АКБ для электромобилей: дешевле и объемнее – новые технические решения

Одна из главных проблем электромобилей, препятствующая их распространению – запас хода, который зависит от аккумуляторов. Что мы имеем на сегодня в максимуме? Это литий-ионные батареи, которые смогут обеспечить примерно 700 км пробега в авто класса VIP при лучших условиях: т. е. летом, при минимальном количестве задействованных потребителей энергии. А в обычных электрокарах это цифра еще меньше, раза в два с лишним.


Отсюда понятно, что цель конструкторов АКБ и производителей электрокаров заключается в создании недорогого аккумулятора, гарантирующего не менее 1000 км пробега. Исследователи убедились: лучший вариант при разработке продукта – использование кремния, обладающего высокой емкостью. Да, этот химический элемент стали активно применять в ходе изготовления АКБ. Но неожиданно выяснились проблемы, препятствующие широкому распространению батарей с кремниевой «начинкой».

Нерешенная задача

Она связана с конкретными трудностями: Si во время зарядки расширяется в 3 раза (иногда и больше), а после использования снова возвращается к первоначальным габаритам. Это вызывает проблему для практического применения аккумулятора в авто. Ее решение – в наночастицах кремния. Однако этот материал, процесс его изготовления довольно дороги.


Тогда пошли по пути укрупнения и стали использовать микроэлементы. Они больше, но их производство дешевле. Однако главная проблема осталась: расширение анодного материала. Как ее решить?

Исследования и результаты

Группа ученых из Южной Кореи, «активистами» которой являются С. Парк, доктор Х. Бин и кандидат наук М. Дже, работающие в POSTECH – научном университете из Пхоханя, предложили свое решение. Они создали литий-ионную батарею, в которой применены микрочастицы Si и полимерные электролиты в виде геля. Это важнейший компонент, обеспечивающий перемещение ионов между «+» и «-». Он обладает полимерной структурой и гарантирует стабильность процесса, чего нельзя сказать о существующих ныне жидких электролитах.


Чтобы связать микрочастицы кремния и гель, ученые применили электронный пучок. В результате такого воздействия напряжение, вызываемое расширением Si, рассеивается: объем литий-ионного аккумулятора изменяется не так сильно, а вот структурная стабильность повышается. АКБ с микрочастицами кремния, которые больше традиционно используемых наноэлементов в сотню раз, продемонстрировала лучшую стабильность. Помимо этого, новая батарея показала хорошую ионную проводимость, присущую жидкому электролиту, благодаря чему плотность энергии повысилась на 40 %.

Если не вдаваться в научную суть нового аккумулятора, можно сказать проще – такая батарея гарантирует больший пробег (до 1000 км) при меньших затратах на производство. Напомним: таких результатов добились в Южной Корее, а что конкуренты, и в первую очередь, Китай? Там тоже не спят и предлагают свои варианты увеличение емкости АКБ и снижения ее стоимости.

Envision AESC Group

Это компания из КНР, которая заявила, что в текущем году приступает к масштабному производству автомобильных аккумуляторных блоков для Nissan Leaf. Предполагается, что они обеспечат запас хода не менее 1000 км. И речь не идет о каком-то принципиально новом техническом решении: «всего-навсего» компания пересматривает число ячеек в АКБ и ее компоновку.


Производство новых батарей китайцы собираются организовать не у себя на родине, что выглядит уже необычно, а в префектуре Ибараки (Япония). В Envision AESC Group утверждают: разработанные ими АКБ будут обладать вдвое большей емкостью при таких же габаритах.


Сократится время зарядки: оно составит менее 20-ти минут. А вот масса возрастет: например, стало известно: подобный аккумулятор для GMC Hummer EV при емкости 247 кВт*ч весит более 1300 кг.