Будущее аккумуляторов для электромобилей: Что будет дальше?

Описание

По мере того как электромобили (EV) становятся все более популярными, растет спрос на более качественные, быстро заряжающиеся и долговечные батареи. Исследователи и производители работают над технологиями батарей нового поколения, чтобы повысить производительность, безопасность и экологичность. Вот что ждет нас в будущем в мире батарей для электромобилей.

1. Твердотельные батареи

Твердотельные батареи заменяют жидкий электролит в традиционных литий-ионных батареях на твердый материал, что повышает безопасность и плотность энергии. Преимущества включают:

• Более высокая плотность энергии: Больше энергии в более компактной и легкой батарее.
• Более быстрая зарядка: Возможность зарядки за несколько минут, а не часов.
• Более длительный срок службы: Уменьшение деградации с течением времени.
  Крупнейшие автопроизводители, включая Toyota и BMW, инвестируют значительные средства в твердотельные технологии, массовое производство которых ожидается к концу 2020-х годов.

2. Усовершенствования литий-ирон-фосфатных (LFP) батарей

LFP-батареи набирают популярность благодаря своей доступности и долговечности. Достижения в области химии LFP повышают плотность энергии, делая их более конкурентоспособными по сравнению с традиционными литий-ионными батареями, при этом они остаются более безопасными и долговечными.

3. Натрий-ионные аккумуляторы

В натриево-ионных батареях вместо лития используется богатый натрий, что позволяет снизить зависимость от дефицитного сырья. Они предлагают:

• Более низкие затраты: Нет необходимости в дорогостоящем литии или кобальте.
• Лучшие характеристики в холодную погоду: Более стабильны при низких температурах.
  Хотя их плотность энергии ниже, чем у литий-ионных, такие компании, как CATL и BYD, работают над их коммерциализацией для EV начального уровня и сетевых накопителей.

4. Решения для сверхбыстрой зарядки

Новые разработки аккумуляторов, включая технологию кремниевых анодов, обещают сверхбыструю зарядку, сокращая время подзарядки до 10 минут. Это сделает зарядку EV такой же удобной, как и заправку автомобилей с газовым двигателем.

5. Более долговечные и пригодные для вторичной переработки батареи

Переработка и вторичное использование батарей становятся приоритетными задачами для снижения воздействия на окружающую среду. Будущие батареи для EV будут спроектированы таким образом, чтобы их можно было легко перерабатывать, а такие компании, как Redwood Materials и Tesla, сосредоточатся на создании устойчивых цепочек поставок батарей.

6. Беспроводная и интеллектуальная зарядка

Ожидается, что беспроводная зарядка EV и технология vehicle-to-grid (V2G) повысят удобство и эффективность электросетей, позволяя EV поставлять энергию в дома и города.

Литий-ионные (Li-ion) батареи

Литий-ионные батареи в настоящее время доминируют на рынке EV благодаря высокой плотности энергии, относительной легкости и большому сроку службы. Батареи работают за счет обмена ионами лития от катода к аноду, генерируя электрическую энергию, необходимую для приведения автомобиля в движение. Литий-ионные батареи обладают рядом преимуществ, включая быструю зарядку, высокую производительность и увеличенный запас хода на одной зарядке, что делает их новым стандартом для производителей автомобилей по всему миру.

Но сама литий-ионная технология находится под угрозой из-за проблем с безопасностью, терморегуляцией и ограниченностью ресурсов. При производстве лития используются ресурсоемкие процессы, а нагрев и опасность для батарей остаются одними из ключевых проблем, заставляющих искать альтернативные технологии.

Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы

Никель-металлогидридные батареи были очень перспективны в первые годы развития EV, в основном из-за их доказанной надежности и более низкой стоимости производства. Никель-металлогидридные батареи работают по механизму хранения водорода в сплавах гидридов металлов и обладают такими преимуществами, как более высокий уровень безопасности по сравнению с литий-ионными, меньший риск перегрева и более простые требования к терморегулированию.

Однако никель-металлогидридные батареи гораздо менее энергоемки и тяжелее по весу, что приводит к меньшей дальности пробега. Несмотря на то, что никель-металлогидридные аккумуляторы используются в гибридных автомобилях, они все больше вытесняются с рынка более совершенными литий-ионными и новыми твердотельными технологиями, которые обеспечивают гораздо лучшие эксплуатационные характеристики.

Твердотельные аккумуляторы

Твердотельные батареи принято считать будущим аккумуляторных технологий для EV. По сравнению с литий-ионными батареями, использующими жидкие электролиты, твердотельные батареи используют твердые электролиты, что значительно повышает безопасность благодаря снижению воспламеняемости и утечки жидкого электролита. Они обеспечивают повышенную плотность энергии, что позволяет увеличить дальность поездки, ускорить зарядку и повысить термостабильность.

Ведущие автопроизводители уже вкладывают значительные средства в разработку твердотельных аккумуляторов, ожидая их массового появления на рынке в течение следующего десятилетия. Тем не менее, существуют проблемы, которые необходимо преодолеть, такие как масштабируемость, сложность производства и высокие первоначальные производственные затраты. Исследования продолжаются с целью преодоления этих проблем, чтобы сделать твердотельные батареи конкурентоспособной альтернативой существующим аккумуляторным технологиям.

Часто задаваемые вопросы

Чем твердотельные батареи безопаснее литий-ионных?

В твердотельных батареях используются твердые электролиты, что снижает риски, связанные с воспламеняющимися жидкими электролитами в литий-ионных батареях, и значительно повышает общую безопасность.

Остаются ли никель-металлгидридные батареи актуальными для электромобилей?

Никель-металлогидридные батареи по-прежнему актуальны для гибридных электромобилей благодаря своей низкой стоимости и надежной безопасности, хотя они менее распространены в полностью электрических автомобилях из-за более низкой плотности энергии.

Заменят ли твердотельные батареи полностью литий-ионные?

Хотя твердотельные батареи обладают значительным потенциалом, их полная замена будет зависеть от преодоления текущих производственных сложностей, проблем масштабируемости и производственных затрат.

Каковы экологические преимущества перехода от литий-ионных батарей?

Переход на твердотельные батареи или другие альтернативы может снизить воздействие на окружающую среду, связанное с добычей лития, включая нехватку воды, загрязнение и нарушение ландшафта.

Когда твердотельные батареи станут коммерчески жизнеспособными для электромобилей?

Ожидается, что твердотельные батареи станут коммерчески жизнеспособными в течение следующего десятилетия, а многие производители прогнозируют значительное внедрение на рынок к 2030 году.