Чем твердотельные аккумуляторы для электромобилей отличаются от литиевых

Автомобильные компании изо всех сил пытаются разработать твердотельные аккумуляторы, чтобы вырваться вперед в гонке электромобилей. Давайте сравним его с литий-ионными батареями.

Электромобили вышли из нишевого статуса и стали мейнстримом. В 2020 году электромобили (EV) составили менее 5% мировых продаж легковых автомобилей. Но всего за два года эта доля рынка увеличилась примерно втрое (14% в 2022 году). Производители автомобилей сейчас спешат разработать свои собственные электрифицированные модели, чтобы получить кусок растущего пирога электромобилей.

Хотя некоторые автопроизводители все еще инвестируют в электромобили на водородных топливных элементах (HFCEV), цифры продаж говорят нам, что электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) составляют подавляющее большинство электромобилей, продаваемых сегодня. Из примерно 10,5 миллионов электромобилей, проданных в мире в прошлом 2022 году, чистые BEV составили 73%, в то время как подключаемые гибридные электромобили (PHEV) заняли почти все оставшиеся 27%. Топливные элементы, возможно, по-прежнему будут использоваться в промышленных и коммерческих целях в будущем, но батареи, вероятно, станут доминирующим решением для хранения энергии в индустрии электромобилей до конца этого десятилетия.

С этой целью автомобильные компании проводят обширные собственные и партнерские исследования и разработки для улучшения технологии аккумуляторов для электромобилей. Судя по недавним автомобильным пресс-релизам, кажется, что твердотельные аккумуляторы могут стать следующим большим прорывом в электрификации транспортных средств.

Так что же такое твердотельный аккумулятор и чем он отличается от обычного литий-ионного аккумулятора, который сегодня используют в электромобилях? Читайте дальше и узнайте, как твердотельные аккумуляторы могут изменить индустрию электромобилей.

СВЯЗАННЫЕ С: Революционные твердотельные аккумуляторы Toyota и цели электромобилей: 10 фактов, которые вы должны знать

Твердотельный аккумулятор — это устройство, которое хранит энергию с использованием твердого электролита вместо традиционного жидкого электролита. Электролит действует как транспортная среда для ионов лития, поэтому они могут перемещаться между отрицательным (анодом) и положительным (катодом) электродом. В зависимости от направления движения ионов энергия либо высвобождается (т.е. во время использования батареи), либо сохраняется (т.е. во время зарядки батареи). Помимо того, что твердый электролит является транспортной средой, он также служит физическим разделителем между двумя электродами.

В большинстве обычных литий-ионных аккумуляторов современных электромобилей используются растворы жидких электролитов на основе литиевой соли.

Твердотельные батареи имеют множество преимуществ по сравнению с современными литий-ионными батареями с жидким электролитом.

В следующих разделах эти преимущества будут обсуждаться более подробно.

Современные литий-ионные аккумуляторы для электромобилей могут хранить от 100 до 265 ватт-часов на килограмм (Втч/кг). По данным Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), твердотельные батареи способны хранить до 500 Втч/кг. Основываясь на этих цифрах, мы видим, что твердотельные батареи могут хранить в 2–5 раз больше энергии при том же весе батареи. Более легкие и плотные твердотельные батареи приведут к множеству эксплуатационных улучшений в различных отраслях и приложениях, но для нас, покупателей автомобилей, возможно, самым важным преимуществом является увеличенный запас хода на электротяге.

Беспокойство о запасе хода является одним из главных препятствий на пути широкого внедрения электромобилей. В конце концов, никто не хочет, чтобы их электромобили разряжались посреди пустыни, где не было видно зарядных станций. По состоянию на 2023 год средний пробег электромобилей в США составит 491 милю. При неизменных всех остальных факторах твердотельные батареи теоретически могут увеличить средний запас хода электромобиля до 600 миль. Это почти на 100 миль больше, чем запас хода 2,5-литровой бензиновой Toyota Camry 2023 года выпуска (505,6 миль). Если 600 миль по-прежнему не впечатляют, Toyota объявила, что может предложить твердотельную батарею на 900 миль где-то после 2028 года.

Будущие покупатели электромобилей могут рассчитывать на еще три важных преимущества, связанных с более высокой плотностью энергии твердотельных батарей: пространство, удобство использования и полезность.

Согласно статье, опубликованной в журнале Science Direct Journal в 2022 году, твердотельные батареи считаются более безопасными, чем обычные литий-ионные.