Mercedes-Benz тестирует полутвердотельные батареи для электромобилей

На пути к новому поколению электромобилей, Mercedes-Benz делает значительный шаг вперед, тестируя прототипы полутвердотельных аккумуляторных элементов в своем флагманском электрическом седане EQS. Сотрудничество с американской компанией Factorial Energy обещает не только значительное увеличение запаса хода, но и потенциальный прорыв в безопасности и эффективности электрокаров

Твердотельные батареи, которые заменяют жидкие электролиты твердым керамическим или стеклянным материалом, уже несколько лет находятся в центре внимания автомобильной индустрии. Их потенциал заключается в способности накапливать значительно больше энергии, быстрее заряжаться и повышать безопасность транспортных средств за счет снижения воспламеняемости по сравнению с другими типами литий-ионных аккумуляторов. Появление таких технологий в серийных автосалонах ожидается не раньше, чем через несколько лет

От лаборатории к дороге: исторический шаг в развитии электромобильности 

Mercedes-Benz и Factorial Energy достигли важного этапа, установив полутвердотельные элементы в свой полноразмерный седан EQS. Эти элементы в формате “пакетов” поставляются Factorial Energy, а аккумуляторный блок был совместно разработан с Mercedes-AMG High Performance Powertrains – гоночным подразделением Mercedes в Формуле-1, который базируется в Бриксворте, Англия

Заявления Mercedes впечатляют: новая батарея обеспечивает реальный запас хода более 1000 километров, что примерно на 25% больше, чем у обычной литий-никель-марганцево-кобальтовой батареи того же размера и массы. Для сравнения, текущая версия EQS 450+ 2025 года по циклу WLTP имеет запас хода 800 км, тогда как по более реалистичным оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA) – всего 627 км

“Быть первыми, кто успешно интегрировал литий-металлические твердотельные батареи в серийный автомобиль, является историческим достижением в электрической мобильности”, – отметил Сюй Хуан, генеральный директор и соучредитель Factorial Energy. Mercedes начал лабораторные испытания этих батарей в Штутгарте, Германия, в конце 2024 года, а уже в феврале перешел к дорожным тестам

Технологические преимущества: плотность энергии и совместимость производства 

Хуан подчеркивает, что элементы FEST (Factorial Electrolyte System Technology) демонстрируют впечатляющую плотность энергии – 391 ватт-час на килограмм (Вт-ч/кг). Это значительно превышает показатели ведущих современных высоковольтных никелевых элементов, которые обычно имеют 300 Вт-ч/кг или меньше. Эти 106-ампер-часовые элементы содержат твердый электролит с добавлением геля или жидкости. Factorial также разрабатывает полностью твердотельный элемент “Solstice” с сульфидным электролитом, который должен достичь до 500 Вт-ч/кг на уровне элемента, что потенциально обеспечит до 80% больший запас хода. 500 Вт-ч/кг – это вдвое больше, чем у многих высоковольтных никелевых батарей, и примерно в 2,5 раза лучше, чем у лучших литий-железо-фосфатных батарей

“Это верхний предел того, куда может развиваться твердотельная технология”, – считает Хуан 

Потенциально, это позволит автопроизводителям уменьшить текущие аккумуляторные блоки примерно вдвое – по размеру, массе и емкости – при сохранении идентичного запаса хода, или же сохранить размеры блоков, значительно увеличив запас хода или производительность. Резкое уменьшение размеров блоков приведет к цепи инженерных преимуществ, включая более легкие шасси, подвески, системы охлаждения и другие компоненты, а также экономию средств на упаковке и увеличение пространства для пассажиров и багажа

На начальном этапе Хуан считает, что эта технология лучше всего подойдет для премиальных и высокопроизводительных автомобилей как лучшая альтернатива высоковольтным никелевым элементам. Компания также видит потенциал для потребительских устройств, дронов или морских применений с высокими требованиями к разряду мощности

Не менее важным, чем повышение производительности, является совместимость элементов FEST с существующими технологиями производства литий-ионных батарей. По словам Хуана, отрасль в 2024 году выпустила 846 гигаватт-часов элементов для электрифицированных автомобилей во всем мире. Factorial утверждает, что их процессы позволят производителям батарей использовать примерно 80% существующего оборудования. Хуан оценил, что производитель батарей может переоборудовать завод мощностью 1 гигаватт для производства полутвердых элементов всего за 10 миллионов долларов США

“Это значительно облегчает масштабирование, не только для производства, но и для улучшения выхода продукции и снижения затрат”, – отмечает Хуан

Расширение производства и будущие перспективы

Factorial сейчас имеет производственные мощности для выпуска 500 000 элементов FEST ежегодно, и демонстрирует выход продукции на уровне 85% – это солидный показатель для пилотного объекта, хотя Хуан отмечает, что коммерческому производителю нужно достичь около 95% для прибыльности. Компания, которая привлекла 200 миллионов долларов в раунде финансирования, возглавляемом Mercedes и Stellantis, также поставляет элементы FEST для Dodge Charger Daytona. Charger Daytona является одной из нескольких электрифицированных моделей от Alfa Romeo, Chrysler, Dodge, Jeep и Maserati, которые будут построены на платформе Stellantis STLA Large

Полутвердотельная конструкция также позволяет использовать литий-металлический анод, который заменяет графит и несет больше энергии. Батарея Mercedes также примечательна своей запатентованной “плавающей системой крепления элементов”. Пакеты элементов расширяются во время зарядки и сжимаются во время разряда. Подразделение Mercedes F1 разработало гибкую систему крепления для управления этими изменениями объема, с пневматическими приводами, которые помогают поддерживать надлежащее давление внутри элементов

“Во время цикла работы элемента происходит своеобразное “дыхание”, – объясняет Хуан, – Поэтому нужна система, которая бы учитывала это “дыхание” и делала его более эффективным в течение всего срока службы, максимально используя при этом энергоэффективность”

Что касается полностью твердотельных батарей Solstice, Factorial разработал 100% сухой процесс изготовления катода, который позволяет устранить все опасные растворители при нанесении покрытия на катод. Эти канцерогенные растворители в настоящее время требуют энергоемкого испарения для их безопасной переработки. Конструкция также обходит энергоемкий процесс “формирования”, в ходе которого только что собранные элементы должны быть заряжены и разряжены для активации материалов и создания стабильного слоя электролита на электродах. Вместе, сухое покрытие и конструкция элемента обещают более экологичное производство батарей с меньшими затратами и воздействием на окружающую среду

Батареи Factorial являются одними из нескольких перспективных разработок в области твердотельных технологий. Volkswagen сотрудничает с QuantumScape из Кремниевой долины. Solid Power из Колорадо имеет совместное соглашение о разработке с BMW. Honda недавно представила демонстрационную линию производства твердотельных батарей в Сакура-Сити, Япония. Toyota также разрабатывает твердотельные элементы собственными силами, что является частью инвестиций в размере 13,6 миллиарда долларов в исследования и разработки батарей

Подобно некоторым экспертам, Хуан считает 2030 год реальной целью для технологии, которая может сделать электромобили более дальнобойными, более быстрыми в зарядке и более доступными