Mercedes-Benz тестує напівтвердотільні батареї для електромобілів

На шляху до нового покоління електромобілів, Mercedes-Benz робить значний крок вперед, тестуючи прототипи напівтвердотільних акумуляторних елементів у своєму флагманському електричному седані EQS. Співпраця з американською компанією Factorial Energy обіцяє не тільки значне збільшення запасу ходу, але й потенційний прорив у безпеці та ефективності електрокарів

Твердотільні батареї, які замінюють рідкі електроліти твердим керамічним або скляним матеріалом, вже кілька років знаходяться в центрі уваги автомобільної індустрії. Їхній потенціал полягає у здатності накопичувати значно більше енергії, швидше заряджатися та підвищувати безпеку транспортних засобів за рахунок зниження займистості порівняно з іншими типами літій-іонних акумуляторів. Поява таких технологій у серійних автосалонах очікується не раніше, ніж за кілька років

Від лабораторії до дороги: історичний крок у розвитку електромобільності 

Mercedes-Benz та Factorial Energy досягли важливого етапу, встановивши напівтвердотільні елементи у свій повнорозмірний седан EQS. Ці елементи у форматі “пакетів” постачаються Factorial Energy, а акумуляторний блок був спільно розроблений з Mercedes-AMG High Performance Powertrains – гоночним підрозділом Mercedes у Формулі-1, який базується у Бріксворті, Англія

Заяви Mercedes вражають: нова батарея забезпечує реальний запас ходу понад 1000 кілометрів, що приблизно на 25% більше, ніж у звичайної літій-нікель-марганцево-кобальтової батареї того ж розміру та маси. Для порівняння, поточна версія EQS 450+ 2025 року за циклом WLTP має запас ходу 800 км, тоді як за більш реалістичними оцінками Агентства з охорони довкілля США (EPA) – лише 627 км

“Бути першими, хто успішно інтегрував літій-металеві твердотільні батареї у серійний автомобіль, є історичним досягненням в електричній мобільності”, – зазначив Сюй Хуан, генеральний директор та співзасновник Factorial Energy. Mercedes розпочав лабораторні випробування цих батарей у Штутгарті, Німеччина, наприкінці 2024 року, а вже у лютому перейшов до дорожніх тестів

Технологічні переваги: щільність енергії та сумісність виробництва 

Хуан підкреслює, що елементи FEST (Factorial Electrolyte System Technology) демонструють вражаючу щільність енергії – 391 ват-година на кілограм (Вт-год/кг). Це значно перевищує показники провідних сучасних високовольтових нікелевих елементів, які зазвичай мають 300 Вт-год/кг або менше. Ці 106-ампер-годинні елементи містять твердий електроліт з додаванням гелю або рідини. Factorial також розробляє повністю твердотільний елемент “Solstice” із сульфідним електролітом, який повинен досягти до 500 Вт-год/кг на рівні елемента, що потенційно забезпечить до 80% більший запас ходу. 500 Вт-год/кг – це вдвічі більше, ніж у багатьох високовольтових нікелевих батарей, і приблизно у 2,5 рази краще, ніж у найкращих літій-залізо-фосфатних батарей

“Це верхня межа того, куди може розвиватися твердотільна технологія”, – вважає Хуан 

Потенційно, це дозволить автовиробникам зменшити поточні акумуляторні блоки приблизно вдвічі – за розміром, масою та ємністю – при збереженні ідентичного запасу ходу, або ж зберегти розміри блоків, значно збільшивши запас ходу чи продуктивність. Різке зменшення розмірів блоків призведе до ланцюга інженерних переваг, включаючи легші шасі, підвіски, системи охолодження та інші компоненти, а також економію коштів на упаковці та збільшення простору для пасажирів і багажу

На початковому етапі Хуан вважає, що ця технологія найкраще підійде для преміальних та високопродуктивних автомобілів як краща альтернатива високовольтовим нікелевим елементам. Компанія також бачить потенціал для споживчих пристроїв, дронів або морських застосувань з високими вимогами до розряду потужності

Не менш важливим, ніж підвищення продуктивності, є сумісність елементів FEST з існуючими технологіями виробництва літій-іонних батарей. За словами Хуана, галузь у 2024 році випустила 846 гігават-годин елементів для електрифікованих автомобілів у всьому світі. Factorial стверджує, що їхні процеси дозволять виробникам батарей використовувати приблизно 80% існуючого обладнання. Хуан оцінив, що виробник батарей може переобладнати завод потужністю 1 гігават для виробництва напівтвердотільних елементів всього за 10 мільйонів доларів США

“Це значно полегшує масштабування, не тільки для виробництва, але й для покращення виходу продукції та зниження витрат”, – зазначає Хуан

Розширення виробництва та майбутні перспективи 

Factorial наразі має виробничі потужності для випуску 500 000 елементів FEST щорічно, і демонструє вихід продукції на рівні 85% – це солідний показник для пілотного об’єкта, хоча Хуан зазначає, що комерційному виробнику потрібно досягти близько 95% для прибутковості. Компанія, яка залучила 200 мільйонів доларів у раунді фінансування, очолюваному Mercedes та Stellantis, також постачає елементи FEST для Dodge Charger Daytona. Charger Daytona є однією з кількох електрифікованих моделей від Alfa Romeo, Chrysler, Dodge, Jeep та Maserati, які будуть побудовані на платформі Stellantis STLA Large

Напівтвердотільна конструкція також дозволяє використовувати літій-металевий анод, який замінює графіт і несе більше енергії. Батарея Mercedes також примітна своєю запатентованою “плаваючою системою кріплення елементів”. Пакети елементів розширюються під час зарядки та стискаються під час розряду. Підрозділ Mercedes F1 розробив гнучку систему кріплення для управління цими змінами об’єму, з пневматичними приводами, які допомагають підтримувати належний тиск усередині елементів

“Під час циклу роботи елемента відбувається своєрідне “дихання”, – пояснює Хуан. – Тому потрібна система, яка б враховувала це “дихання” та робила його ефективнішим протягом усього терміну служби, максимально використовуючи при цьому енергоефективність”

Щодо повністю твердотільних батарей Solstice, Factorial розробив 100% сухий процес виготовлення катода, який дозволяє усунути всі небезпечні розчинники при нанесенні покриття на катод. Ці канцерогенні розчинники наразі вимагають енергоємного випаровування для їх безпечної переробки. Конструкція також обходить енергоємний процес “формування”, під час якого щойно зібрані елементи повинні бути заряджені та розряджені для активації матеріалів та створення стабільного шару електроліту на електродах. Разом, сухе покриття та конструкція елемента обіцяють більш екологічне виробництво батарей з меншими витратами та впливом на довкілля

Батареї Factorial є одними з кількох перспективних розробок у галузі твердотільних технологій. Volkswagen співпрацює з QuantumScape з Кремнієвої долини. Solid Power з Колорадо має спільну угоду про розробку з BMW. Honda нещодавно представила демонстраційну лінію виробництва твердотільних батарей у Сакура-Сіті, Японія. Toyota також розробляє твердотільні елементи власними силами, що є частиною інвестицій у розмірі 13,6 мільярда доларів у дослідження та розробки батарей

Подібно до деяких експертів, Хуан вважає 2030 рік реальною метою для технології, яка може зробити електромобілі більш далекобійними, швидшими у зарядці та доступнішими