транспортом, работавшим внутри заводов, торговых центров, аэропортов, гольфовых полей, а за ними всё настойчивее заявляли о себе роботы, которых никакой искусственный интеллект не спасал от быстрой разрядки.
Наука возлагала большие надежды на литий-ионные аккумуляторы, но известная с 1960-х, осваивалась эта технология примерно полвека: первые li-ion были очень слабыми и пожароопасными из-за дендритов - возникающих на электродах древовидных наростов, которые могли в любой момент закоротить. Новым Рудольфом Дизелем можно считать, пожалуй, японца Акиру Ёсино, который в 1986 году, на пике технологических успехов Японии, представил литий-ионный аккумулятор в его современном виде.
Следующие десятилетия внедрение таких устройств охватывало всё новые отрасли, и наконец где-то в 2010-х количество перешло в качество: электрокары, достойные по характеристикам бензиновых автомобилей, стали обыденностью, и даже "дроновую революцию" сделал возможной не столько искусственным интеллект (он дозрел куда раньше), сколько аккумуляторные моторы.
Россия долгое время оставалась в стороне от этих процессов, но теперь навёрстывать упущенное взялся "Росатом", пока не дававший поводов сомневаться в успешности своих проектов. За городком Неман, у посёлка Маломожайское (550 жителей, при немцах - Будветен) вчера запустили Гигафабрику. О ней накануне запуска нам рассказал технический директор Андрей Ярцев:
Гигафабрика (Gigafactory) - вполне официальный термин, введённый "Теслой" в 2017 году с запуском первого такого завода в Неваде. Есть и мегафабрики, а в перспективе и терафабрики наверное будут: гигафабрика означает, что общая ёмкость произведённых тут за год аккумуляторов больше 1 гигаватт-час. На Калининградской гигафабрике планируется выпускать за год 18 миллионов аккумуляторных ячеек, иначе 1,5 миллиона модулей, иначе 50 тысяч батарей (одно группируется в другое) общей ёмкостью 4 гигаватта.
Масштаб впечатляет - всего на фабрике более 20 сооружений, в том числе главный корпус размером 600 на 200 метров и общей площадью 80 тыс. м² (за счёт многоэтажности некоторых сегментов), по которому извилистая производственная цепочка тянется на 2,5 километра. Её предельная производительность - до 1 аккумуляторной батареи в секунду:
Акира Ёсимо радикально усовершенствовал литий-ионный аккумулятор, придумав покрывать анод графитом, а катод - кобальтитом лития. На высоком фасаде фабрики - актуальная формула покрытия, где x, y и z - зависящие друг от друга переменные, которые могут меняться в зависимости от конкретной модели.
Гигафабрика - предприятие полного цикла, кроме добычи: известные запасы лития в России невелики, но новые месторождения сейчас находят и осваивают очень быстро. Здесь основным сырьём будет лопарит с Колмозерского месторождения в Мурманской области, обогащаемый на комбинате в Ревде. Сама цепочка делится на 3 больших блока.
Первый - производство электродов, и по словам Ярцева, изготовление покрытия для них "похоже на запекание кексиков". В гигантских миксерах получаются однородную жидкую массу с нужной формулой, а затем подают её по трубам дальше, на специальные установки, где наносят тонким слоем на фольгу. Получившееся просушивают, прессуют, нарезают по габаритам ячеек, а готовые пластинки, - собственно электроды, - вновь сушат в вакуумной печи. При этом катоды и аноды делаются на двух полностью изолированных друг от друга линиях, а встречаются лишь на втором этапе - сборке ячеек.
Она происходит в огромной (130 тыс. кубометров) "чистой комнате", где поддерживается выверенный микроклимат - малейшие колебания температуры и влажности или пыль могут серьёзно повлиять на продукт. Электроды укладываются в ячейку по форме буквы Z, где косая перекладина - полиэтиленовый сепаратор; всё это заливают электролитом и изолируют в герметичном пакете из ламинированной фольги. Однако и то, что получается - лишь заготовка: в изделие её превращает formation (кажется, полностью корректного перевода на русский у этого термина пока нет) - десяток электрических процессов, включая полные зарядку и разрядку.
Но и это ещё не конец: дальше идёт эйджинг - искусственное старение ячейки с образованием дендритов: это позволяет сделать её дальнейшее поведение предсказуемым. Вообще, проверяют ячейку на каждом этапе по множеству параметров - у каждой возникают какие-то свои особенности, влияющие на то, куда она пойдёт.
На следующем этапе, сгруппированные и оснащённые всякими корпусными элементами, 12 ячеек превращаются в модуль, а модули собираются в батареи, причём их взаимное расположение серьёзно влияет на характеристики. Полный цикл производства, от загрузки сырья с одной стороны гигафабрики до выхода готовой батареи с другой - около 3 недель.
Последнее звено техпроцесса - утилизация: ведь не секрет, что и без всяких выхлопов выброшенный аккумулятор несёт огромный экологический вред. Поэтому утилизировать их надо правильно, в идеале - там же, где произвели. Интересно, что использовать батареи предполагается в два этапа: ослабевший настолько, что не тянет электрокар, аккумулятор может вполне исправно работать, например, в фонаре, и только исчерпав ресурс и там, подлежит утилизации.
Большинство линий на гигафабрике полностью автоматизированы, полная смена огромного предприятия - не более 150 человек, и как бы ни больше людей, чем в производстве, заняты в контроле качества. Компоненты и материалы на первом этапе будут импортные, но у "Росатома" есть график их поэтапной замены отечественными. Особой "фишкой" станет контроль всех эксплуатируемых батарей в реальном времени, который поможет пользователю предупредить поломку или достаточно быстро понять, где именно она возникла.
Внутрь цехов нас не водили - там всё равно и оборудование ещё не было пущено, и полным ходом шли последние подготовительные работы вроде монтажа освещения. Ещё одна, Московская гигафабрика строится сейчас в Пахре и должна заработать в начале осени - возможно, когда-нибудь в этом блоге появится репортаж и из её цехов. Сейчас - лишь стройка-стройка-стройка с обилием экзотической техники: