Хотя верно то, что появляются все более конкурентоспособные модели электромобилей, чтобы электрическая мобильность стала реальностью, автономия, предлагаемая электромобилями, должна быть еще выше.
Именно в этом заключается основная задача твердотельных аккумуляторов, помимо обеспечения большей стабильности и безопасности.
Технология твердотельных аккумуляторов — это эволюция современных литий-ионных. (литий-ионные) аккумуляторы; используется не только в электромобилях, но и во всех видах электронных устройств, таких как смартфоны.
Джон Б. Гуденаф – немецко-американский ученый и физик, один из изобретателей литий-ионных аккумуляторов – в свои 97 лет также возглавляет разработку твердотельных аккумуляторов с использованием неорганических кристаллических электролитов. . И на самом деле он не одинок в этом исследовании, поскольку Калифорнийский университет в Сан-Диего также инвестирует в неорганические твердые вещества, такие как керамические оксиды и серное стекло.
Вывод на рынок твердотельных электролитов позволит обеспечить большую автономность , повышение безопасности и стабильности, снижение экономических затрат и предлагаем гораздо более короткие периоды зарядки. .
С одной стороны, литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов.; катод и анод, которые разделены сепаратором, залиты в ячейку и погружены в электролит , проводящая жидкость, которая химически реагирует с необходимыми ионами между электродами. И комбинация нескольких ячеек образует батарею.
Что ж, когда мы включаем наш автомобиль, эти химические реакции активируются и начинают циркуляцию ионов между электродами, производя электроны, передавая их на клеммы аккумулятора и вырабатывая энергию. А когда мы заряжаем аккумулятор, частицы циркулируют в обратном направлении и происходит обратный процесс.
Как мы знаем, эти батареи имеют ограниченный срок службы. от 8 до 10 лет , что эквивалентно примерно 3000 полных циклов зарядки. . Это связано с тем, что жидкий литий со временем затвердевает и образует небольшие полости, называемые дендритами. , которые виновны в ослаблении аккумулятора, вызывая перегрев и короткое замыкание.
И не только это, но и другая проблема с жидким электролитом в том, что он легко воспламеняется , для чего требуются системы безопасности и охлаждения. для предотвращения накопления тепла и потери мощности. А все это означает более высокую стоимость, вес и объем аккумулятора.
С другой стороны, основное отличие твердотельных аккумуляторов заключается в электролите. который в данном случае является твердым, а не жидким. Другими словами, элементы накопления энергии этих аккумуляторов не содержат проводящей жидкости, а состоят из твердого соединения, которое выполняет ту же функцию, что и жидкий электролит:пропускает ионы между электродами для выработки энергии.
Общая производительность такая же, но используется неорганический твердый электролит. облегчает несколько аспектов. Чтобы быть более конкретным, команда Джона Б. Гуденафа в сотрудничестве с инженером Марией Хеленой Брага уже подала патент на твердый стеклянный электролит в апреле 2020 года. Его версия имеет анод из щелочного металла, что позволяет увеличить плотность энергии и время автономной работы.
Благодаря изображениям Spring8 мы можем получить представление о том, как эти новые батареи работают по сравнению с существующими литий-ионными батареями.
Более низкие производственные и торговые затраты, большая безопасность, негорючесть, более длительный срок службы, более высокая плотность энергии и большие возможности для вторичной переработки.
Использование твердого соединения в клетках обеспечивает более высокую плотность энергии, что означает более высокую емкость накопления энергии. В случае со стеклом оно способно хранить больше энергии при меньшем весе.
Чтобы быть более конкретным, этот тип батареи будет способен аккумулировать в три или даже в пять раз больше энергии. чем его литий-ионный эквивалент. Следовательно, это означает, что они допускают намного большую автономию. .
Кроме того, они не только позволяют продлить циклы зарядки и разрядки. (что позволяет увеличить срок их службы), но они также уменьшают пассивный дренаж (процесс разрядки аккумулятора, когда он не используется).
Аккумуляторы из литиевого стекла, разработанные Джоном Б. Гуденафом, способны выдерживать более 20 000 полных циклов зарядки (в лабораторных испытаниях они превысили 23 000 циклов). ).
Твердотельные электролиты ускоряют зарядку и обеспечивают гораздо более короткое время зарядки. (всего за несколько минут), так как это время сокращается до шести раз по сравнению с современными литий-ионными батареями.
Это связано с тем, что батарея, состоящая из твердого неорганического соединения (например, стекла), позволяет легче и быстрее перемещаться между электродами.
Предотвращая образование дендритов и исключая возможность взрыва и возгорания – какие современные литий-ионные аккумуляторы есть (хотя давайте помнить, что пожароопасность у бензинового или дизельного в четыре раза выше, чем у электрического) – можно еще больше повысить обеспечиваемую безопасность.
Таким образом, батареи с твердым электролитом, будучи гораздо менее нагреваемыми, не нуждаются в системах безопасности или охлаждения. для предотвращения накопления тепла. Им также не нужны разделители между электродами или защитная водонепроницаемая оболочка, которые, в конце концов, составляют стоимость, вес и более чем половину объема литий-ионных аккумуляторов.
Кроме того, эти новые аккумуляторы оптимально работают даже при экстремальных температурах. до -20°C.
Массовое производство все еще находится на стадии исследований, но если говорить о таком материале, как стекло, которое легко и быстро изготовить, то это позволило бы снизить общую стоимость. как самого аккумулятора, так и самого электромобиля, будет значительно снижен . Это также позволит производить элементы из гораздо более экологически чистых материалов. чем современные литий-ионные.
Еще один очень важный момент, который следует принять во внимание, заключается в том, что эти батареи позволят устранить практически весь кобальт присутствует в клетках; очень дорогое, дефицитное и неустойчивое сырье.
Изначально не предполагалось, что этот тип батарей будет продаваться как минимум десять лет. . Однако не один производитель уже начал инвестировать в этот тип технологий и даже разрабатывать собственные патенты, как, например, Джон Б. Гуденаф. и Самсунг сделано. Toyota, Porsche, BMW, Fisker, Hyundai, General Motors, Honda, Nissan, Daimler и Фольксваген являются примерами брендов, которые уже инвестируют в свое развитие.
Самсунг представила в марте 2020 года свой прогресс в разработке аккумуляторов с твердым электролитом, прототип которого обещает производить батареи на 50% меньше, чем нынешние. По оценкам компании, через пару лет она может представить свой первый смартфон. с этой новой технологией.
Тойота , например, до сих пор отказывалась производить полностью электрические автомобили, потому что считала, что есть еще два очень четких ограничения:периоды зарядки и запас хода электромобиля. Что ж, теперь, с разработкой твердого электролита, Toyota, наконец, выпустит свой первый полностью электрический автомобиль с аккумулятором на твердом электролите. в 2022 году.
Речь идет о новом C-HR EV. который в апреле прошлого года уже попал к первым китайским дилерам, но в Европе он должен появиться еще как минимум через пару лет. В рамках новой компании Prime Planet Energy &Solutions, нового совместного предприятия с Panasonic, ожидалось, что в этом году бренд будет представлен на Олимпийских играх в Токио. электромобиль на батареях с твердым электролитом, но из-за коронавируса придется подождать еще немного!
Новое исследование MIT (Массачусетский технологический институт) также работает над конструкцией металлического анода из чистого лития.
Прологиум (тайваньский производитель аккумуляторов) объявила в начале этого года на выставке CES (мировой арене, где представлены технологические инновации) о соглашении с различными производителями автомобилей по установке новых высоковольтных твердотельных аккумуляторов с керамическим электролитом (на основе MAB, Multi техники Axis BiPolar+) в своих электромобилях. Между тем, KITECH (Корейский институт промышленных технологий) также не хочет отставать от этой многообещающей новой технологии.
Некоторые отмечают, что будущее твердотельной батареи будет за использованием кремния вместо стекла, другие считают, что наиболее перспективным является использование стекла на основе натрия (соли), так как это очень распространенный материал на земле и оказывает низкое воздействие на окружающую среду. .
Однако, несмотря на то, что как метод, так и время реализации этой технологии несколько неопределенны и должны осуществляться с учетом критериев повторного использования и переработки и процессов, ясно, что это будет настоящая революция и не только в электромобильности, но и во всей электронной промышленности.
Можете ли вы представить себе частный транспорт, тяжелое судоходство, авиацию и морскую акваторию, работающие на устойчивых электрических батареях? Окончательное прощание с двигателем внутреннего сгорания и загрязнение. Мечта сбылась?
Электрическое будущее Rolls Royce!
Bentley Motors смотрит в будущее электропривода
Открытие будущего электромобилей
Сколько стоит замена батарей в электромобилях?
Знакомство с аккумуляторами электромобилей