Ограниченная дальность хода электромобилей, большинство из которых проезжает до 380 миль, является одним из основных препятствий на пути широкого внедрения электромобилей. Производители автомобилей и исследователи часто ищут три решения проблемы дальности действия: энергоэффективные автомобильные системы, улучшенные методы зарядки аккумуляторов или аккумуляторы большей емкости.
Недавно General Motors (GM) вложила значительные средства в третье решение – аккумуляторы большей емкости – как ответ компании на решение задачи в создании электромобилей большой дальности. В то время как конкурирующие производители электромобилей, такие как Tesla, стремились к созданию аккумуляторов большей емкости, изменяя архитектуру литий-ионных аккумуляторов, решение GM состоит в том, чтобы полностью отвести исследования и разработки от литий-ионные аккумуляторы.
Вместо этого автомобильный гигант предпочитает разрабатывать батареи с металлическим литием в надежде создать более емкую и более дешевую батарею. В чем преимущества литий-металлических аккумуляторов для электромобилей по сравнению с литий-ионными аккумуляторами? И почему до сих пор производители не использовали эту технологию в значительной мере?
Литий-металлические батареи работают по принципу, аналогичному литиево-ионным батареям. В литий-ионной батарее анод и катод разделены сепаратором, «смоченным» электролитом, чтобы способствовать перемещению ионов лития между анодом и катодом. Сепаратор изолирует анод и катод, чтобы предотвратить короткое замыкание, позволяя только Li-on проходить через электролит. Это создает функциональный ток. В Li-on батарее анод обычно изготавливается из графита, а катод – из оксида лития-кобальта.
Литий-металлические батареи работают аналогичным образом, но вместо графитового анода они используют металлический литий высокой энергии. По мнению исследователей из Университета штата Вашингтон, металлический литий считается «материалом мечты» для батарей, потому что из всех известных твердых материалов он имеет самую высокую плотность энергии. Фактически, литий-металлическая батарея может хранить как минимум на 33% больше энергии на фунт, чем литий-ионные батареи, что дает батареи большей емкости и меньшего веса.
Хотя литий-металл кажется очевидным кандидатом для разработчиков электромобилей, опасения по поводу безопасности батареи были серьезным ограничением. При переносе ионов лития между анодом и катодом литий-металлический аккумулятор более склонен к образованию дендритов - твердых игольчатых структур, которые образуются на металлическом литии. Если не контролировать, дендриты в конечном итоге прорвутся через катод, закоротив аккумулятор и рискуя возгорать электролит в аккумуляторе.
Даже если батарея не загорится, дендриты могут увеличить саморазряд, а это означает, что литий-металлические батареи теряют способность сохранять заряд в течение длительного времени. Из-за этих недостатков производители по большей части отказались от этого типа батарей в пользу его более зарекомендовавшего себя собрата, литий-ионного аккумулятора. Тем не менее, благодаря большим исследованиям и инвестициям в литий-металлические батареи в последние годы, технология, похоже, возвращается.
Шесть лет назад GM инвестировала в стартап под названием SolidEnergy Systems (SES), компанию, исследующую новые способы разработки и производства литий-металлических батарей, которые действительно были безопасны в использовании. Теперь компании объявили о соглашении о совместных разработках, часть которого включает план по строительству производственной линии прототипирования в Уобурне, штат Массачусетс.
Хотя большая часть информации все еще хранится в секрете, обе компании вносят свой собственный литий-металлический IP в список, при этом только GM владеет 49 патентами и ожидает 45 патентов, находящихся на рассмотрении. GM заявляет, что уже разработала литий-металлическую батарею с защищенным анодом, которая прошла более 150 000 пробных миль в исследовательском центре. Это партнерство направлено на ускорение исследований и разработок литий-металлических изделий в обеих компаниях с возможной надеждой на создание коммерческой батареи к 2023 году.
© digitrode.ru