Твердотельные батареи создают сразу пять крупных конкурентов

Твердотельные батареи часто рассматриваются как своего рода “Святой Грааль” в аккумуляторной индустрии.

А теперь рынок твердотельных аккумуляторов стал намного более конкурентоспособным после выхода на рынок крупнейшего в мире производителя автомобилей Toyota Motor с крупными инвестициями. Вот пять компаний, которые стремятся разработать твердотельные батареи нового поколения.

В течение многих лет Toyota пристально следила за сектором твердотельных накопителей и даже имеет наибольшее количество патентов на данные технологии. Однако крупнейший в мире автопроизводитель только что поднял ставки после того, как объявил о своем намерении инвестировать к 2030 году более 13,5 млрд долларов в разработку аккумуляторов следующего поколения, включая твердотельные.

В настоящее время Toyota официально возглавляет производство твердотельных аккумуляторов, которые можно назвать потенциальным переломным моментом для автопроизводителей. Эти батареи более энергоемкие, заряжаются быстрее и менее подвержены возгоранию. Компания могла бы использовать твердотельные батареи для гибридных электромобилей, таких как Prius.

Компания QuantumScape Corporation со штаб- квартирой в Сан-Хосе, Калифорния, находится на стадии разработки и коммерциализации твердотельной литий-металлической батареи для электромобилей. Компанию поддерживают Volkswagen, Билл Гейтс и SAIC Motors, и она считается лидером в производстве твердотельных аккумуляторов.

Батареи QuantumScape имеют катод и твердотельный керамический сепаратор, который подключается к анодному электрическому контакту. Когда батарея заряжается, литий в катоде отделяется и проходит через керамический сепаратор, который производит анод из металлического лития, а он, в свою очередь, генерирует зарядку с высокой плотностью энергии для электромобилей.

Аккумулятор QuantumScape имеет значительные преимущества перед литий-ионными. Это быстрая зарядка от 0% до 80% менее чем за 15 минут по сравнению с зарядкой от 10% до 80% за 60 минут для литий-ионных аккумуляторов. Это значительно более длительное время автономной работы. Батареи QuantumScape показали более 1000 циклов со средним значением удержания энергии более 90%. Компания планирует начать коммерческое производство в период с 2024 по 2025 год.

Компания Solid Power из Колорадо. Ford и BMW Group стремятся использовать низкозатратные высокоэнергетические аккумуляторные технологии Solid Power в будущих электромобилях. Возможно, самым большим достижением в разработке, которым может похвастаться Solid Power, является технологичность элементов.

Масштабируемость – одна из самых серьезных проблем для твердотельных батарей. Solid Power внедрила производство Roll-to-Roll в свой производственный процесс. С 2019 года Solid Power эксплуатирует пилотную установку мощностью 6,5 МВт*ч в год. Напротив, QuantumScape в настоящее время не имеет собственного экспериментального завода, хотя планирует открыть его к 2023 году. Solid Power смогла значительно снизить потребность своих партнеров в переоборудовании существующих производственных мощностей, что является дорогостоящим и трудоемким мероприятием.

В прошлом году Samsung представил высокопроизводительные и долговечные твердотельные батареи. Его прототип аккумуляторного отсека способен обеспечить пробег электромобиля на расстояние до 800 километров без подзарядки и имеет срок службы более 1000 зарядов. В мае Samsung объявил, что к 2025 году разработает большие полностью твердотельные аккумуляторные элементы, а в 2027 году начнет их массовое производство. Samsung уступает только Toyota по количеству международных патентов, относящиеся к технологии полупроводниковых аккумуляторов.

Британская компания Ilika plc занимается проектированием, разработкой и производством твердотельных батарей в основном в Великобритании, Азии, Европе и Северной Америке. Компания предлагает аккумуляторы для различных приложений в промышленном Интернете вещей, электромобилях, умных городах, бытовой электронике, медицине и транспорте. Ilika также ускоряет разработку новых материалов для энергетики и электроники с помощью запатентованных технологий. Компания разработала твердотельные батареи, суперсплавы, катализаторы топливных элементов, заменители пьезоэлектрических материалов и т. д.