Джон Гуденаф, один из изобретателей литий-ионной батареи, получил Нобелевскую премию по химии в 2019 году. Но за два года до этого он объявил о прорыве в создании твердотельной батареи, которая может означать конец эпохи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Гуденаф, которому сейчас 97 лет, находится в самоизоляции из-за коронавируса и занимается выполнением обязательств, связанных с Нобелевской премией. Однако работа по коммерциализации потенциального прорыва ведется государственной компанией Hydro-Québec.
Компания управляет институтом исследований аккумуляторов с 1967 года и сотрудничает с Гуденафом с 1996 года. Предыдущая, отмеченная Нобелевской премией технология литий-металлфосфата Гуденафа лицензируется напрямую Bolloré Group, а также через аккумуляторные компании Murata и A123 для автопроизводителей, производителей автобусов и поставщиков систем хранения энергии по всему миру.
Electrek на этой неделе поговорил с Каримом Загибом, генеральным директором Центра передового опыта в области электрификации транспорта и хранения энергии этой компании. Загиб считает литий-железофосфатную химию поколением 1 в разработке основных аккумуляторов для электромобилей. Ее используют такие компании, как BYD, CATL и Tesla, а также огромное количество портативных электронных устройств (возможно, и то, что у вас в руке).
Но теперь компания работает над новейшим поколением новой аккумуляторной технологии Гуденафа, которая может быть столь же революционной: керамический оксидный электролит. Электролит — это среда между катодом и электродом, через которую ионы перемещаются при зарядке и разрядке аккумулятора.
Джон Гуденаф
Тем временем, пока проводятся фундаментальные исследования керамического оксидного электролита, Hydro-Québec сотрудничает с Mercedes-Benz в разработке того, что Загиб называет Поколением 2 — твердотельной литий-металлической полимерной батареи. Это не связано с работой Гуденафа. Тем не менее, это дает большие надежды.
Загиб объясняет:
В случае с твердым электролитом мы используем полимер для снижения температуры с 80 градусов Цельсия до менее 50 градусов Цельсия. Это то, что вы называете Поколением два.
Загиб сообщил Electrek, что Mercedes-Benz, являясь партнером Hydro Quebec на условиях 50-50, занимается проектированием ячеек и модулей, использующих эту технологию. Поскольку полимерные материалы снижают рабочую температуру электролита, аккумулятор электромобиля может значительно увеличить свою энергоемкость при одновременном снижении стоимости.
Загиб прогнозирует, что это исследование может быть внедрено в производство аккумуляторов уже к 2026 году.
Однако главный прорыв, основанный на разработке Гуденафа, произойдет только в Поколении 3. Загиб сказал:
Литий-ионный аккумулятор сегодня обеспечивает 250 ватт-часов на килограмм. Таким образом, вы можете получить [электромобиль с] запасом хода около 350-400 километров (220-250 миль). И литий-ионный аккумулятор имеет жидкий электролит, который легко воспламеняется.
Но если мы перейдем на твердый электролит, электролит не будет воспламеняться, поэтому он безопасен. А затем, используя литиевый металл в качестве материала анода, мы можем увеличить энергоемкость в два раза. Таким образом, мы можем достичь 500 ватт-часов на килограмм. Это означало бы увеличение запаса хода до 800 километров (500 миль). И мы могли бы снизить стоимость до 100 долларов за киловатт-час для комплекта.
Повторим: аккумулятор для электромобиля с запасом хода 500 миль, предлагаемый по целевой цене 100 долларов за кВтч.
Загиб отметил, что ключевым моментом является снижение рабочей температуры — с 80 градусов Цельсия в Поколении 1, до 50 градусов Цельсия в Поколении 2, и, наконец, до 25 градусов с использованием керамического оксидного электролита Гуденафа.
Он видит многообещающие признаки в лаборатории, но основная проблема заключается в производстве. Относительно легко управлять полимерным или жидким материалом для производства электролитного материала. Но с керамическим материалом все иначе. Он сказал, что трудно изготовить пленку электролита из керамического материала толщиной около 20 микрон. И она также должна выдерживать 1000 полных циклов зарядки.
Таким образом, революционный прорыв не за горами, но не завтра. Загиб объяснил:
Сначала нам нужно доказательство концепции того, что эта технология работает. Затем нам потребуется еще три года, чтобы масштабировать технологию. После этого нам понадобится около пяти лет, чтобы найти компанию, которая займется коммерциализацией этих технологий. На данном этапе нет заинтересованных автопроизводителей, потому что это фундаментальная наука.
Открытым остается вопрос: сколько времени пройдет между объявлением Гуденафа в 2017 году о революционном электролите и моментом, когда мы сможем купить электромобиль с ультра-дальним запасом хода и доступной батареей? Наука требует времени.
Загиб напомнил нам, сколько времени потребовалось, чтобы литий-железофосфат Поколения 1 добрался до современных электромобилей:
Мы начали работать с железофосфатом с Джоном в 1996 году. Потребовалось почти 15 лет, чтобы эта технология стала коммерчески ценной.