Литий всему голова
Обычно в электрокарах применяются литий-ионные батареи. Они определенно помогли с популяризацией нового вида транспорта, но имеют серьезные недостатки: легко воспламеняются, с ними радиус поездок электрокаров по-прежнему ограничен, плюс такие аккумуляторы не так быстро заряжаются.
Литий-металлические батареи — один из возможных вариантов победы над этими недостатками. Например, удельная емкость такого аккумулятора может быть увеличена на 35% по сравнению с литий-ионными, заявил «Газете.Ru» основатель и главный конструктор компании Change Mobility Together («Центр технологического консалтинга»), разработчик электромобилей Олег Клявин.
Он отметил, что литий-металлические батареи обладают и другими важными качествами.
Такие батареи имеют рекордную плотность — 560 Вт·ч/кг (в два раза выше, чем литий-ионные), а также сохраняют до 88% емкости даже после 1000-й зарядки.
Также они будут заряжаться быстрее, а значит сделают эксплуатацию электрокара более комфортной.
Тонкости работы
Оба типа батарей используют литий для производства электроэнергии и имеют схожую общую структуру: анод (отрицательный электрод батареи), катод (положительный электрод батареи) и электролит.
Электролит помогает переносить ионы лития между электродами, то есть регулировать поток электрического тока. Для предотвращения короткого замыкания имеется сепаратор (проницаемая мембрана), который разделяет анод и катод, но пропускает ионы лития.
В литий-ионной батарее анод сделан из графита. Он лишь носитель для ионов лития и не может накапливать энергию или производить ток, но увеличивает вес батареи.
В литий-металлических батареях анод выполнен из лития, а не из графита. Такая батарея более энергоэффективна, — ее атомы также могут производить ток и хранить большее количество энергии при том же весе и объеме, что и литий-ионная.
Электролит не допускает разрушения катода, поэтому срок службы литий-металлической батареи дольше, отметил Клявин.
Но литий — химически активный материал. Его контакт с жидким электролитом может вызвать повреждение батареи, вплоть до возгорания. Чтобы решить эту проблему, разработчики обратились к технологии твердотельных аккумуляторов с целью заменить сепаратор и жидкий электролит твердыми эквивалентами.
Пока что активные разработки идут в США. Компания QuantumScape объявила, что создан керамический электролит и сепаратор. Компания Solid Power сумела произвести электролит на основе сульфидов (соединения металлов с серой).
Компания по производству аккумуляторов 24M, финансируемая министерством энергетики США, работает над керамической смесью из полимеров для электролита.
«В России не запущено массового производства электротранспорта, соответственно, во многом по этой причине не производятся и батареи. Хотя в теории технологии есть и возможность производства тоже», — добавил Клявин.
Плюсы новой батареи
Благодаря возможностям анода на основе лития у электрокаров появится больше энергии, и, соответственно, они смогут перемещаться на более дальние расстояния.
В компании 24M отметили, что их батареи стали энергоэффективнее на 30%, а Solid Power утверждает, что этот показатель составляет более чем 50%. QuantumScape предварительно рассчитала, что обновленные аккумуляторы увеличат запас хода электромобиля на 80% по сравнению с литий-ионным аккумулятором того же размера.
Электромобиль, который может проехать примерно 400 км на одной стандартной зарядке, с новой батарей сможет проехать около 720 км. Это больше, чем расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга, которое по трассе составляет 712 км.
Отсутствие графита снижает деградацию батареи, которая обычно происходит из-за побочных химических реакций между атомами углерода и жидким электролитом. Соответственно, это обеспечит более длительное время автономной работы аккумулятора.
По оценкам Solid Power, электромобиль можно зарядить более чем на 80% менее чем за 20 минут. То есть скорость заряда вырастет в разы. Это связано с тем, что анод из лития не тратит время, которое необходимо для диффузии ионов лития в частицы углерода в аноде из графита.
Воспламеняемость аккумулятора электромобиля в основном связана с его жидким электролитом. Замена на альтернативу, твердые электролиты, повышает безопасность пассажиров и снижает риск возгорания.
Ожидается, что за счет снижения стоимости анодных материалов и производственных затрат снизится и стоимость батарей.
По оценкам Клявина, себестоимость литий-металлической батареи будет ниже в среднем на 15–35% из-за более низкой стоимости анодных материалов.
«Если учесть также повышенную емкость аккумулятора, то использовать такие батареи будет более выгодно, чем современные литий-ионные», — пояснил специалист.
Согласно данным QuantumScape, электромобили с новыми батареями будут стоить в пределах $30 тыс. (примерно 2,5 млн руб. по текущему курсу).
Прорыв или надрыв?
Специалисты расходятся в оценке того, насколько новые батареи помогут популяризовать электрокары в России и повлиять на экологию.
Директор Института экономики транспорта и транспортной политики НИУ ВШЭ Михаил Блинкин рассказал «Газете.Ru», что считает бессмысленным рассуждать о преимуществах новых аккумуляторов без привязки к кардинальным переменам в других энергетических вопросах.
«На самом деле это следование европейской, левой экологической моде. Я к этому отношусь с искренним смехом. Фигня это все, если говорить по-простому. Да, от этого будет чуть лучше, а от этого будет чуть хуже, ну пусть поспорят люди», — считает он.
Блинкин указал на то, что для него принципиально два момента: откуда берется электроэнергия и «куда я эту фигню (аккумулятор от электрокара. — прим. ред.) буду утилизировать».
«Когда батарейка маленькая от гаджета в общем мусоре — это еще не трагедия. Но представьте, в той же Москве около 500 тыс. электромобилей. И куда все эти батареи девать будут? У нас нет цивилизованного раздельного сбора мусора. Мы себе устроим такую экологию, мало не покажется», — отметил эксперт.
По его словам, крайне важно добиться чистой генерации энергии для зарядки электрокаров. Блинкин пояснил, что в России полно городов с грязной генерацией энергии и привел в пример Красноярск.
Разработчик электрокаров Клявин признал, что в плане экологичности разница между двумя аккумуляторами небольшая.
К тому же, указал эксперт, батареи электрокаров уникальны для каждой модели и неразрывно связаны с конструкцией электромобиля, в отличие от унифицированных аккумуляторов, которые используются для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.
В связи с этим говорить о возможности избавиться от батареи и заменить ее на новую пока нельзя. Правила утилизации будут подразумевать замену всего авто на электричестве, а не отдельного аккумулятора.
«В уже выпущенных моделях электрокаров заменить имеющиеся батареи получится только тогда, кода производитель электрокара будет закладывать такую возможность», — заключил он.