Интернет журныл о промышленности в Украине

Твердотельная батарея Ionic - революція в електромобільності

  1. Літій-іонні батареї - тупик технологій
  2. Кобальтова залежність - ворог електромобільності

Винахід американського вченого Майкла Циммермана, який працює на проект Ionic Materials, є справжнім проривом в області твердотільних акумуляторних батарей. Його відкриття дозволяє збільшити ємність батарей, зробити їх безпечними, і прибрати з них найдорожчий і спірний матеріал - кобальт.

Для довідки:

Ionic Materials - це компанія, організована автовиробниками Renault, Nissan, Mitsubishi, Hyundai та французької нафтогазової компанії Total. Метою проекту є розробка технологій безкобальтовим твердотільних батарей.

Метою проекту є розробка технологій безкобальтовим твердотільних батарей

Літій-іонні батареї - тупик технологій

За останні 10 років з просто ідеї електромобілі перетворилися в реальність. Якщо ще в 2010 році у всьому світі продавали близько 6000 електромобілів і плагін-гібридів, то в 2017 їх продажі досягли 1 млн.

До 2030 року автовиробники збираються випустити десятки нових моделей електромобілів і гібридів, і кожному з зійшли з конвеєра авто знадобиться батарея.

До 2030 року автовиробники збираються випустити десятки нових моделей електромобілів і гібридів, і кожному з зійшли з конвеєра авто знадобиться батарея

У зв'язку з цим світом стало з'являтися все більше заводів з випуску акумуляторів - за останні 8 років виробництво літій-іонних батарей збільшилася в 10 разів. При цьому, їх виробництво залишається дорогим процесом, а продуктивність таких джерел живлення досягла своїх кінцевих можливостей.

Кобальтова залежність - ворог електромобільності

Літій-іонний акумулятор був винайдений в 1980 році 96-річним американським професором Оксфордського університету Джоном Гуденаф.

Літій-іонний акумулятор був винайдений в 1980 році 96-річним американським професором Оксфордського університету Джоном Гуденаф

Конструкція літій-іонного акумулятора

Конструкція сучасної акумуляторної батареї передбачає наявність чотирьох базових елементів: позитивного і негативного електрода, сепаратора між електродами, і рідкого електроліту. Позитивний електрод (катод) покритий шаром оксидів літію, кобальту, нікелю та марганцю. Кобальт необхідний для запобігання перегріву батареї, а також забезпечує її можливістю до багаторазової перезарядки.

Але кобальт - це і найдорожчий компонент батареї.

За даними міжнародних бірж, зараз середня вартість кобальту становить близько $ 12 за 1 кг в порівнянні з $ 8 за 1 кг літію і $ 5 за 1 кг нікелю. На ці три металу доводиться чверть вартості сучасної акумуляторної батареї.

При цьому, понад 60% світового видобутку кобальту, як відомо, відбувається в Конго, де використовується ручна і дитячу працю.

При цьому, понад 60% світового видобутку кобальту, як відомо, відбувається в Конго, де використовується ручна і дитячу працю

І хоча зараз в штаті Айдахо і Аляска (США), а також в Австралії запущені проекти по створенню кар'єрів видобутку кобальту, метал на них зможуть видобувати не раніше 2020 року. Так що єдиний спосіб піти від «кобальтової залежності» - це мінімізувати або виключити його зовсім з конструкції батареї.

Відкриття Майка Циммермана лежить в площині заміни рідкого електроліту на твердий, тобто, цей вчений працює над створенням твердотільних акумуляторних батарей.

Відкриття Майка Циммермана лежить в площині заміни рідкого електроліту на твердий, тобто, цей вчений працює над створенням твердотільних акумуляторних батарей

Майкл Циммерман

Звичайно, Циммерман не перший і не єдиний, хто над ними працює. Багато компаній і автовиробники вкладають в розвиток цієї технології мільйони доларів, а перший твердий електроліт був відкритий ще в 1830 році Майклом Фарадеєм.

Однак, до цього часу нікому ще не вдавалося, забезпечивши акумуляторну батарею твердим електролітом, домогтися від неї безпеки та ефективності. Та й відсутність кобальту робило батарею неймовірно вибухонебезпечною.

Та й відсутність кобальту робило батарею неймовірно вибухонебезпечною

Твердотельная батарея Ionic

Але, Ціммерманн вдалося зробити відкриття, що усуває ці проблеми.

Він створив полімерний вогнестійкий матеріал на основі поліфенілсульфіда, який на відміну від інших пластмас, може проводити електрони при кімнатній температурі. Цей матеріал міцний, добре піддається механічній обробці, здатний протистояти впливу багатьох хімічних речовин, на зразок концентрованих кислот, метанолу, луги, органічних розчинників і киплячої води.

Ще в цих акумуляторах замість кобальту використовуються дешеві і поширені цинк і марганець. Завдяки цьому твердотільна батарея Ionic виходить дешевої, легкої і не габаритної.

Завдяки цьому твердотільна батарея Ionic виходить дешевої, легкої і не габаритної

Дивно й те, що нова твердотільна батарея Ionic не боїться ушкоджень, розрізів, ударів і проколів.

Це відео демонструє, як легко від порушення цілісності вибухають і загоряються літій-іонні батареї, а твердотільна батарея Ionic винайдена Майком Циммерманом, ніяк не реагує навіть в момент, коли її ріжуть ножицями.

Але, що найважливіше: новий твердий електроліт надає акумуляторної батареї Ionic більшу, ніж у літій-іонних ємність, і наділяє її властивістю витримувати сотні перезаряджень. При тестуванні ця батарея витримала більше 400 перезаряджень, але вчені вважають, що цей показник можна ще збільшити.

Звичайно, відкритий матеріал ще належить допрацювати і остаточно протестувати. Але його виробництво є не складним і не дорогим процесом. Сам винахідник говорить, що на доопрацювання технології буде потрібно близько 2 років, після чого можна буде налагоджувати серійне виробництво.

Так що, схоже, передбачення експертів про появу комерційно вигідним, ефективним і безпечним акумуляторної батареї до 2025 року виявляться вірними. На сьогоднішній день компанія Ionic вже підписала ряд ліцензійних угод на виробництво комерційних версій елементів живлення.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.