Facebook Pixel

Запас ходу й швидка зарядка: твердотілі акумулятори можуть розв'язати проблеми електромобілів

Електромобілі існували задовго до популярності Tesla. У 1881 році на Паризькій виставці представили триколісний електромобіль Густава Трове, який міг розганятися до 12 км/год. У 1897 році американська компанія Electric Carriage & Wagon Company почала виробництво електромобілів і запустила перші електротаксі у Нью-Йорку.

Проте популярність електромобілів швидко знизилася через здешевлення пального та масове виробництво автомобілів Ford. Новий інтерес до цієї технології з’явився під час паливної кризи 1970-х, коли автовиробники почали розробляти транспортні засоби на альтернативному паливі.

Триколісний електромобіль Ґустава Трове, 1881 р.

Триколісний електромобіль Ґустава Трове, 1881 р.

При цьому електрокари досі залишаються відчутно дорожчими за своїх конкурентів на ДВЗ. Міцність і потужність акумуляторів досі є найбільшою перешкодою. Speka розповідає, коли вони стануть доступнішими, довговічнішими й здатними заряджатись за лічені хвилини.

Які виклики стоять перед електромобілями

Сучасні електрокари, як-от Tesla Model S чи Nissan Leaf, стали звичним явищем, але проблема запасу ходу залишається актуальною. Літій-іонні батареї забезпечують відносно високу енергетичну щільність, проте суттєво поступаються рідкому паливу, яке має вдесятеро вищу енергоефективність.

Виробництво літій-іонних батарей вимагає ресурсів, таких як літій, кобальт і нікель, більшість яких постачається з Китаю. Це створює залежність від нестабільних ринків і екологічні виклики, оскільки видобуток матеріалів пов’язаний зі значними витратами води та шкодою довкіллю. Не говорячи про запитання щодо умов праці на китайських підприємствах.

Хто наразі є лідерами ринку акумуляторів

За даними Visual Capitalist, 10 найбільших виробників батарей для електромобілів зосереджені в Китаї, Японії та Південній Кореї.

Найбільші виробники батарей для електромобілів. Дані: Visual Capitalist

Найбільші виробники батарей для електромобілів. Дані: Visual Capitalist

Китайська компанія CATL є світовим лідером із часткою ринку 34%, а BYD займає друге місце, випередивши LG Energy Solution у 2023 році. Така концентрація китайських акумуляторів створює майже монополію на ринку, що може впливати на ціни та постачання.

Проте щодо успіху Китаю у сфері електромобілів варто зазначити наступне:

  • КНР активно субсидує масове будівництво заводів для збільшення виробництва, яке, однак, не відповідає реальному внутрішньому попиту. Водночас зовнішні ринки стають усе менш доступними через зростання протекціонізму в інших країнах (США та ЄС);
  • попри значні інвестиції в електро, китайські споживачі досі надають перевагу традиційним автомобілям;
  • навіть на тлі «електролихоманки» за останні два роки в країні збанкрутували 90% виробників електромобілів, за даними The Economist станом на літо 2024-го.

Які акумулятори використовують зараз

Більшість сучасних електромобілів використовують літій-іонні акумулятори, відомі своєю ефективністю та здатністю витримувати високі температури. Вони є найпоширенішим вибором завдяки високому співвідношенню потужності до ваги та придатності до переробки.

Однак виробництво цих батарей викликає екологічні та етичні питання через складний видобуток матеріалів, як-от літій, а для очищення однієї тонни літію потрібно 1,9 млн літрів води. Новіші літій-залізо-фосфатні батареї (LFP) є дешевшими і більш екологічними, хоча вони мають нижчі показники швидкості зарядки.

Нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори використовуються в гібридних автомобілях, які поєднують бензиновий двигун з електродвигуном. Вони мають тривалий ресурс, проте їх виробництво є досить дорогим. Свинцево-кислотні акумулятори та ультраконденсатори, своєю чергою, зазвичай застосовуються як додаткові накопичувачі енергії для вирівнювання навантаження на основні батареї.

Галузь усе ще стикається з викликами щодо підвищення екологічності, ефективності та зменшення витрат на виробництво.

Твердотілі батареї – майбутнє технологій акумуляторів

Твердотілі батареї є одним із найбільш перспективних напрямків у розробці акумуляторних технологій. Їхній головний потенціал полягає у високій щільності енергії, швидшому заряджанні та підвищеній безпеці порівняно з традиційними батареями з рідкими електролітами. Такі інноваційні елементи можуть відмовитися від графітових анодів, що знижує залежність від китайських виробників, які домінують на ринку постачання цього матеріалу.

Порівняння літій-іонних і твердотілих акумуляторів. Джерело: Auto News

Порівняння літій-іонних і твердотілих акумуляторів. Джерело: Auto News

Комерціалізація та зусилля провідних автовиробників

Великі автоконцерни вже розробляють твердотілі батареї, сподіваючись випустити їх на ринок протягом найближчих 5-10 років.

Toyota, наприклад, заявила, що їхні батареї можуть збільшити запас ходу автомобілів на 70% і скоротити час заряджання до 10 хвилин, що значно перевершує сучасні можливості літій-іонних акумуляторів. Перші моделі з такими батареями, за прогнозами компанії, будуть представлені вже у 2025 році, однак у форматі гібридних авто.

Honda також активно працює над цією технологією, запустивши тестову виробничу лінію для аналізу процесів і матеріалів. Nissan планує вивести на ринок перший серійний автомобіль з твердотілими батареями до 2028 року, а попередні випробування розпочнуться у 2026-му.

IM Motor уже продемонструвала модель L6 із напівтвердотілою батареєю, що має 800-1000 км запасу ходу. Втім, перенести ці досягнення з лабораторії на серійне виробництво є значним викликом. Зі 100 перспективних лабораторних розробок акумуляторів лише одна доходить до стадії прототипу. Toyota вже мала подібний досвід у 2010 році, коли змушена була повернутися до перевірених нікель-металгідридних батарей для Prius, не зумівши виготовити конкурентоспроможну літій-іонну модель.

Сіва Сіварам, гендиректор стартапу QuantumScape, що розробляє чисті твердотілі елементи, в інтерв'ю Reuters у грудні 2024-го заявив, що до кінця 2025-го кілька компаній повідомлять про наявність твердотілих батарей, а до кінця десятиліття їх будуть виробляти у великих обсягах.

QuoteЩодо Китаю, він сказав: «Не думаю, що чисті твердотілі елементи прийдуть з Китаю». Відмова від графітових анодів може ослабити одну з сильних сторін КНР, адже її контроль над ланцюгом постачання графіту є важливим для виробництва акумуляторів.
Подякувати 🎉