Будущее батарей

Новая аккумуляторная технология может не только способствовать массовому внедрению электромобилей, но и стать ключом к чистой энергии. В этом эксклюзивном интервью генеральный директор д-р Дорон Майерсдорф затрагивает некоторые проблемы, связанные с батареями для электромобилей, а также способы их решения, хранение энергии и будущие разработки

Для тех, кто не слышал о StoreDot, можете ли вы объяснить, чем вы занимаетесь?

Мы разрабатываем инновационные материалы для сверхбыстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов. Мы хотим иметь возможность полностью заряжать автомобили за пять минут.

Генеральный секретарь Amnesty International заявил:«Каждый этап жизненного цикла батареи, от добычи полезных ископаемых до утилизации, сопряжен с рисками для прав человека и окружающей среды. Вы согласны с этим утверждением?

Да! Вот почему мы разработали современные лаборатории для синтеза органических материалов, которые могут свести к минимуму или даже заменить некоторые проблемные материалы, такие как кобальт.

Поскольку спрос будет только расти, что можно сделать для капитального ремонта этого источника энергии?

Новые и инновационные материалы необходимы для повышения плотности энергии и долговечности аккумуляторов.

Производители аккумуляторов заявляют, что батареи прослужат около десяти лет, но каковы перспективы того, что после этого можно будет вынуть эту батарею и использовать ее в других целях?

Очень высоко. Использование аккумуляторов второго срока службы — это новая область, которая поддерживает балансировку сети, а также буферизацию для станций быстрой зарядки.

Концепт-кемпер Nissan x OPUS использует аккумуляторы для электромобилей, бывшие в употреблении

А как насчет окончания срока службы — как вы можете использовать технологии и материалы компонентов и повторно использовать или перерабатывать их?

Это огромная проблема, в которую компании только сейчас начинают серьезно инвестировать. Поскольку до недавнего времени не было эффекта масштаба, эта область все еще находится в зачаточном состоянии. Если бы в это было вложено больше исследований и разработок, то было бы больше возможностей для извлечения материалов.

В настоящее время все ведущие батареи, в том числе для Nissan LEAF, основаны на ионно-литиевых технологиях, и большинство исследователей считают, что усовершенствования литий-ионных элементов могут выжать максимум на 30% больше энергии по весу. Это означает, что литий-ионные элементы никогда не дадут электромобилям запас хода в 800 километров, как бензиновый бак. Как мы можем это изменить? Какие еще технологии могут быть коммерчески жизнеспособными?

Сверхбыстрая зарядка [т.е. пять минут] может по-другому смягчить тревогу по поводу диапазона. StoreDot предлагает вместо чрезмерного проектирования больших батарей [т.е. на 800 км], мы обеспечим водителю зарядку так же быстро, как и заправку, с некоторым компромиссом в отношении общего запаса хода. Тот факт, что вы можете мгновенно зарядить свой автомобиль, даст вам почти неограниченный пробег, поэтому беспокойство о запасе хода полностью исчезнет.

Как создание новой батареи с использованием платиновых металлов может принести пользу отрасли?

Эта технология до сих пор недоступна для электромобилей. Платина и палладий требуют дальнейших исследований, чтобы раскрыть потенциал химических элементов литий-воздушных и литий-серных аккумуляторов для увеличения их разрядной емкости и циклируемости. Для коммерциализации такой новой аккумуляторной технологии требуется еще не менее десяти лет исследований и разработок.

А как насчет твердотельных батарей?

В твердотельных батареях вы заменяете электролиты в батареях, жидкие, твердым материалом, который обеспечивает гораздо большую плотность энергии, что также является более безопасным. Они также являются еще одним большим обещанием, которое требует критической инновации новых материалов. Это интересно для небольших аккумуляторов, но не столь жизнеспособно для электромобилей в ближайшие годы. На мой взгляд, они особенно не подходят для быстрой зарядки, так как проблемы с перегревом слишком серьезны.

Очевидно, что VW думает иначе, чем StoreDot, заключив сделку с QuantumScape, чтобы обеспечить промышленный уровень производства твердотельных батарей.

Как улучшения в программном и аппаратном обеспечении могут продлить срок службы батареи и сохранить больше энергии?

Системы управления батареями (BMS) электромобилей становятся все более сложными и могут в режиме реального времени управлять состоянием элементов, обеспечивая при этом оптимальное использование в зависимости от стиля вождения водителя и меняющихся дорожных условий и климата.

Плотность энергии аккумуляторов необходимо будет существенно увеличить, если электромобили будут массово внедряться, но их стоимость также должна будет снизиться. Как сделать батареи дешевле?

Из-за увеличения масштабов производства на сегодняшний день органическое улучшение литий-ионных аккумуляторов по сравнению с прошлым годом составляет 5%. при этом стоимость уменьшается на аналогичную ставку. Кроме того, новые и инновационные материалы, такие как разработанные StoreDot, могут удвоить этот органический показатель. Так к 2030 году стоимость достигнет 75 долларов за кВтч. Цены также неуклонно падают вместе со спросом и предложением.

Как сделать батареи более безопасными?

Безопасность является наиболее важным параметром в конструкции наших аккумуляторов. В StoreDot мы представили керамические сепараторы, а также добавки, которые являются огнеупорными в составе и структуре ячеек. Мы проводим десятки тестов на безопасность для каждого состава и используем науку о данных, чтобы точно определить более безопасные батареи, которые достигнут уровня безопасности PPB (частей на миллиард) и будут намного безопаснее, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

Какую роль, по вашему мнению, играет хранение энергии в переходе экономики на низкоуглеродные источники энергии?

Проблема человечества до 50 лет назад заключалась в том, как производить электроэнергию, когда электрокомпании начали сжигать уголь и газ и т. д. Сейчас эта проблема менее актуальна, поскольку у нас есть альтернативы ископаемому топливу. Таким образом, основная проблема сместилась, и теперь задача состоит в том, чтобы переместить эту энергию и сделать ее доступной для людей, где и когда они нуждаются, и очистить города от ископаемого топлива. Аккумуляторы играют ключевую роль в использовании альтернативных источников энергии и доставке их на «последнюю милю».

Renault вносит свой вклад в поддержку энергетического перехода, повторно используя батареи своих электромобилей для стационарного хранения энергии.

Полный переход на возобновляемые источники энергии потребует большей емкости аккумуляторов, чем существует в настоящее время в мире. Мировое производство литий-ионных аккумуляторов составляет около 35 гигаватт-часов в год. Это увеличится, но даже с новыми электродными материалами сомнительно, что батареи смогут удовлетворить мировые потребности в электроэнергии. Как мы можем это решить?

Аккумуляторы не будут единственным решением для хранения энергии. Есть и другие решения, такие как топливные элементы, маховики и т. д., которые позволяют нам накапливать энергию. Тем не менее, для легкового автомобиля наиболее эффективным решением в ближайшие десятилетия являются литий-ионные аккумуляторы; однако в будущем могут быть усовершенствованы батареи LSD или водородные элементы. Гигафабрика Tesla/Panasonic в Неваде в 2014 году имела мощность 35 ГВтч, поэтому я считаю, что сегодняшняя цифра, которую вы привели, как минимум в три раза больше.

Как вы думаете, когда наступит переломный момент для электромобилей?

2025

Какие будущие разработки вас больше всего интересуют?

Возможность использовать электромобили не только в качестве транспортного средства, но и в качестве резервного источника питания для дома, а также балансировка энергосистемы, чтобы с поддержкой ИИ общая мировая проблема накопления энергии оптимизировалась для транспортных средств, дома и Решетка в одном континууме. Таким образом, мы можем сохранить глобальную оптимальную проблему энергии, а не решать локальную проблему для каждого транспортного средства.

Совместный проект Zero Carbon Futures и SR Technology Innovations изучает возможность использования энергии аккумуляторов электромобилей в качестве накопителя энергии в домашних условиях или на рабочем месте, либо для зарядки транспортных средств, либо в качестве источника аварийного питания, либо для подачи энергии обратно в сеть.

То есть, по вашему мнению, электромобили — единственный путь вперед, поскольку они решают не только проблемы с нулевым уровнем выбросов, но и многие другие проблемы?

Именно так, но давайте не будем забывать, что в этом году большие автомобили станут частью революции, а электромобили станут подключенными и автономными. Все эти мегатренды приходят вместе с революцией электромобилей, и быстрая зарядка находится в центре этого идеального шторма. Но этим вещам нужно время, чтобы все стало быстро и удобно.

Есть ли у вас что-нибудь, что вы хотели бы добавить?

Просто мысль о том, что для того, чтобы действительно вывести электромобили на новый уровень, вам нужна новая аккумуляторная технология. Вот почему мы запустили StoreDot, чтобы проводить исследования и разработки в области новых и улучшенных аккумуляторов.