Становится все яснее, что электромобили представляют собой будущее автомобильной промышленности. Несмотря на сильные предложения на рынке, у них все еще есть свои недостатки, и не все убеждены в их практичности. Автопроизводители планируют использовать твердотельные батареи, чтобы изменить это.
В последнее время много говорят о твердотельных аккумуляторах и о том, что они являются будущим рынка электромобилей. Автопроизводители обещают, что эта новая технология аккумуляторов произведет революцию на рынке, предлагая более быстрое время зарядки, более длительные пробеги и более легкие грузы. А что еще лучше, так это то, что это уже не за горами.
Мы изучаем преимущества твердотельных аккумуляторов и то, как они улучшат предложения электромобилей для вас, покупателя. Мы также рассмотрим некоторые недостатки технологии и то, что может помешать ее массовому внедрению. Наконец, мы расскажем, когда можно ожидать увидеть эту технологию в автомобилях и на дороге.
Чтобы предоставить вам максимально актуальную и точную информацию, данные, использованные при составлении этой статьи, были получены с различных веб-сайтов производителей и из других авторитетных источников, включая TopSpeed и EPA.
Прорыв в области твердотельных батарей
Закрыто
На данный момент вы, вероятно, слышали о твердотельных батареях (SSB), так или иначе. Автопроизводители обещают вскоре внедрить их в электромобили и утверждают, что они увеличат время зарядки, увеличат емкость и уменьшат вес. Понимание того, как эта новая технология достигает этого, требует изучения различий между твердотельными батареями и батареями, которые мы используем в электромобилях сегодня.
Твердотельные и литий-ионные
Самый простой способ объяснить разницу между ними заключается в том, что литий-ионные батареи используют жидкий или гелевый электролит, тогда как твердотельные батареи используют твердый электролит, обычно в порошкообразной форме. Это означает, что твердотельные батареи гораздо более энергоемкие, то есть они могут удерживать заряд намного лучше, чем их литий-ионные аналоги.
Это имеет ряд различных практических эффектов. Во-первых, это означает, что твердотельные батареи не должны быть такими большими или тяжелыми, как литий-ионные батареи, но они все еще могут удерживать больше заряда. Они также способны заряжаться намного быстрее, чем традиционные батареи, что означает, что зарядная инфраструктура может быть модернизирована, так что вы можете зарядить свой электромобиль за пару минут. Они также имеют гораздо более длительный ожидаемый срок службы, что означает, что вам придется дольше их менять.
Плюсы SSB
- Более высокая плотность энергии
- Быстрая зарядка
- Улучшенная безопасность
- Более длительный срок службы
- Легкий вес
Минусы SSB
- Высокие производственные затраты
- Ограниченная масштабируемость
- Чувствительный к температуре
- Проблемы совместимости
- Неопределенная долгосрочная прочность
Твердотельные батареи обеспечивают невероятные преимущества в производительности
Вид спереди на 3/4 Hyundai Ioniq 2025 5 года с использованием Tesla Supercharger
Многие пытаются убедить нас, что твердотельные батареи — это будущее электромобилей. Некоторые автопроизводители даже воздержались от полномасштабных инвестиций в рынок электромобилей, пока твердотельные батареи не станут широкодоступными. Причина этого в том, что они утверждают, что твердотельные батареи обеспечивают производительность, которая заставляет традиционную архитектуру батарей выглядеть старомодной.
Более быстрая зарядка и больший запас хода
Одной из главных причин, по которой электромобили не полностью вытеснили традиционные автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), является не слишком высокая уверенность в аккумуляторах. Большинство электромобилей все еще не могут конкурировать с автомобилями с ДВС по запасу хода, а длительное время зарядки, даже на самых быстрых зарядных устройствах, не идет ни в какое сравнение с тем, как мало времени требуется, чтобы заправить автомобиль топливом.
Вот тут-то и появляются твердотельные батареи. Их более высокая плотность энергии означает, что они могут хранить гораздо больше энергии, что означает больший запас хода в ваших транспортных средствах. Они также оказались более эффективными, что означает меньшие потери энергии при разрядке батареи. В настоящее время максимальный запас хода электромобиля в Соединенных Штатах составляет 512 миль, что соответствует Lucid Air Grand Touring. Большинство автопроизводителей заявляют, что их твердотельные батареи должны обеспечивать запас хода от 500 до 750 миль.
|
Автомобилестроителя |
Заявленный диапазон твердотельных аккумуляторов |
|---|---|
|
Toyota |
745–932 мили |
|
Mercedes-Benz |
620+ миль |
|
Honda |
620+ миль |
|
Hyundai |
600+ миль |
Время зарядки также является большой головной болью. Самые быстро заряжающиеся электромобили на рынке могут заряжаться с нуля до 80 процентов за 20-30 минут. Твердотельные батареи технически могут заряжаться с гораздо большей скоростью, то есть у них есть потенциал заряжаться намного быстрее, чем традиционные батареи. Конечно, однако, это означало бы, что сеть зарядных станций придется модернизировать.
Повышенная безопасность и термическая стабильность
Безопасность — еще одна большая проблема, когда речь идет об аккумуляторах в электромобилях. В последнее время мы видели, как несколько электромобилей попадали в новости из-за возгораний. Тушение возгорания аккумулятора — тоже непростая задача, а если вы оказались заперты в машине, когда бушует пожар, это может иметь катастрофические последствия. Однако твердотельные аккумуляторы значительно снижают вероятность теплового разгона, поскольку большинство твердых электролитов не воспламеняются.
Кроме того, твердотельные батареи обеспечивают некоторые впечатляющие преимущества, когда дело касается долговечности. Они, как правило, более стабильны, чем батареи с жидкими электролитами, что снижает вероятность побочных реакций. Что еще более важно, они уменьшают образование дендритов. Дендриты — это крошечные кристаллы, которые образуются в батареях с течением времени. Эти кристаллы угрожают снизить целостность батарей, что является основной причиной, по которой батареи необходимо заменять.
Примером такого увеличенного срока службы служат испытания, проведенные Volkswagen. Недавно они провели испытание, в ходе которого их твердотельная батарея прошла 1,000 циклов, и батарея сохранила 95 процентов своего ожидаемого срока службы. Это было бы эквивалентно пробегу около 310,000 XNUMX миль, то есть она должна прослужить намного дольше, чем требуется среднестатистическому покупателю автомобиля.
Существуют проблемы с массовым производством твердотельных батарей
Сборка аккумуляторной батареи на заводе Honda.
В этот момент вы также можете подумать, что твердотельные батареи — это Святой Грааль аккумуляторных технологий. Однако ничто хорошее не обходится без недостатков. Хотя твердотельные батареи предлагают массу преимуществ, и очевидно, что отрасль довольно сильно склоняется к технологиям, их не так-то просто производить, и есть недостатки при запуске их в полномасштабное производство.
Высокие издержки производства и производственные барьеры
Традиционные батареи уже довольно дороги в производстве. Твердотельные батареи идут на шаг дальше, требуя такие вещи, как литий-металлические аноды и твердые электролиты. Они также требуют совершенно новых методов изготовления, что означает, что сам процесс производства также дорог. Многие компании работают над разработкой необходимой инфраструктуры для производства твердотельных батарей, но все это довольно ново.
Из-за отсутствия инфраструктуры масштабируемость является проблемой. Хотя некоторые автопроизводители уже продемонстрировали демонстрационные линии по производству твердотельных аккумуляторов, перенос этого на полномасштабную эксплуатацию является сложной и дорогостоящей задачей. Много времени и денег вкладывается в исследования и разработки с целью снижения общей стоимости твердотельных аккумуляторов.
Honda показала многообещающие результаты в этой области, а их недавняя демонстрационная линия продемонстрировала уникальные методы, направленные на снижение производственных затрат. Они начали использовать технологию, называемую прокатным прессованием, где они по сути штампуют элементы аккумулятора вместе с помощью большого пресса. Это оказало огромное влияние на их ожидаемые производственные затраты.
Твердотельные батареи могут появиться в электромобилях раньше, чем вы думаете
Крупный план Honda Prologue 2024 года с использованием быстрой зарядной станции
Преимущества использования твердотельных аккумуляторов в электромобилях очевидны, и новая технология аккумуляторов может стать последним гвоздем в гроб двигателей внутреннего сгорания. Некоторые из недостатков могут создать ощущение, что эта технология — нечто, что мы увидим только в далеком будущем, но автопроизводители стремятся внедрить SSB в электромобили до начала десятилетия.
Ожидаемые сроки широкого внедрения
- Mercedes-Benz начал дорожные испытания электромобилей с двигателем SSB
- Honda планирует выпустить электромобили с SSB-двигателями во второй половине 2020-х годов
- Toyota планирует вывести SSB на дороги в период между 2027 и 2028 годами
- Nissan планирует представить свои SSB к 2028 году
По большей части, большинство автопроизводителей и их партнёры нацелены на установку твердотельных батарей в электромобили до 2030 года. Не у всех есть чёткие сроки, но, похоже, к тому времени, как наступит 2030 год, большинство автопроизводителей должны быть в деле. Однако это не означает, что каждый автомобиль получит твердотельную батарею. Из-за ограниченной масштабируемости и высоких производственных затрат можно ожидать, что автопроизводители сначала сосредоточатся на нескольких моделях, прежде чем расширяться на все свои линейки.
Твердотельные батареи, несомненно, окажут огромное влияние на рынок электромобилей. Очевидно, что автомобильный мир движется к полностью электрическим автомобилям, но скептицизм потребителей продолжает отталкивать эту повестку дня. Однако твердотельные батареи решают многие проблемы покупателей, и этого может быть достаточно, чтобы повлиять на многих людей. Однако всегда будут люди, которые предпочитают рычание двигателя, независимо от того, насколько практичными станут электромобили.
