Главным тормозом электромобилизации всей планеты сейчас выступают тяговые батареи — при сохранении привычных «автомобильных» габаритов их характеристик хватает на максимальный запас хода в районе 600 километров (и то — в идеальных условиях). К тому же, время зарядки не в состоянии конкурировать с привычными заправками, а срок службы аккумуляторов ограничен, емкость заметно снижается с течением времени. И, похоже, еще лет 10 о прорыве в этой области мечтать не стоит.
Помимо долгой зарядки и приличных габаритов и массы, литий-ионные батареи обладают и другими серьезными недостатками — возможностью возгорания при перегреве (причем пожар практически невозможно потушить, пока идет химическая реакция) и снижением емкости при отрицательных температурах. Но особой альтернативы не видят пока ни автопроизводители, ни компании, выпускающие аккумуляторы. Почему?
Цены снижаются
Во-первых, такие батареи становятся все дешевле — с 2010 года стоимость 1 кВт∙ч емкости снизилась в 6,5 раз! И, по оценкам BloombergNEF, падение цен продолжится, что сделает принципиально новые аккумуляторы не слишком-то выгодными (ибо они, наверняка, будут стоить очень дорого).
Кроме того, сейчас в производство литий-ионных аккумуляторов включаются новые компании, которые привлекают финансирование, а использование лития выросло на 76% даже по сравнению с прошлым годом. Лидером производства литий-ионных батарей, если считать по объему использования карбоната лития в аккумуляторах, остается корпорация Panasonic с долей 23% рынка, следом идут китайцы и корейцы: LG Chem, CATL, BYD и Samsung SDI — эта пятерка удерживает суммарно 75%. И логично, что они продолжат развитие этой технологии.
Не надо забывать еще и то, что у нынешней технологии производства литий-ионных аккумуляторов есть большой потенциал для развития. И сейчас по всему миру появляются новые стартапы, работающие над повышением эффективности таких батарей.
Как улучшить литий-ионные батареи?
Компания Ionic Materials Inc. из Массачусетса (где находится один из самых престижных и авторитетных технических университетов в мире) разработала твердый полимер, который может заменить традиционный жидкий электролит в аккумуляторах (последний не только пожароопасен, но и токсичен).
Среди других преимуществ так называемых твердотельных литий-ионных батарей — более высокая плотность энергии и возможность использования более мощных зарядных станций. К тому же обещается увеличенный срок службы.
В твердотельные аккумуляторы верит и один из крупнейших в мире автопроизводителей — Toyota. Японцев привлекает эта технология, которая должна увеличить запас хода электромобилей при сохранении тех же габаритов и массы батареи. Toyota инвестировала в разработку уже почти 14 миллиардов долларов!
А лаборатория Sila Nanotechnologies из Калифорнии уверяет, что разработала порошок на основе кремния, который способен повысить производительность литий-ионных батарей на 20%. Всех деталей они не раскрывают, но известно, что кремний может быть использован в анодах — на атомном уровне он способен удерживать больше лития, чем углерод в графитовых анодах, соответственно, может накапливать больше энергии. Технология привлекла 125 миллионов долларов инвестиций, а, кроме того, Sila Nanotechnologies заключила договор с BMW для совместной разработки.
Рельсы в будущее
Генеральный директор и соучредитель Джин Бедричевский уверен, что в ближайшие годы никакой альтернативы литий-ионным аккумуляторам не появится: «Вложены огромные инвестиции, и мы можем кататься по этим рельсам. И у каждого, кто ездит по этим рельсам, будущее светлее, чем у тех, кто говорит, что собирается их изменить». С ним легко согласиться, глядя на отчет BloombergNEF — производственные мощности для литий-ионных аккумуляторов увеличились почти втрое за прошедшие 5 лет. И по прогнозам еще через 5 лет они удвоятся.
Так что тем, кто продвигает новые технологии, сейчас не позавидуешь — крупные игроки, вложившие серьезные суммы в развитие литий-ионных батарей, едва ли выпустят на рынок выскочек. Хотя альтернативы литий-ионным аккумуляторам есть! Например, существуют так называемые проточные (flow) аккумуляторы, где энергия выделяется за счет реакций в двух резервуарах с жидким электролитом — один, соответственно, у анода, другой — у катода.
На настоящий момент самыми современными аккумуляторами проточного типа считаются батареи, которые хранят заряд в ионах ванадия, содержащихся в растворе на водной основе. Это — так называемый тип VRB (Vanadium Redox Battery, где Redox — сокращение от реакций восстановления-окисления).
Ионы ванадия стабильны и могут долго циркулировать через мембрану без нежелательных побочных явлений. Но проблема состоит в том, что ионы ванадия стоят дорого, а удельная энергоемкость (количество запасаемой энергии на литр электролита) VRB остается на низком уровне — то есть, они больше подходят для энергохранилищ при электростанциях, где их габариты не столь критичны, как для использования в электромобилях. Да и «стоимость» 1 кВт∙ч почти в 4 раза выше, чем у литий-ионных батарей.
Поэтому разработчики проточных аккумуляторов признают, что им трудно убедить инвесторов — электромобили являются главным катализатором радикального роста производства литий-ионных батарей и вложения в развитие их производства выглядят более интересными с финансовой точки зрения. Но для конечного пользователя продолжающееся снижение цен на батареи и улучшение их производительности — это несомненный плюс.
