Твердотельные аккумуляторы обещают больший запас хода, более быструю зарядку и повышенную безопасность, однако долговечность до сих пор оставалась серьезным препятствием. Исследователи из Китая приблизились к решению этой проблемы, разработав новую систему электролита для твердотельных аккумуляторов, которая сохранила более 84% емкости после 350 циклов заряда.
Твердотельные аккумуляторы становятся реальностью, но препятствия остаются
Уже много лет автопроизводители, изготовители аккумуляторов и различные стартапы обещают, что «святой грааль» аккумуляторных технологий — твердотельные батареи — появятся буквально через несколько лет.
Сейчас это становится реальностью, так как технология переходит в сферу практического применения. Ряд компаний уже проводят или планируют провести испытания прототипов транспортных средств, оснащенных твердотельными аккумуляторами, на дорогах общего пользования.
Полностью твердотельные аккумуляторы часто называют «святым граалем» аккумуляторных технологий, способным значительно улучшить плотность энергии, запас хода и скорость зарядки, одновременно снижая затраты.
Хотя они показали многообещающие результаты в лабораторных условиях и ограниченных реальных тестах, их масштабное производство пока дается нелегко.
В полностью твердотельных аккумуляторах используется твердый электролит, а не жидкий, как в современных литий-ионных батареях.
Проблема заключается в выборе правильного материала. Многие распространенные твердые электролиты на основе сульфидов твердые и хрупкие, что затрудняет их соединение и приводит к низкой проводимости.
Исследовательская группа из Даляньского института химической физики Китайской академии наук разработала новый композитный гелевый электролит на основе ПВДФ (PVDF), который улучшил ионную проводимость и долговечность твердотельных аккумуляторов.
Результаты исследования были опубликованы (через ITHome) в статье под названием «Инновационный дегидрофторированный композитный гелевый электролит для улучшенных твердотельных аккумуляторов».
В электролите используется оксихлорид лития (Li3OCl) для запуска реакции с поливинилиденфторидом (ПВДФ). Реакция инициируется кислородными ячейками в составе Li3OCl, что создает среду с основанием Льюиса.
Благодаря этому формируются более прочные химические связи между органическим материалом (ПВДФ) и неорганическим материалом (Li3OCl). Более прочные связи позволяют ионам лития перемещаться через аккумулятор быстрее и легче.
Иными словами, электролит работает как более скоростная магистраль для ионов лития, что может стать ключом к созданию более долговечных, быстрозаряжаемых и безопасных твердотельных аккумуляторов.
Согласно отчету, после 350 циклов заряда и разряда при скорости 1C, аккумуляторная ячейка NCA сохранила 84,15% своей первоначальной емкости.
Исследователи установили, что «инновационная реакция дегидрофторирования не только усиливает взаимодействие между органической и неорганической фазами, но и значительно способствует быстрой ионной проводимости и широкому электрохимическому окну электролита, что делает его перспективным кандидатом для высокопроизводительных твердотельных аккумуляторов».
Мнение Electrek
Твердотельные аккумуляторы становятся реальностью. Хотя показатель сохранения емкости в 84% — еще не лучший результат, другие лидеры в области твердотельных технологий, включая Factorial Energy и QuantumScape, уже достигли более 1000 циклов зарядки с сохранением более 95% емкости.
В исследовании не были приведены конкретные подробности относительно запаса хода, плотности энергии или скорости зарядки, но несколько компаний в Китае заявляют, что их твердотельные аккумуляторы могут обеспечить запас хода по циклу CLTC более 1000 км (621 миля).
Changan Automobile планирует начать пробную установку батарей до конца третьего квартала 2026 года. При плотности энергии 400 Втч/кг компания Changan заявляет, что ее полностью твердотельная батарея «Golden Bell» способна обеспечить запас хода по циклу CLTC свыше 1500 км (932 мили).
Chery, еще один ведущий китайский автопроизводитель, на своем мероприятии «Battery Night» в марте заявила, что их полностью твердотельный аккумулятор также может обеспечить запас хода более 1500 км (932 мили).
Dongfeng Motors ранее в этом году объявила, что начала испытания прототипа твердотельного аккумулятора в условиях экстремального холода. Аккумулятор обладал плотностью энергии 350 Втч/кг, что, по словам Dongfeng, позволяет достичь запаса хода более 1000 км (620 миль) в условиях CLTC.
И это происходит не только в Китае. Европейские, японские и американские компании ведут гонку за то, чтобы вывести этот «святой грааль» аккумуляторных технологий для электромобилей на рынок.
Чуть более недели назад производитель Jeep и Ram, компания Stellantis, совместно с Factorial Energy начали испытания твердотельных аккумуляторных ячеек FEST (Factorial Electrolyte System Technology) на тестовом автомобиле Dodge Charger Daytona, что стало первым случаем интеграции твердотельного аккумулятора в электромобиль в Северной Америке.
Factorial сотрудничает с рядом крупных автопроизводителей, включая Mercedes-Benz, Hyundai, Kia и Stellantis, для коммерциализации твердотельных аккумуляторов для электромобилей.
В сентябре прошлого года Mercedes-Benz проехал на модифицированном EQS более 745 миль (1200 км), используя твердотельные аккумуляторные ячейки Factorial. По словам технического директора Mercedes Маркуса Шефера, технология аккумуляторов Factorial может стать настоящим «прорывом» для электромобилей.
Ранее на этой неделе Honda и QuantumScape объявили о новом партнерстве по разработке и производству твердотельных аккумуляторов для электромобилей и других сегментов.
Источник: CarNewsChina, ITHome