Автопроизводители хотят снизить стоимость аккумуляторов для электромобилей и при этом улучшить их характеристики. Поэтому состав их постоянно меняется.
Химический состав имеет огромное значение. NMC-аккумулятор (никель-марганцево-кобальтовый) — самый распространенный сегодня вид литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях. Но чтобы снизить цену машин, все чаще используются аккумуляторы типа LFP (литий-железо-фосфатные), которые обеспечивают меньший запас хода при той же емкости. Есть и другие разработки, в которых стоит разобраться. Этим и займемся.
NMC — эффективный, но дорогой
Эксперт по аккумуляторам Мохамед Таггуги из Ampere (дочерняя компания Renault Group), специализирующейся на электромобилях, подчеркнул, что химический состав аккумуляторов составляет две трети стоимости батарей, что, в свою очередь, составляет половину себестоимости производства электромобиля. Поэтому очень важно, какие материалы используются.
Кобальт, используемый в катоде элемента NMC, обладает выгодной плотностью энергии и хорошими характеристиками как при зарядке, так и при разрядке. Но, как и никель, это — редкоземельный металл, на который образовался огромный спрос. Отсюда и высокая стоимость.
LFP — слабый, но развивающийся
Химический состав LFP позволяет обойтись без кобальта в катоде. Поэтому он стоит дешевле. Кроме того, он обладает лучшей термической стабильностью (среди прочего, ниже риск возгорания). Разработчики смогли увеличить плотность энергии в нем на 40% и сократить время подзарядки на 50%. Характеристики позволяют использовать LFP в автомобилях, но запас хода оказывается небольшим, пригодным только для городских моделей, таких как Citroen e-C3 и Fiat Grande Panda. Максимальный запас хода достигает 320 км при емкости 44 кВт·ч.
Однако производительность LFP быстро растет. Вскоре заряда в них будет хватать для междугородних путешествий, и тогда эти аккумуляторы вытеснят NMC.
LNMO — ближайшая перспектива
В течение пяти лет группа Renault хочет перейти на аккумуляторы LNMO (литий-никель-марганцево-оксидные), которые должны обеспечивать плотность энергии, как у NMC, но без использования кобальта. Достичь этого хотят путем высокого напряжения, возможному благодаря стабильности аккумулятора, аналогичной LFP. Например, Renault Austral Electric, который выйдет в 2028 году, оснастят аккумуляторами LNMO.
Отдаленные перспективы кремния
Большинство литий-ионных аккумуляторов сегодня имеют графитовый анод. Но Renault, как и такие компании как Porsche или Mercedes-Benz, разрабатывает кремниевые аноды, которые имеют два преимущества.
Это очень распространенный и очень дешевый материал. Более того, он обеспечивает в десять раз большую плотность энергии, чем графит. В этом отношении кремний уступает только литию.
Однако при зарядке кремний значительно расширяется, и эта проблема еще не решена. В лучшем случае, появление анодов с высоким содержанием кремния следует ожидать только к концу этого десятилетия. Реалистичный же сценарий подразумевает появление кремниевых анодов к 2035 году.
Совсем далекая перспектива твердого электролита
Химические элементы для литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом — лишь одно из направлений исследований. Гигантским же скачком должно стать появление аккумулятора на твердом электролите, и работы в этом направлении тоже ведутся.
