Основные типы батарей аккумуляторов для электромобилей

В мире электромобилей аккумуляторы играют роль сердца, определяющего все – от скорости разгона до того, сколько километров проедет машина без подзарядки. Старые электрокары, такие как General Motors EV1 в конце 1990-х, полагались на простые технологии, а теперь у нас есть сложные системы, сочетающие металлы для оптимальной работы. Эта эволюция напоминает переход от паровых двигателей к современным турбинам – каждая новая химия добавляет что-то уникальное, балансируя между стоимостью, безопасностью и эффективностью. Автопроизводители выбирают разные подходы в зависимости от модели: для бюджетных вариантов подходят дешевые материалы, а для премиум-авто – высокопроизводительные. Исследования показывают, что глобальный рынок движется к уменьшению зависимости от дорогостоящих ресурсов, как кобальт, чтобы сделать электромобили доступными для всех

Некоторые типы аккумуляторов, как NMC, обеспечивают большой запас хода, но стоят дороже кобальта. Другие, например LFP, более дешевы и безопасны, хотя имеют меньшую плотность энергии. Исследования показывают, что сложение марганца может повысить эффективность без значительного роста цены. В холодном климате литиевые батареи теряют производительность, в то время как натрий-ионные варианты лучше выдерживают низкие температуры

Свинцово-кислотные батареи остаются самым старым типом аккумуляторов, которые широко используются. Они дешевы, проверены временем и легко перерабатываются. Именно такая батарея питает 12-вольтовые системы в обычных авто и электромобилях. В то же время, избыточная масса и низкая энергетическая плотность не позволяют использовать их как основной источник энергии для современных электромобилей. В девяностые годы их еще ставили, например, на первое поколение GM EV1, но индустрия быстро перешла на другие технологии

Nickel-Metal Hydride (NiMH) стала следующим шагом. Эти батареи долговечны, выносливы, хорошо работают в разных климатических условиях и именно благодаря им развились гибриды. Главная проблема такая же, как у свинцовых аккумуляторов: значительная масса и невысокая энергетическая плотность. Поэтому NiMH остаются преимущественно в гибридах, но со временем уступают место литий-ионным вариантам

Lithium Manganese Oxide (LMO) использует катод на основе марганца. Такая батарея дешевле и стабильнее с точки зрения термической безопасности, способна выдавать большую мощность и быстро заряжаться. Недостатком остается быстрее старение и меньшая плотность энергии, поэтому после использования у ранних Nissan Leaf и Chevrolet Volt индустрия отошла от этого варианта

Nickel Manganese Cobalt (NMC) стала ключевой технологией во многих странах за пределами Китая. Высокая плотность энергии, развитая цепь поставок материалов и уже отлаженное производство сделали ее стандартом для моделей с большим запасом хода. К минусам относятся высокая цена, более низкая эффективность в сильный холод и более сложные требования к системам охлаждения

Nickel Cobalt Aluminum (NCA) — близкая родственница NMC, но с алюминием, который повышает стабильность батареи и снижает деградацию. Именно такие аккумуляторы давно используют Tesla вместе с Panasonic. Они легкие, мощные, дают большую энергоемкость, но стоят дорого и нуждаются в тщательном температурном контроле

Lithium Iron Phosphate (LFP) стала подлинным прорывом для массового сегмента. Отсутствие никеля, марганца и кобальта делает батареи дешевле, безопаснее и долговечнее. Они не так энергоемки, и производители компенсируют это большими элементами, другими формами ячеек и конструкциями, где батарея становится частью корпуса авто. Наиболее распространены LFP в Китае, но Европа и США также активно переходят на них в более доступных моделях

Lithium Manganese Iron Phosphate (LMFP) добавляет в LFP марганец, улучшающий запас хода и производительность. Китайские производители с моделями на основе этой химии показывают большие цифры ресурса и дальности пробега, и эта технология уже доходит до массового рынка

Lithium Manganese Rich (LMR) – ответ западных автопроизводителей на китайские батареи LFP. Здесь меньшая часть никеля и кобальта, но большая часть марганца, что удешевляет батареи и делает их менее зависимыми от китайских поставщиков. Такие батареи разрабатывают Ford и General Motors для больших внедорожников и пикапов

Параллельно идет работа не только с катодными материалами. Силиконовые или синтетические графитовые аноды способны сделать батарею более компактной без потери запаса хода. Несколько американских компаний заявляют о готовности к серийному производству. Силиконовые аноды уже работают в потребительской электронике, и они уверенно двигаются в мир электромобилей

Еще одно направление – литий-металлические батареи. Они способны обеспечить фантастическую энергоемкость, ведь используют сам литий в качестве анода. Основной проблемой остаются дендриты, которые могут повредить батарейку. Над решением этой проблемы работают стартапы и крупные технологические центры

Параллельно формируется другой тренд – натрий-ионные батареи. Натрий гораздо доступнее лития, поэтому такие аккумуляторы уже появляются на бюджетных электрокарах, мотоциклах и в больших энергосистемах. Они менее энергоемкие, но хорошо подходят для недорогих и городских электрокаров

Наиболее ожидаемым направлением остаются твердотельные батареи. Вместо жидкого электролита работает твердый материал, потенциально дающий больший запас хода, более длинный ресурс и более быструю зарядку. Главная проблема — массовое производство без недостатка и по адекватной цене, поэтому первым рынок массово увидит промежуточные решения с полужестким электролитом

Идеальная химия аккумулятора – лишь часть успеха. Огромную роль играет форма ячеек, способы сбора батарейных блоков, интеграция в платформу автомобиля и общая архитектура электромобиля. Само сочетание технологий определяет, насколько далеко поедет машина, как будет быстро заряжаться и сколько лет прослужит без значительной деградации