Исследователи из Высшего технологического института Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) и Научно-исследовательского института Samsung в Японии (SRJ) разработали новый тип аккумуляторов. Как утверждает Samsung, с новым аккумулятором пробег электромобиля достигает 800 км – то есть сопоставим с пробегом на одном баке экономичного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.
Для электромобиля размеры и вес аккумуляторов остаются одной из главных проблем. В современных моделях суммарная масса электродвигателей, оборудования для преобразования тока и батареи в полтора -два раза больше, чем общая масса LDC, трансмиссии и топливного бака в обычном автомобиле таких же размеров. Сравнение срока службы топливного бака и батареи выглядит почти издевательским: баки практически вечны, а для батарей срок службы в семь-десять лет уже предмет гордости. Прогресс не стоит на месте, и создатели аккумуляторов все-таки ищут решение, отвечающее всем многочисленным требованиям автоконструкторов – то есть пытаются создать легкие, но емкие аккумуляторы, которые при этом еще будут выдерживать как можно больше циклов заряд-разряд и будут достаточно безопасными. Очередной шаг в этом направлении сделал Samsung.
Литий становится дефицитом
Отличие нового аккумулятора Samsung в используемых материалах. В распространенных сегодня литий-ионных аккумуляторах применяется кобальтат лития и жидкий электролит. В разновидности литий-ионных батарей литий-полимерных электролит, как ясно из названия, выполнен в виде полимера – то есть твердого вещества. Это обеспечивает повышенную безопасность при аварии и увеличенную плотность заряда, поэтому литий-полимерные батареи используются в тех случаях, когда масса играет важную роль – в том числе в электромобилях. Например, на Hyundai IONIQ. Правда, пока еще не так широко, как литий-ионные с жидким электролитом.
Эффективность литий-ионных аккумуляторов оценили и производители электроники, и электромобилей. За последние десять лет производство литий-ионных батарей (обычно считается в суммарной емкости) выросло в десять раз, и прежде всего за счет спроса со стороны производителей электромобилей – на них приходится более половины спроса.
Такой рост спроса на батареи вызвал увеличение потребления литий и кобальта. А их месторождений не так много (литий в основном добывают в Южной Америке и Австралии, а кобальт – в Конго) да и добыча этих металлов – не самое здоровое и экологически чистое занятие.
Да и с точки зрения использования это не самый удобный материал. В литий-полимерных батареях, самых перспективных на данный момент, на литиевых анодах возможен рост иглоподобных кристаллов – дендритов, что снижает срок службы аккумулятора.
Серебро и уголь
В Samsung предлагают использовать в качестве анода композитный слой из серебра и углерода (Ag-C). Как показали эксперименты с прототипами аккумуляторов, это позволило увеличить емкость, срок службы и общую безопасность. При толщине всего 5 микрометров (то есть 0,005 мм) серебряно-углеродный нанокомпозитный слой позволил уменьшить толщину анода. Поэтому батарею можно сделать компактной при той же емкости – или увеличить емкость при тех же размерах. Samsung утверждает, что сумел довести объемную энергоемкость батареи до 900 Вт∙ч/л. В итоге прототип имеет примерно вдвое меньший объем, чем традиционная литий-ионная батареи аналогичной емкости.
Серебро уже применяется в аккумуляторах – например, серебряно-цинковых. Однако они отличаются от других типов батарей не только высокой стоимостью, но и невысокой долговечностью – выдерживают около сотни циклов заряд-разряд. Частая замена означает повышение стоимости эксплуатации электромобиля. Не говоря о необходимости утилизации отработавших батарей.
По расчетам Samsung, его аккумулятор выдерживает более 1000 циклов заряд-разряд.
Таким образом, электромобиль с таким аккумулятором может пройти 800 тысяч км до замены батареи. При пробеге в 20 тысяч км в год это 40 года эксплуатации. Почти вечность! Это значит, что срок службы батареи равен сроку службы электромобиля, а то и превосходит его.
Время и деньги
Доньмин Им (Dongmin Im), специалист лаборатории современных аккумуляторных технологий (Next Generation Battery Lab) в исследовательском центре SAIT, возглавляющий проект: «В результате реализации этого проекта мы можем получить базовую технологию для создания более безопасных и производительных аккумуляторов будущего. Мы намерены продолжить разработку и совершенствование материалов для полностью твердотельных аккумуляторов и в дальнейшем».
Samsung не называет сроков реализации новой технологии в коммерческих продуктах. Так что пока оценить влияние серебряно-углеродных батарей на рынок невозможно. Ведь есть и еще один параметр. Который предопределяет будущее новых технологий – их цена, причем тут надо учитывать полный цикл существования продукта, от производства до утилизации. К тому же новые аккумуляторы создают не только Samsung – не так давно о новом типе аккумулятора без лития и кобальта объявила IBM. Так что корейско-японской разработке придется конкурировать с другими.
Сравнение некоторых типов аккумуляторов
Автор – Валерий Чусов
Автор публикации
