Твердотільні акумулятори: технологія майбутнього чи глухий кут?

Твердотільні акумулятори вже майже два десятиліття називають проривною технологією для електромобілів. Вони обіцяють кардинально змінити ринок, усуваючи проблему недостатнього запасу ходу, скорочуючи час зарядки та роблячи електрокари настільки ж зручними у використанні, як і традиційні автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння, але без шкідливих викидів

Однак чому ця технологія “застрягла» на етапі лабораторних досліджень? Основним викликом залишається масове виробництво, оскільки перехід від дослідницьких зразків до комерційної продукції вимагає значних змін у виробничих процесах

Фахівці зазначають, що прогрес у розробці твердотільних акумуляторів (SSB – Solid-State Batteries) не такий повільний, як здається. Першими на ринку з’являться напівтвердотільні акумулятори, які містять гелеподібний електроліт – це проміжна технологія між літій-іонними батареями та повністю твердотільними елементами живлення. Такі акумулятори вже тестуються виробниками, а Factorial, стартап зі США, працює разом із Mercedes-Benz, Stellantis та Hyundai Motor Group, щоб вивести технологію на комерційний рівень

Що робить твердотільні акумулятори такими перспективними?

Твердотільні батареї відрізняються від традиційних літій-іонних тим, що використовують твердий електроліт замість рідкого. Цей електроліт може бути полімерним, сульфідним або оксидним. Така заміна має кілька ключових переваг:

• Вища енергоємність – щільність енергії може сягати 450 Вт-год/кг, тоді як у сучасних літій-іонних акумуляторів цей показник не перевищує 300 Вт-год/кг;
• Швидша зарядка – зменшений внутрішній опір дозволяє заряджати акумулятор у рази швидше;
• Підвищена безпека – твердотільні батареї менш схильні до перегріву та загоряння;
• Краща термостабільність – вони ефективніше працюють за екстремальних температур, що мінімізує втрати заряду в холодну погоду

Однак на шляху до масового виробництва існують серйозні виклики. За словами Ліз Найман, директора з аналітики компанії Recurrent, головна проблема полягає в тому, що твердотільні батареї потребують повністю нових виробничих ліній. Для їхнього виготовлення не можна просто використовувати наявні заводи з виробництва літій-іонних акумуляторів – потрібно створювати абсолютно нову інфраструктуру!

Перехідний етап та перспективи масового впровадження

Для прискорення виходу твердотільних батарей на ринок компанії використовують гібридні підходи, які поєднують технології літій-іонних акумуляторів та твердотільних елементів. Наприклад, Factorial вже запустила найбільшу в США виробничу лінію твердотільних акумуляторів із річною потужністю 200 МВт-год. Компанія відправила перші тестові зразки (“B-sample”) Mercedes-Benz для перевірки продуктивності та інтеграції в електромобілі

Ще одним важливим кроком стало використання сухого катодного покриття – процесу, який також тестується Tesla. Це рішення дозволяє відмовитися від рідких хімікатів у процесі виробництва катодів, знижуючи витрати, споживання енергії та екологічний вплив

Factorial заявляє, що її твердотільні акумулятори забезпечують запас ходу понад 1000 км, що більш ніж удвічі перевищує середній показник для сучасних електромобілів у США, який становить 455 км. Також вони можуть працювати за температур понад 90°C та мають на 40% меншу масу порівняно з традиційними акумуляторами

Щодо проміжних рішень, напівтвердотільні акумулятори вже з’явилися в Китаї. Наприклад, власник Nio ET7 проїхав 892 км на одному заряді завдяки 150-кВт-год напівтвердотільному акумулятору. У США такі батареї можуть з’явитися вже наступного року, коли Stellantis представить демонстраційну серію Dodge Charger Daytona із акумуляторами Factorial, які матимуть щільність 390 Вт-год/кг

Чи стане твердотільна технологія майбутнім електромобілів?

Попри всі труднощі, великі автовиробники активно інвестують у розробку твердотільних батарей. Toyota, Honda, BMW, Ford та Volkswagen ведуть власні дослідження, а компанії на кшталт QuantumScape та Solid Power залучають мільярдні інвестиції

Головні переваги цієї технології – висока енергоємність, безпека та менша маса. Наприклад, твердотільні акумулятори можуть знизити масу електромобіля на 450 кг, що, у свою чергу, зменшує витрати виробників, адже кожен зекономлений кілограм – це приблизно $5 економії на собівартості батареї

Твердотільні батареї можуть також змінити ринок великих електромобілів, таких як позашляховики та пікапи, які потребують величезних акумуляторів через високу масу та погану аеродинаміку. Оскільки твердотільні батареї компактніші та легші, вони можуть зробити великі електрокари більш ефективними

Однак виробники електромобілів поки що обережно підходять до масового впровадження SSB через високі очікування та ризики провалу. За словами аналітиків, якщо виробники зможуть виконати свої обіцянки, твердотільні батареї можуть назавжди змінити ринок електромобілів, зробивши їх легшими, безпечнішими та значно ефективнішими