Вы можете запомнить 2020 год как год, когда супер-батарея стала реальностью

Опубликовано: 25/01/2021 Время на прочтение: 7 минут

Фото: Мартин Ворел / Creative Commons

Спустя годы порывистого развития, сомнений, ошибок и затруднений, скромная батарея казалась — наконец, в 2020 году — в пределах досягаемости того обещания, которое предприниматели со времен Томаса Эдисона и раньше давали на нее.

В качестве ключевого развития, стоимость литий-ионных батарей в настоящее время н е ар $ 100 за киловатт — час, точка перегиба , которая даст электрических транспортных средств паритета стоимости (электромобили) с их бензиновыми приводом конкуренции, в соответствии с BloombergNEF, исследовательской группы возобновляемых источников энергии . В то же время несколько групп исследователей сообщают о прорыве в новом типе батарей — давно желанном аноде, содержащем чистый металлический литий. Этот прорыв вызвал ожесточенное соревнование между основными автопроизводителями GM, Toyota и VW за право первыми вывести на рынок электромобили, содержащие такие супер-батареи. Середина десятилетия стала точкой столкновения автопроизводителей и Tesla, прокладывающей собственный путь к супер-батарее.

Вчера стало известно, что в конкурсе участвует еще одно громкое имя: Apple планирует представить электрический автомобиль без водителя уже в 2024 году, сообщает Reuters.

В качестве иллюстрации мании взгляните не дальше, чем на Уолл-стрит, где по крайней мере восемь передовых компаний по производству аккумуляторов и электромобилей либо стали публичными в этом году, либо планируют сделать это в ближайшие недели. Между тем трейдеры в этом году семь раз поднимали цену акций Tesla; вчера компания впервые была зарегистрирована на S&P 500. На других торгах акции QuantumScape, начинающей компании по производству металлических литиевых батарей, выросли на 28,7% и еще на 10,6% в нерабочее время. Отраслевой веб-сайт Wards Auto назвал всю эту сцену «увлечением инвестициями в электромобили», пузырем, который должен лопнуть.

Это может быть правдой, но это также возраст для батареи, которая была изобретена в 1799 году Алессандро Вольта и только сейчас появляется на пороге достижения трансформационных характеристик. Если нынешний путь сохранится, литий-ионные батареи могут существенно изменить не только транспорт, но и, наконец, позволят использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер.

На самом деле, вступаем ли мы в эпоху массовых электромобилей — неясно. То, что мы видели до сих пор, — это заметный сигнал со стороны предложения — множество компаний хотят производить и продавать электромобили, содержащие супер-батареи. Но что касается спроса, у нас в основном есть нишевые покупатели, которые подходят к зеленой категории или ищут своего рода статуса, разъезжая на электромобиле. Это то, что делает паритет затрат испытательным полигоном для электромобилей — он скажет нам, хотят ли люди, получившие сейчас хорошую цену, электромобили.

Всплеск активности, казалось, отражал «эффект Теслы» — как давление, которое испытывали все основные автопроизводители, чтобы компания Илона Маска не устарела, так и центростремительная сила, притягивающая стартапы, надеющиеся повторить подвиг Маска. Для GM, VW и других ставка на электромобили — одержимо и на полном ходу — теперь кажется вопросом выживания. «Любой, кто не занимается электромобилями, — в значительной степени тост», — сказал мне Сэнди Манро, ведущий консультант по автомобильной промышленности из Мичигана.

В сентябре Маск задал тон годом, объявив «День батареи Tesla». В демонстрации силы, напоминающей лучшие шоу импресарио Apple Стива Джобса, Маск изложил дорожную карту, которая, по его словам, снизит стоимость аккумуляторов Tesla вдвое, в то же время обеспечив им в пять раз больше энергии, на 16% больше дальности действия и шесть. раз больше мощности.

Эксперты считают, что у Маска уже есть огромное преимущество в производстве батарей. Но описанные им сокращения могут обойтись ему в цене от 55 до 60 долларов за киловатт-час, а это резкое падение, с которым другим будет очень и очень трудно справиться в ближайшее время.

Среди шагов, которые предлагал сделать Маск, было увеличение более чем вдвое размера его батарей до того, что он называет «4680», цилиндра размером 46 миллиметров в диаметре и 80 миллиметров в высоту. Это шаг, который сократит расходы за счет повышения плотности энергии, увеличения дальности действия и отказа от дорогой стали. Количество отдельных аккумуляторов сократится с 4 416 до 960 — колоссальное сокращение для всех видов излишне занятого пространства транспортного средства. «Вы можете получить более высокий ток без повышения температуры и получить более низкое сопротивление», — сказал Курт Келти, вице-президент по автомобильной промышленности в Sila Nano, стартапе, занимающемся аккумуляторными батареями, и в прошлом директором по аккумуляторным технологиям в Tesla. «Вы можете быстрее вводить и выводить ток из ячейки».

Проблема в том, что внутреннее тепло увеличивается с увеличением размера, что является потенциальной красной чертой, поскольку это может привести к взрывам. Решением Теслы было отрезать металлические выступы, которые обычно торчат с обоих концов батареи. Если их удалить, тепло будет направлено на дно ячейки, а оттуда — на аккумуляторную батарею.

Маск также нашел экономию за пределами батареи — за счет отказа от тысяч отдельных деталей, например, путем объединения всей задней и передней части в отдельные большие алюминиевые отливки. «Это позволит избавиться от одной трети или более кузовных цехов», — сказал Манро. «Это огромная трансформация. Илон Маск не лажает ».

Согласно отчету Reuters, планы Apple по борьбе с Tesla и другими — это электрический автомобиль без водителя. Работа, начатая в 2014 году, была сложной для Apple, потому что естественной стратегией для нее было бы опираться на свои сильные стороны — дизайн и программное обеспечение — и сотрудничать с автопроизводителем, который мог бы создать настоящий автомобиль. Только в автомобильной промышленности думают, что большая часть прибыли от электромобилей и беспилотных транспортных средств будет в значительной степени получена за счет программного обеспечения, такого как данные, бортовые услуги и обновления. Apple известна тем, что ей требуется высокая доля прибыли, и ни один автопроизводитель вряд ли добровольно уступит большую часть прибыли. Предполагалось, что Apple будет трудно найти партнера по производству автомобилей.

Apple отказалась от комментариев. Но в отчете Reuters говорится, что Apple, возможно, наконец-то заключила сделку с автопроизводителем.

Центральным прорывом в автомобиле Apple, по данным Reuters, станет аккумулятор. В качестве химического вещества Apple может использовать фосфат лития-железа, или LFP, который обеспечивает относительно низкую плотность, но дешев и безопаснее, чем другие основные химические вещества. Это согласуется с шестилетней историей попыток Apple создать электромобиль. В 2015 году Apple достигла соглашения с A123, пионером LFP, который утверждал, что iPhone-гигант переманил пятерых инженеров по основным батареям. Согласно их профилям в LinkedIn, все пятеро по-прежнему работают в Apple.

Ранее в этом месяце я случайно поговорил с одним из пятерых, Доном Дефо, об общих достижениях в области батарей. Вчера он не ответил на сообщение, но в беседе 1 декабря Дефо сказал, что, когда он работал в A123, он разрабатывал настольную систему, аналогичную системе Tesla, которую она называла «Infinitab». Он сказал, что ряд других компаний также работали над этой идеей, но никто не придумал, как ее масштабировать. Он сказал, что, если Tesla удалось это сделать, она заслужила признание за прорыв. Маск, как сказал Дефо, «имел обыкновение говорить о существовании. Это побуждает команду инженеров к работе ».

После нескольких лет почти робкого рекламного стиля электромобилей GM в этом году вышла из игры. Он представил Ultium, аккумуляторную систему, которая является самой современной передовой технологией — формулу, которая сочетает высокое содержание никеля с низким содержанием кобальта, известную как «NMC 811».

Он объявил о выпуске двух флагманских электромобилей в следующем году — 350-мильного супертрукача Hummer и Cadillac Lyriq. И он бросился в бой за электромобиль середины десятилетия, работающий на супер-батареях.

Подразделение исследований и разработок GM организовало соревнование между двумя командами за питание супер-батареи. «Соревнование заключается в том, будет ли анод — отрицательно заряженный электрод — сделан из металлического лития или кремния», — сказал Тим Греве, директор по разработке аккумуляторных элементов GM.

Оба материала обеспечивают существенный скачок энергии, но по разным причинам пока не работают. Проблема кремния в том, что он расширяется в четыре раза в процессе заряда-разряда и имеет тенденцию разрушать аккумулятор. В случае чистого литий-металла на его поверхности образуются шипы, известные как дендриты, которые замыкают аккумулятор, иногда вызывая возгорание.

Группа специалистов GM, работающая с южнокорейской LG Chem, пытается сделать его почти на 100% кремнием и уже достигла сотен циклов заряда-разряда с помощью своих испытательных ячеек, сказал Греве. Он отказался сказать, сколько именно циклов. Но большинство ведущих производителей кремниевых анодов стремятся к составу, близкому к 50% электрода, если принять во внимание неактивный материал, окружающий кремний.

Самое удивительное — это металлический литий. Греве сказал, что команда использует жидкий электролит, которого исследователи в значительной степени избегают, поскольку металлический литий легко воспламеняется при контакте с влагой. Но Греве сказал, что GM использует три дублирующих механизма безопасности, включая защитное покрытие на аноде, и что команда уже выполнила 500 циклов, которых достаточно для 100 000 миль вождения на 300-мильном автомобиле. «Это невероятный прорыв со стороны отдела исследований и разработок GM», — заявил он.

На данный момент большинство ставок делается на Tesla. Некоторые эксперты отдают предпочтение VW, который ставит саму компанию на карту, чтобы добиться доминирования электромобилей. Но ищите мертвую хватку, поскольку для многих проигрыш может означать гигантский и, возможно, экзистенциальный удар. Уилл Пакстон, эксперт по аккумуляторным батареям из Ford's Greenfield Labs, исследовательского центра автопроизводителя в Кремниевой долине, сказал, что следующий электромобиль Ford — внедорожник Mustang Mach-E — представляет собой «чистый лист», созданный с нуля как электромобиль. Ford является инвестором Solid Power, участника конкурса на металлическую литиевую батарею. Пакстон сказал, что Mach-E «станет примером того, как крупные автопроизводители могут конкурировать со стартапами». По его словам, он будет «противостоять Tesla Y».



прокрутка вверх