Твърдите батерии обещават рeволюция, но крият и капани

Предполага се, че електрическите автомобили са бъдещето на транспорта, но те все още се сблъскват с проблеми, които държат настрана много купувачи. Пробегът е твърде малък, батериите са твърде тежки и скъпи, а зареждането отнема твърде много време. Но редица компании твърдят, че разполагат с технологията за решаване на всички тези проблеми.
 
 

 
 
Японският концерн Toyota, по-специално, казва, че вероятно е на прага на такъв пробив. Други производители също работят с различни компании за батерии върху различни версии на тази нова технология.

Бъдещият пробив се нарича твърдотелна батерия и единственият проблем е, че – подобно на други прехвалени технологии – от няколко години насам винаги остават „само няколко години“ до търговската ѝ реализация.

Автомобилни компании, включително Stellantis, Hyundai и Volkswagen, също се обединиха с фирми, работещи върху твърдотелни батерии. Технологията обещава клетки, които са по-малки и по-леки, като същевременно осигуряват повече мощност. Те биха могли да бъдат по-безопасни, ограничавайки риска от пожар.

Но технологията среща някои предизвикателства и това не е единственият начин автомобилните производители да постигнат по-леки, по-евтини и по-бързо зареждащи се електрически превозни средства.

Основи на батерията

Основната разлика между твърдотелната батерия и литиево-йонните батерии, използвани в момента в електрическите автомобили, е компонент, известен като електролит. В литиево-йонната батерия електролитът е течност. В твърдотелния аналог електролитът е твърдо вещество. Този твърд електролит е една от причините твърдотелните батерии да са по-безопасни от литиево-йонните. Ако батерия с течен електролит е счупена или пробита, двете страни на електролита могат да изтекат, което може да доведе до неконтролиран енергиен поток, последван от пожар.

Най-общо казано, твърдите вещества също са по-плътни от течностите, което означава, че електролитът заема по-малко място и клетките на батерията могат да бъдат по-малки. Но някои компании работят и върху други стратегии, които могат да направят батериите още по-малки и по-леки, както и по-бързо да се зареждат.

Основното предизвикателство за всички тези компании и за автомобилните производители, които са инвестирали в тях, е въпросът как да произвеждат икономично тези високотехнологични батерии в количествата, необходими за изграждането на достъпни електрически автомобили. Междувременно съществуват конкурентни технологии за батерии, чиито производствени техники вече са добре установени.

В момента редица стартъп компании разработват различни химически комбинации и дори малко по-различни физически структури на своите батерии. Все още обаче няма ясно изявена технология, която да засенчва другите по качество, изтъква Уилям Кефарт от консултантската фирма P3 Group.

Краткото време за зареждане, ключов фактор за потребителите, е едно от предизвикателствата пред твърдотелните батерии. Като цяло на литиевите йони в батериите, които се използват в момента, е необходимо повече време, за да се придвижат през твърдия материал, отколкото през течност, обяснява Кефарт. Това обикновено отнема повече време за получаване на енергия, което забавя времето за зареждане и прави по-бавно освобождаването на енергия - което забавя ускорението на превозното средство.

Компанията за твърдотелни батерии Quantumscape твърди, че нейните твърдотелни батерии - които използват малко течност, но не и за електролит - са тествани и могат да се зареждат дори по-бързо от типичните литиево-йонни батерии.

Батериите с твърд електролит ще бъдат по-скъпи, защото съдържат повече литий, който е скъп, посочва Кефарт. Цените на лития ще се понижат с разработването на повече добивни обекти, но в сравнение с други батерии, твърдотелните батерии ще струват повече.

Компанията Factorial, в която Stellantis и Mercedes са инвестирали, твърди, че нейната технология за твърдотелни батерии използва по-малко литий от традиционните батерии, което потенциално може да намали разходите, особено с нарастването на производството.

„Смятаме, че цената всъщност ще бъде конкурентна, защото литият, само от гледна точка на суровината, не е оскъден материал“, споделя главният изпълнителен директор на Factorial Сю Хуан.

Quantumscape добавя, че дизайнът на батерията елиминира графита, намалявайки разходите и значително редуцира въглеродните емисии от производството.

Други възможности

В същото време обаче някои други компании работят върху подобряването на традиционните батерии с течен електролит, което може да подкрепи допълнително тази технология. Смяната на една част от батерията чрез добавяне на силиций може да доведе до големи подобрения в производителността при сравнително ниска цена. Това е предложението на компанията OneD Battery Sciences, подкрепена от General Motors.

Технологията на OneD позволява производствените процеси да останат приблизително същите, като същевременно обещава големи подобрения в производителността. Това означава по-малко проблеми и разходи за производителите на батерии и автомобилните концерни.

Други компании работят върху полутвърдотелни батерии, които съчетават части от всеки тип батерии, осигурявайки някои от предимствата на батериите с твърд електролит, без напълно да изоставят стандартния флуиден дизайн.

В крайна сметка вероятно никога няма да има една доминираща технология при батериите, която да намери място във всички електромобили, изтъква говорителят на GM Фил Линерт. Типът батерии ще бъде съобразен с автомобила и конкретния пазар, на който се продава. Това наподобява начина, по който производителите на автомобили използват различни двигатели в различни модели и на различни пазари. Дизайнът на електрическото превозно средство Ultium на GM, който е в основата на всички електрически модели на групата, е специално проектиран, за да позволи използването на всички различни видове батерии.

„Когато имате голям и разнообразен набор от клиенти като нас, трябва да имате множество решения, които могат да съществуват едновременно“ в рамките на едно и също основно инженерство, подчертава той.