Электромобили быстро меняют автомобильный ландшафт, но технология батарей остается одной из наиболее критических областей для инноваций. Несмотря на ажиотаж вокруг прорывов в технологии батарей, многие разработки остаются в лабораториях или на пилотных производственных линиях. WIRED исследовало, какие технологии батарей набирают популярность и какие могут стоить ожидания.
Почему ажиотаж вокруг батарей для электромобилей?
Батареи являются сердцем электромобилей, и их производительность определяет запас хода, стоимость и безопасность. Эксперты отмечают, что небольшие изменения в конструкции батареи могут привести к существенным улучшениям. Например, корректировка одного компонента может увеличить запас хода электромобиля на до 50 миль. Однако, перевод этих инноваций из концепции в производство требует времени, часто лет, из-за тщательного тестирования и требований безопасности.
“Батареи невероятно сложны, и легко поддаться азарту от каждой маленькой инновации,” – говорит Пранав Джасвани, аналитик технологий в IDTechEx. “Но не все прорывы доберутся до дороги.”
Технологии, которые уже здесь
Литий-железо-фосфатные (LFP) батареи
Почему это прорыв:
LFP батареи используют железо и фосфат вместо никеля и кобальта, которые дороже и труднее добыть. Это делает их более доступными и устойчивыми. Они также более стабильны и устойчивы к деградации со временем.
Вызов:
LFP батареи имеют более низкую плотность энергии, что означает, что они не могут вместить столько энергии в одном размере. Однако, они уже набирают обороты в Европе и США, особенно когда автопроизводители стремятся снизить затраты и конкурировать с традиционными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.
Больше никеля в литий-ионных батареях
Почему это интересно:
Добавление никеля в литий-ионные батареи увеличивает плотность энергии, позволяя увеличить запас хода без увеличения размера или веса. Это также снижает зависимость от кобальта, минерала, связанного с этическими проблемами.
Ловушка:
Никелевые батареи менее стабильны и несут более высокий риск термического разгона (пожаров). Это требует тщательной инженерии и увеличивает производственные затраты, что ограничивает их использование для премиум-электромобилей на данный момент.
Процесс сухой электроды
Почему это важно:
Эта технология производства заменяет традиционные влажные процессы на сухую смешивание порошков, снижает экологические риски и сокращает время производства. Это может снизить стоимость батарей и сделать электромобили более доступными.
Препятствие:
Технология сухих электродов технически сложна, требуя точного контроля, чтобы избежать дефектов. Несмотря на это, компании, такие как Tesla, LG и Samsung, уже внедряют ее в свои производственные линии.
Дизайн от батареи до упаковки
Почему это шаг вперед:
Вместо группировки батарей в модули, технология от батареи до упаковки размещает отдельные ячейки непосредственно в аккумуляторной батарее. Это повышает эффективность использования пространства, потенциально добавляя 50 миль запаса хода электромобиля без увеличения размера.
Проблема:
Без модульной структуры сложнее управлять теплом и ремонтировать неисправные ячейки. Это может привести к более высоким затратам на обслуживание и более длительному времени ремонта.
Аноды из кремния
Почему они вызывают ажиотаж:
Замена графита на кремний в анодах батареи может удвоить скорость зарядки и увеличить запас хода. Аноды из кремния уже тестируются крупными автопроизводителями, такими как Tesla, Mercedes-Benz и General Motors.
Недостаток:
Кремний расширяется и сжимается во время зарядки, вызывая износ и снижая срок службы батареи. Пока что эта технология ограничена меньшими устройствами, такими как смартфоны и мотоциклы.
Технологии, находящиеся на грани прорывов
Батареи на основе натрия-иона
Почему о них говорят:
Натрий более распространен и дешевле лития, что делает его перспективной альтернативой для хранения энергии и, возможно, для электромобилей. Китайская компания CATL планирует начать массовое производство в 2024 году.
Ограничение:
Батареи на основе натрия хранят меньше энергии, чем литиевые, что делает их более подходящими для стационарного хранения, а не для транспортных средств. Они также находятся на ранних стадиях разработки, с небольшим количеством поставщиков.
Батареи с твердым электролитом
Почему все о них говорят:
Замена жидких или гелевых электролитов твердыми может сделать батареи более безопасными, быстрее заряжающимися и более энергоемкими. Toyota планирует запустить твердотельные электромобили к 2028 году, а BloombergNEF прогнозирует, что они будут составлять 10% рынка к 2035 году.
Препятствие:
Твердые электролиты испытывают трудности при низких температурах, и производственные дефекты остаются проблемой. Ни один твердый электролит не стал ясным лидером, что замедляет разработку цепочек поставок.
«Дикие карты»
Беспроводная зарядка
Почему это мечта об удобстве:
Представьте, что ваш автомобиль заряжается сам по себе, пока вы ждете. Porsche уже тестирует эту технологию, с планами на ограниченные развертывания в ближайшем будущем, с прогнозом, что она будет использоваться в основном для автобусов или транспортных средств доставки, а не для повседневных автомобилей.
Почему это не попадает в мейнстрим:
Существующие проводные зарядные устройства дешевле и надежнее. Беспроводная зарядка больше подходит для нишевых применений, таких как автобусы или транспортные средства доставки, а не для повседневных автомобилей.
Итог
Инновации в области батарей быстро развиваются, но не каждая лабораторная находка попадает на дорогу. Компаниям необходимо сбалансировать производительность, стоимость и безопасность, чтобы вывести эти технологии на рынок. Хотя некоторые прорывы уже здесь, другим потребуется время, тестирование и доводка. В то же время покупателям электромобилей стоит ожидать постепенных улучшений, которые постепенно повысят запас хода, доступность и безопасность
