Літій-іонним батареям знайшли заміну: 5 технологій, які змінять електромобілі

Літій-іонні батареї поки що залишаються головним джерелом енергії для електромобілів. Але їхній потенційний наступник уже формується: одні технології обіцяють дешевші акумулятори, інші — більший запас ходу, безпечнішу експлуатацію або меншу залежність від дефіцитної сировини.

Повністю відмовлятися від літій-іонних батарей найближчим часом не доведеться. Однак ринок електромобілів поступово може перейти до кількох різних типів акумуляторів залежно від класу та призначення автомобіля.

1. Натрій-іонні батареї

Натрій-іонні акумулятори вважаються одним із найближчих до масового застосування конкурентів літій-іонних батарей.

Принцип їхньої роботи схожий, але замість літію використовується натрій — значно доступніший елемент. Технологію вже масштабують великі виробники, зокрема CATL і BYD, а перші електромобілі з натрій-іонними батареями з’явилися на китайському ринку.

Головний недолік — нижча енергетична щільність. Сучасні натрій-іонні осередки можуть досягати близько 175 Вт·год/кг, тоді як LFP-батареї — приблизно 205 Вт·год/кг, а деякі NMC-акумулятори — близько 265 Вт·год/кг.

Тому натрій-іонні батареї особливо цікаві для недорогих міських електромобілів, де максимальний запас ходу не є головним критерієм.

2. Твердотільні батареї

Твердотільні акумулятори можуть стати одним із найважливіших наступних етапів розвитку електромобілів.

На відміну від звичайних літій-іонних батарей, вони використовують твердий електроліт замість рідкого. Це потенційно підвищує безпеку та відкриває шлях до значно більшої енергетичної щільності.

Особливо перспективним вважається поєднання твердотільного електроліту з літій-металевим анодом. У теорії це дозволить збільшити запас ходу без пропорційного збільшення маси батареї.

Втім, залишається ключова проблема — виробництво. Твердотільні акумулятори складно та дорого виготовляти у великих масштабах, а їхні переваги ще потрібно підтвердити у масових автомобілях.

3. Літій-сірчані батареї

Літій-сірчані акумулятори можуть запропонувати значно вищу енергетичну щільність, ніж традиційні літій-іонні системи.

Їхня додаткова перевага — сірка. Вона поширена та відносно недорога, тому така хімія потенційно може зменшити залежність від частини дорогих матеріалів.

Це особливо цікаво для техніки, де кожен кілограм має значення: електричних вантажівок, човнів і навіть літальних апаратів.

Проте технологія поки не готова до широкого застосування. Однією з головних проблем залишається тривалість життя батареї: акумулятор має витримувати велику кількість циклів заряджання та розряджання без значної втрати ємності.

4. Магній-іонні батареї

Магнієві акумулятори виглядають цікаво завдяки властивостям самого магнію.

Іон магнію теоретично може переносити два електрони, тоді як іон літію — один. Це створює потенціал для високої енергетичної щільності.

Ще одна перевага — доступність магнію. Його широке використання могло б зменшити залежність акумуляторної промисловості від літію.

Але технологія поки далека від масового виробництва. Іони магнію сильно взаємодіють із матеріалами батареї, через що дослідникам складно створити електроди та електроліти, які забезпечуватимуть швидке заряджання і стабільну роботу протягом багатьох циклів.

5. Цинкові батареї

Цинкові акумулятори також розглядаються як альтернатива для майбутніх систем зберігання енергії.

Цинк доступний і відносно дешевий, а деякі конструкції використовують водні електроліти. Це може зменшити ризик займання порівняно з деякими традиційними акумуляторними системами.

Досліджуються різні варіанти, зокрема цинк-іонні та цинк-повітряні батареї.

Однак для електромобілів залишається серйозна проблема — енергетична щільність. Автомобільна батарея повинна зберігати багато енергії при мінімальній масі та об’ємі. Саме за цим параметром цинкові системи поки поступаються літій-іонним.

Одна батарея навряд чи переможе всі інші

Найімовірніше, майбутнє електромобілів визначатиме не одна технологія, а кілька.

Натрій-іонні акумулятори можуть закріпитися в доступних міських електромобілях. Твердотільні батареї — у моделях, де потрібні великий запас ходу та висока енергетична щільність. Літій-сірчані системи можуть отримати шанс у важкому електротранспорті, а магнієві та цинкові технології поки залишаються переважно на стадії досліджень.

Тобто літій-іонна ера не закінчується. Навпаки, наступний етап може виявитися набагато різноманітнішим.

Чому це важливо

Батарея є одним із найдорожчих і найважчих компонентів електромобіля. Зміна її хімії може вплинути не лише на запас ходу, а й на ціну автомобілів, швидкість заряджання, безпеку та залежність виробників від постачання критично важливої сировини.

Як повідомляє NNews із посиланням на Interesting Engineering, саме тому виробники та дослідники одночасно розвивають кілька альтернативних технологій, а не роблять ставку лише на одного потенційного наступника літій-іонних батарей.

Цікаво:

натрій-іонна технологія вже вийшла за межі лабораторій — перші електромобілі з такими батареями з’явилися на китайському ринку.