На прошлой неделе ведущий китайский производитель аккумуляторов CATL анонсировал новую разработку — батарею с функцией сверхбыстрой зарядки, способную, по заявлению компании, добавлять до 400 километров запаса хода всего за 10 минут.
Такая скорость зарядки превосходит практически все существующие на рынке решения для электромобилей. CATL заявляет, что новые элементы питания, запуск коммерческого производства которых запланирован на конец 2023 года, «откроют эру сверхбыстрой зарядки для электромобилей». Однако это произойдет только в том случае, если конечный продукт будет соответствовать обещаниям компании относительно емкости, долговечности и стоимости.
Доля электромобилей в мировых продажах новых автомобилей постоянно растет — в 2022 году она достигла 14%. Тем не менее, многих водителей до сих пор беспокоит ограниченный запас хода современных аккумуляторов и необходимость тратить на дозаправку полчаса и более даже на самых быстрых зарядных станциях. Инновации в материалах для батарей, подкрепленные развитием зарядной инфраструктуры, могут помочь достичь удобства, сравнимого с автомобилями на ископаемом топливе, и ускорить переход на электротягу.
CATL, аббревиатура от Contemporary Amperex Technology Co. Limited, является крупнейшим в мире производителем аккумуляторов для электромобилей. Компания поставляет элементы питания таким крупным автоконцернам, как Tesla, Mercedes и Volkswagen.
Этот анонс — лишь часть впечатляющих технологических новостей от компании за последний год. Среди прочего, CATL планирует выпускать высокоэнергетические твердотельные батареи для авиации, а также наладить массовое производство новых аккумуляторных элементов для электромобилей на основе натрия вместо лития.
По словам Цзяянь Ши (Jiayan Shi), аналитика исследовательской фирмы BNEF, новые сверхбыстрые батареи CATL могут заряжаться вдвое быстрее, чем аналоги конкурентов. Для сравнения, быстрая зарядка от Tesla добавляет около 320 километров (200 миль) запаса хода за 15 минут.
Дэвид Шредер, технический директор венчурного фонда Volta Energy Technologies, специализирующегося на технологиях батарей и накопления энергии, отмечает, что некоторые коммерчески доступные аккумуляторы уже могут достигать скорости, анонсированной CATL. Однако эти батареи используются в стационарных системах накопления энергии. CATL, вероятно, станет первой компанией, которая применит такие быстрозаряжающиеся элементы в серийных электромобилях.
В литий-ионных аккумуляторах традиционно существует сильный компромисс между объемом запасаемой энергии и скоростью зарядки. Эти батареи условно делятся на две категории: «энергетические элементы» и «мощностные элементы». Энергетические элементы отдают приоритет максимальному запасу энергии, что важно для увеличения пробега электромобиля без чрезмерного увеличения габаритов. Мощностные элементы, напротив, фокусируются на быстрой зарядке и разрядке, что полезно для стабилизации энергосетей через стационарное хранение энергии.
Мощностные элементы сегодня могут обеспечивать высокую скорость зарядки, но они часто слишком громоздки для установки в автомобиле и, как правило, не имеют ресурса на сотни тысяч километров пробега. Создание батарей, сочетающих высокую скорость заряда с компактностью, малым весом и долговечностью, стало бы настоящим прорывом.
Компромисс между высокой емкостью и быстрой зарядкой связан с движением заряженных частиц — ионов — внутри батареи. При зарядке электрический ток вытесняет ионы лития из одной части ячейки в другую. Затем ионы «укладываются» в пространство, называемое анодом. В процессе использования они возвращаются обратно, высвобождая накопленную энергию.
Чтобы увеличить общую емкость батареи, аноды делают с более толстыми слоями материала, предоставляя ионам больше места. Однако в батареях с более толстыми анодами часть накопительных мест находится глубоко внутри слоев, поэтому ионам приходится преодолевать большее расстояние, что замедляет процесс зарядки. Для ускорения зарядки производители могут уменьшать толщину этих слоев.
Инновации в материалах могут помочь обойти этот компромисс. В своем анонсе CATL упомянула несколько изменений в аноде, включая модификации поверхности графита и многослойную структуру, которая призвана сократить путь ионов и тем самым ускорить зарядку.
Кевин Шанг, старший аналитик энергетической консалтинговой компании Wood Mackenzie, отмечает, что вклад вносит не только анод — кажется, что каждый компонент батареи способствует повышению скорости заряда. В релизе компании также упоминается новый электролит (жидкость, по которой перемещаются ионы), улучшающий проводимость. По словам Шанга, такие гиганты, как CATL, не полагаются на одно конкретное новшество, а объединяют результаты множества научно-исследовательских работ в одном продукте.
Тем не менее, Шанг подчеркивает, что остаются вопросы относительно практического применения этой батареи. Заявление CATL о возможности использования батарей в автомобиле с запасом хода 700 километров (430 миль) подразумевает высокую плотность энергии. Но пока неясно, насколько большим должен быть сам автомобиль и аккумуляторная установка для достижения заявленного пробега.
Шредер также напоминает, что более высокая скорость зарядки часто оборачивается меньшим сроком службы и более высокой ценой. В ответ на письменный запрос MIT Technology Review о долговечности новых батарей CATL заявила: «Неважно, быстрая зарядка или нет, гарантия на нашу продукцию остается прежней». (Согласно данным сайта компании, текущая гарантия составляет восемь лет или 800 000 километров по данным на их ресурсе). Компания также сообщила об «улучшении экономической эффективности», но не предоставила конкретных данных о конечной стоимости батареи.
В конечном счете, максимальная скорость зарядки будет зависеть не только от конструкции батареи, но и от доступной инфраструктуры. Хотя Китай лидирует в мире по количеству установленных зарядных станций, для удовлетворения растущего спроса их потребуется значительно больше. Кроме того, для достижения потенциала новых батарей CATL могут потребоваться зарядные устройства нового поколения, что создает дополнительные вызовы для развития инфраструктуры.
По словам Шанга, анонсы о прогрессе от аккумуляторных компаний — это «всегда хорошие новости, и мы их приветствуем». Главный вопрос остается открытым: смогут ли компании выполнить данные обещания на практике.
