Toyota планирует развивать твердотельные батареи для электромобилей

Toyota анонсирует аккумулятор для электромобиля с рекордной скоростью перезарядки

Поездка 500 км на одной зарядке. Перезарядка с нуля до полной за 10 минут. И все это с минимальными проблемами безопасности. Твердотельный аккумулятор, представленный Toyota, обещает изменить правила игры не только для электромобилей, но и для всей отрасли.

Эта технология является потенциальным панацеей от недостатков, с которыми сталкиваются электромобили, работающие на обычных литий-ионных аккумуляторах, включая относительно небольшое расстояние, пройденное на одной зарядке, а также время зарядки. Toyota планирует стать первой компанией, которая продаст электромобиль с твердотельной батареей в начале 2020-х годов. Крупнейший в мире автопроизводитель представит прототип в следующем году.

Электромобили, разрабатываемые Toyota, будут иметь запас хода более чем в два раза больше, чем у автомобиля, работающего от обычной литий-ионной батареи при тех же условиях. И все это без ущерба для внутреннего пространства даже в самом компактном автомобиле.

Ожидается, что твердотельные батареи станут жизнеспособной альтернативой литий-ионным батареям, использующим водные растворы электролита. Инновация позволит снизить риск пожаров и умножить плотность энергии, которую может дать батарея по сравнению с ее весом.

Зарядка электромобиля, оснащенного твердотельной батареей, займет примерно 10 минут, что на две трети сократит время зарядки. Аккумулятор может увеличить дальность поездки компактного электромобиля, сохраняя при этом свободное пространство в автомобиле.

Toyota занимает первое место в мире, имея более 1000 патентов на твердотельные батареи. Nissan Motor планирует разработать собственную твердотельную батарею, которая будет использоваться в автомобилях, не являющихся симуляторами, к 2028 году.

Переход к новой аккумуляторной технологии также повлияет на компании, расположенные дальше по цепочке поставок.

Японские производители автомобильных материалов спешат создать необходимую инфраструктуру для снабжения автопроизводителей. Mitsui Mining and Smelting, более известная как Mitsui Kinzoku, запустит пилотную установку по производству твердых электролитов для аккумуляторов.

Производственная площадка, расположенная в центре исследований и разработок в префектуре Сайтама, сможет выпускать десятки тонн твердого электролита ежегодно начиная со следующего года, чего достаточно для выполнения заказов на прототипы.

Ожидается, что электромобили станут обычным явлением на фоне глобального отказа от углерода.

Правительство Японии поощряет внутреннюю разработку твердотельных батарей, полагая, что большая часть технологий, связанных с производительностью автомобилей, будет зависеть от Китая, если статус-кво сохранится. Правительство создает фонд в размере около 2 триллионов иен (19,2 миллиарда долларов), который будет поддерживать технологию декарбонизации. Политики рассмотрят возможность использования этих средств для предоставления субсидий в размере сотен миллиардов иен, которые пойдут на финансирование разработки новых батарей.

Цель — поддержать развитие инфраструктуры массового производства в Японии. Поскольку в твердотельных батареях используется литий, элемент с ограниченными мировыми запасами, правительство поможет закупить этот материал.

Остальной мир следует этому примеру. Немецкий Volkswagen планирует запустить производство твердотельных аккумуляторов уже в 2025 году через совместное предприятие с американским стартапом. Китайская технологическая группа QingTao (Kunshan) Energy Development потратит более 1 миллиарда юаней (153 миллиона долларов) на исследования и разработки твердотельных батарей. Инвестиции рассчитаны на три года, начиная с 2021 года.

Твердотельные батареи создают сразу пять крупных конкурентов

Твердотельные батареи часто рассматриваются как своего рода “Святой Грааль” в аккумуляторной индустрии.

А теперь рынок твердотельных аккумуляторов стал намного более конкурентоспособным после выхода на рынок крупнейшего в мире производителя автомобилей Toyota Motor с крупными инвестициями. Вот пять компаний, которые стремятся разработать твердотельные батареи нового поколения.

В течение многих лет Toyota пристально следила за сектором твердотельных накопителей и даже имеет наибольшее количество патентов на данные технологии. Однако крупнейший в мире автопроизводитель только что поднял ставки после того, как объявил о своем намерении инвестировать к 2030 году более 13,5 млрд долларов в разработку аккумуляторов следующего поколения, включая твердотельные.

В настоящее время Toyota официально возглавляет производство твердотельных аккумуляторов, которые можно назвать потенциальным переломным моментом для автопроизводителей. Эти батареи более энергоемкие, заряжаются быстрее и менее подвержены возгоранию. Компания могла бы использовать твердотельные батареи для гибридных электромобилей, таких как Prius.

Компания QuantumScape Corporation со штаб- квартирой в Сан-Хосе, Калифорния, находится на стадии разработки и коммерциализации твердотельной литий-металлической батареи для электромобилей. Компанию поддерживают Volkswagen, Билл Гейтс и SAIC Motors, и она считается лидером в производстве твердотельных аккумуляторов.

Батареи QuantumScape имеют катод и твердотельный керамический сепаратор, который подключается к анодному электрическому контакту. Когда батарея заряжается, литий в катоде отделяется и проходит через керамический сепаратор, который производит анод из металлического лития, а он, в свою очередь, генерирует зарядку с высокой плотностью энергии для электромобилей.

Аккумулятор QuantumScape имеет значительные преимущества перед литий-ионными. Это быстрая зарядка от 0% до 80% менее чем за 15 минут по сравнению с зарядкой от 10% до 80% за 60 минут для литий-ионных аккумуляторов. Это значительно более длительное время автономной работы. Батареи QuantumScape показали более 1000 циклов со средним значением удержания энергии более 90%. Компания планирует начать коммерческое производство в период с 2024 по 2025 год.

Твердотельные батареи намерены использовать Ford и BMW

Компания Solid Power из Колорадо. Ford и BMW Group стремятся использовать низкозатратные высокоэнергетические аккумуляторные технологии Solid Power в будущих электромобилях. Возможно, самым большим достижением в разработке, которым может похвастаться Solid Power, является технологичность элементов.

Масштабируемость – одна из самых серьезных проблем для твердотельных батарей. Solid Power внедрила производство Roll-to-Roll в свой производственный процесс. С 2019 года Solid Power эксплуатирует пилотную установку мощностью 6,5 МВт*ч в год. Напротив, QuantumScape в настоящее время не имеет собственного экспериментального завода, хотя планирует открыть его к 2023 году. Solid Power смогла значительно снизить потребность своих партнеров в переоборудовании существующих производственных мощностей, что является дорогостоящим и трудоемким мероприятием.

В прошлом году Samsung представил высокопроизводительные и долговечные твердотельные батареи. Его прототип аккумуляторного отсека способен обеспечить пробег электромобиля на расстояние до 800 километров без подзарядки и имеет срок службы более 1000 зарядов. В мае Samsung объявил, что к 2025 году разработает большие полностью твердотельные аккумуляторные элементы, а в 2027 году начнет их массовое производство. Samsung уступает только Toyota по количеству международных патентов, относящиеся к технологии полупроводниковых аккумуляторов.

Британская компания Ilika plc занимается проектированием, разработкой и производством твердотельных батарей в основном в Великобритании, Азии, Европе и Северной Америке. Компания предлагает аккумуляторы для различных приложений в промышленном Интернете вещей, электромобилях, умных городах, бытовой электронике, медицине и транспорте. Ilika также ускоряет разработку новых материалов для энергетики и электроники с помощью запатентованных технологий. Компания разработала твердотельные батареи, суперсплавы, катализаторы топливных элементов, заменители пьезоэлектрических материалов и т. д. :///

Началось производство взрывобезопасных батарей повышенной емкости для смартфонов

В Китае стартовало производство аккумуляторов с твердым электролитом, которые в обозримом будущем станут частью мобильной техники и транспортных средств. Они придут на смену литий-ионным батареям за счет большей компактности и безопасности.

Читайте также  Как выбрать электровелосипед для пожилых людей

Твердая энергия

Китайский стартап Qing Tao (Kunshan) Energy Development запустил первое в стране широкомасштабное производство источников энергии нового типа – твердотельных аккумуляторов. Они имеют ряд критически важных преимуществ по сравнению с современными литий-ионными батареями и в будущем могут заменить их во всех видах техники. Главное отличие твердотельных аккумуляторов от всех используемых сейчас аккумуляторов и батарей в замене жидкого электролита на твердую субстанцию — так называемый твердый электролит с особыми свойствами.

Производственная линия построена в городе Куньшань в восточной части Китая. Стартап Qing Tao основан командой разработчиков университета Цинхуа в 2014 г. Во главе компании стоит Нан Цэвень (Nan Cewen), член Китайской академии наук.

Крупные инвестиции и далеко идущие планы

В развитие своего проекта стартап инвестировал 1 млрд юаней (около €126 млн). Конвейер заработал, а компания уже получила первых клиентов, подробности о которых не раскрывает.

Китайцы собираются выпускать твердотельные аккумуляторы с плотностью энергии 400 Вт*ч/кг. До конца нынешнего года планируется выйти на общую емкость выпущенных батарей в размере 100 МВт*ч, а к началу 2020 г. нарастить этот показатель до 700 МВт*ч.

Сейчас Qing Tao сосредоточился на поиске клиентов среди производителей мобильных устройств и узкоспециального оборудования, чувствительного к качеству элементов питания и используемого в экстремальных для современной техники условиях. Но все же главной своей задачей стартап ставит партнерство с производителями электромобилей, в которых твердотельные аккумуляторов в будущем смогут заменить обычные литий-ионные блоки. В случае успеха производство твердотельных батарей для электрокаров будет налажено не позднее первой половины 2020 г.

Сотрудничество с автопроизводителями

Шансы стать частью мира электромобилей у стартапа уже есть: по словам Нан Цевеня, интерес к их продукции проявили компании Toyota и Volkswagen, в последние годы все активнее инвестирующие в средства передвижения без двигателей внутреннего сгорания. Компания Dyson, тоже заинтересовалась в использовании твердотельных элементов питания в своей продукции. По предварительным оценкам, компания Audi из состава концерна Volkswagen Auto Group станет первым в мире производителем, выпустившим спорткар с твердотельным аккумулятором. Соответствующий концепт был представлен летом 2018 г. в Пеббл-бич и получил название Audi PB18 e-tron. Автомобиль оснащен тремя электромоторами (200 л. с. на передней оси и два по 300 л. с. на задней), работающими от твердотельной батареи мощностью 95 кВт*ч. Энергии аккумулятора спорткару хватает на 500 км, а заряжается он всего за 15 минут от специальной станции с напряжением 800 В. Для отвода тепла от аккумулятора предусмотрена особая система жидкостного охлаждения.

Конкуренция неизбежна

О производстве твердотельных аккумуляторов задумываются и другие компании, в том числе и очень крупные. Среди них японская Panasonic, хотя до 2025 г. она будет заниматься только литий-ионными блоками. Toyota тоже интересуется собственным производством твердотельных батарей, однако раньше 2030 г. она не планирует его запускать – на данном этапе ей выгоднее наладить партнерские отношения с той же Qing Tao.

А вот Генрик Фискер (Henrik Fisker), основатель компании-банкрота Fisker Automotive, сейчас развивает стартап Fisker, сотрудники которого работают над электрическим спорткаром Emotion и собственной технологией твердотельных элементов питания. Fisker отдает предпочтение пленочным твердотельным блокам с трехмерной структурой. Подробности о своей разработке Генрик Фискер не раскрывает.

Также весной 2017 г. американский изобретатель Джон Гуденаф (John Goodenough), создатель литий-ионной батареи и лауреат многих престижных премий, совместно с группой исследователей из Техасского университета США разработал собственную технологию твердотельного аккумулятора с повышенной плотностью энергии. Новый тип батарей выдерживает температур до -60 градусов Цельсия, не взрывается от перегрева или повреждения оболочки, а при утилизации не вредит окружающей среде. Для накапливания энергии в такой батарее вместо лития используется натрий, который можно добывать из морской воды, что и делает его безопасным для природы. Технология очень перспективная, но по состоянию на ноябрь 2018 г. в производство батареи, основанные на ней, пока не поступили.

Преимущества твердотельных аккумуляторов

Литий-ионные батареи, используемые в портативной электронике и автомобилях, имеют ряд серьезных недостатков: они взрывоопасны, относительно быстро деградируют, боятся перепадов температур и имеют не самую высокую плотность энергии. Ярким примером опасности, которую несут литий-ионные батареи, стал случай взрыва печально известного флагманского смартфона SamsungGalaxyNote 7 в руках шестилетнего ребенка.

Батареи для электрокаров с жидким электролитом весят десятки и даже сотни килограммов, занимают значительное пространство и нуждаются в очень эффективном отводе тепла. Также литий-ионные блоки могут подвергаться ускоренной деградации за счет использования технологий быстрой зарядки.

Твердотельные аккумуляторы лишены большей части перечисленных недочетов – у них выше плотность энергии, что позволяет уменьшить их размеры и вес по сравнению с литий-ионными батареями идентичной емкости. Они меньше подвержены перегреву, что делает их более безопасными, и они могут выдержать больше циклов перезарядки. По словам Генрика Фискера, даже производство такого рода батарей занимает меньше времени в сравнении с литий-ионными. Представители Qing Tao не дают комментариев по этому вопросу.

Электромобиль Toyota с запасом хода 500 км и зарядкой за 10 минут

Свой революционный электромобиль компания Toyota планирует показать уже в следующем 2021 году. Уникальным будет не столько сам электромобиль, а его аккумуляторная батарея, которая позволит увеличить дальность до 500 километров без подзарядки, при этом заряжаться до 100% процентов авто сможет всего за 10 минут. По данным издания Nikkei Asia, компания Toyota наконец представит свой первый твердотельный аккумулятор для электромобилей, способный придать новый импульс развитию электромобилей.

Мы уже не раз писали о настоящей гонке среди автопроизводителей за доминирование на рынке электромобилей. Такое ощущение, что все иные разработки остались в стороне на автомобильном мировом рынке. Если ещё совсем недавно автопроизводителем по настоящему серийно выпускающей электромобили была компания Tesla, то сейчас в гонку включились мировые лидеры. Вспомним Audi с их e-tron, Mercedes заявивший о выпуске в 2021 году EQS, Porshe, VW, Ford и т.д.

И вот с совершенно новой технологией, которая станет потенциальной панацеей от недостатков электромобилей, на мировой рынок выходит японский автопроизводитель Toyota. С их новой батареей электромобиль Toyota получает поистине необходимые потребительские качества, которые сдерживали популяризацию электромобилей.

Твердотельный аккумулятор, который планируют устанавливать во все будущие новинки от Toyota, позволит увеличить запас хода, как минимум в 2 раза, по сравнению с конкурентами на литий-ионных батареях. При этом размер и вес самой батареи не изменится. Автомобиль, который имеет меньше подвижных частей, по сравнению с автомобилем с ДВС, запас хода превышающий 500 километров, заряд до полной ёмкости всего за 10 минут – разве не фантастически всё это звучит?

В серьёзности намерений компании Toyota не стоит сомневаться, ведь она занимает первое место в мире по количеству патентов на твердотельные аккумуляторные батареи. Предположительно, новая Toyota BZ (аналогичен Toyota RAV4) станет первым полностью электрическим автомобилем с новым аккумулятором. Так же ещё один автопроизводитель, компания Nissan Motor, планирует разработать собственную твердотельную батарею.Выход в серию их разработке намечен на 2028 год, но к тому времени, при скорости развития рынка и технологий, нужно будет разрабатывать уже что то совсем иное.

Читайте также  Faraday Future показали 1000-сильный электрокар FFZERO1

Подписывайтесь на наш канал на сервисе Яндекс Дзен
Будьте в курсе последних новостей на нашем Телеграм канале

Toyota создает революцию в производстве электромобилей

Стратегия японской автомобильной компании Toyota предусматривает развитие в трех направлениях: технологии, транспорт на топливных элементах и классический электротранспорт. Если представленные Toyota автомобили на топливных элементах немногим отличаются от аналогов других концернов, то с остальными направлениями ситуация интереснее. Компания в очередной раз перенесла выпуск нового поколения батарей, которые перевернут весь рынок электрического транспорта. Avtopro.ua, крупный маркетплейс автомобильных товаров, смог узнать больше.

Новый тип батарей

При поддержке Panasonic параллельно с разработкой нового типа твердотельных батарей японский производитель проектирует автомобиль, предназначенный специально для реализации инновационного проекта. Демонстрация первой версии уникального электромобиля не состоится в 2020 году. Toyota планирует рассказать больше о разработках во время Олимпийских игр в Токио, перенесенных с 2020 на 2021 год. При этом батареи появятся в продаже в 2025 году. Вот что известно о новой разработке:

  • Батареи будут использовать твердый электролит из металлополимеров;
  • Новинка отличается высокой безопасностью и низкой склонностью к перегреву;
  • По эффективной емкости батарея превосходит все существующие аналоги.

Другие интересные особенности: низкая склонность к деградации (потере первоначальных характеристик), высокая устойчивость к вибрациям. Как отмечают эксперты Массачусетского технологического института, в твердотельные аккумуляторы можно забить гвоздь, а также они не загораются после подключения к нагрузке, в отличие от литий-ионных АКБ. Использование таких источников энергии в электротранспорте существенно повысит его безопасность и запас хода, что является слабым местом даже ультрасовременных EV.

Особенности разработки

По словам Кейджи Каита, руководителя подразделения Toyota Powertrain, несколько прототипов твердотельных батарей уже были созданы, после чего компания столкнулась с двумя проблемами. Первая: короткий срок службы прототипов. Часть изделий вышла из строя после нескольких перезарядов. Вторая: сложности в изготовлении анода (минуса батареи). В Toyota не могут подобрать наиболее подходящий материал и форму анода. Решение проблемы с «начинкой» батареи уже представил Panasonic. Компания уверена, что твердый электролит на основе серы обеспечивает эффективный перенос заряда. При этом даже последние прототипы деформируются под нагрузкой, что свидетельствует о проблемном составе электролита.

Компания Samsung, также занимающаяся разработкой твердотельных аккумуляторов, столкнулась с аналогичными проблемами, но смогла решить часть из них. Одним из решений стало использование композитов из углерода с добавлением серебра. Вне зависимости от используемого материала, производство ячеек аккумуляторов нового типа будет возможно только в ультра-сухой среде. Toyota осваивает изготовление новых АКБ в герметичных камерах. Полноценное производство начнется только в 2025 году. Каита отметил, что стоимость новинки будет высокой, однако Toyota вместе с Panasonic будут работать над удешевлением твердотельных аккумуляторов и их внедрением в массовое производство.

Спасибо за Вашу активность, Ваш вопрос будет рассмотрен модераторами в ближайшее время