Эра твердотельных аккумуляторов
В ближайшем будущем большинство гибридных автомобилей и электромобилей будут выпускаться с полностью твердотельным аккумулятором, характеристики которого превосходят все ныне существующие батареи.
На пресс-конференции Японской ассоциации производителей автомобилей председатель Акио Тойода довольно негативно отозвался о ходовых качествах современных электромобилей. Он призвал обратить внимание на новую разработку Toyota Motor Corporation, технологию, которая предвещает эру совершенно новых электромобилей – электромобилей на твердотельных батареях.
В настоящее время батареи, используемые в гибридных транспортных средствах и электромобилях, содержат жидкость, называемую «электролитом», переносящим ионы. Самый простой пример для понимания - автомобильный аккумулятор на 12 В. Аккумуляторная жидкость = электролит. Во всех современных батареях используются жидкие или гелеобразные электролиты, так же как и в литий-ионных батареях. Жидкий электролит является самым слабым местом в конструкции батареи. Если корпус батареи поврежден, то электролит может протечь наружу (электролит 12 В аккумуляторной батареи в автомобиле представляет собой разбавленную серную кислоту). В условиях низких температур электролит замерзает (ионы не могут двигаться), а также, поскольку электролит это жидкость, он очень уязвим к высоким температурам.
Самое разумное решение в этом случае - замена жидкого и гелевого электролита твердотельной батареей. Твердотельный аккумулятор поможете полностью раскрыть производительность батареи, ограниченную свойствами жидкого электролита. Приблизительные спецификации, разработанные для твердотельных автомобильных аккумуляторов первого поколения, которые должны появиться с 2022 по 2024 годы, имеют вдвое большую производительность, чем нынешние литий-ионные аккумуляторы. Если установить твердотельный аккумулятор в текущем кузове автомобиля Nissan "Leaf", можно будет легко получить запас хода около 900 км. Фактически, нынешний объём для этого не нужен, потребуется лишь половина объёма современного аккумулятора. Прогнозируется, что в 2030 году можно будет проехать 250 км при 3-х минутах быстрой зарядки. Безопасная среда использования литий-ионных аккумуляторов составляет от 0 до 50 градусов Цельсия. Если значения температуры отрицательны, производительность будет низкой, а если температура высокая, то сократится срок службы. Предполагают, что полностью твердотельный аккумулятор, в котором не используется жидкость, и характеристики которого не меняются в зависимости от температуры, может выдерживать от -30 до 100 градусов. Он устойчив к повышению температуры аккумулятора при быстрой зарядке. На настоящий момент самая быстрая зарядка литий-ионных аккумуляторов - это тип 250 кВч, представленный Tesla. Теоретически для заряда на 25 кВч требуется 6 минут (это легко понять, если представить 25 литров бензина). Зарядка в течение 6 минут позволит получить прогнозируемый пробег около 125км. Полностью твердотельные аккумуляторы способны более чем в два раза быстрее принимать такую зарядку. Твердотельный аккумулятор сможет накапливать за 6 минут достаточно электричества, чтобы проехать 250 км. Эти спецификации описывают современные твердотельные батареи, которые производятся серийно в настоящий момент. Однако, что касается второго поколения, которое должно быть введено в практическое использование примерно в 2030 году, его заявленная производительность обещает быть вдвое выше, чем у первого поколения. Предполагаемая цена аккумулятора составит 10,000 иен за 1 кВт / ч. Если сравнивать с современным аккумулятором в Nissan "Leaf" в комплектации e + 62 кВт / ч, то заявленная стоимость твердотельного аккумулятора составит всего 620,000 иен. Учитывая, что срок службы твердотельного аккумулятора в три раза больше, чем у нынешней литий-ионной батареи, значит, у него будет более длительный срок службы, чем у бензинового двигателя. Если такая батарея будет введена в практическое использование на электромобилях в 2030 году, даже гибридные автомобили перестанут быть им достойными соперниками.
Toyota и Panasonic с большим энтузиазмом относятся к разработке твердотельных аккумуляторов. Количество патентных заявок огромно. Разработка также будет использована в следующей модели Toyota Prius, которая ожидается в 2022 году.
