Jūs esat redzējuši virsraksti: Šis akumulatora sasniegums uz visiem laikiem mainīs elektrisko transportlīdzekli. Un tad… klusums. Jūs dodaties uz vietējo izstāžu zāli, un visas automašīnas izskatās un jūtas vienādi.
WIRED kļuva nokaitināts par šo parādību. Tāpēc mēs runājām ar akumulatoru tehnoloģiju ekspertiem par to, kas patiesībā notiek elektrisko transportlīdzekļu akumulatoros. Kādas tehnoloģijas šeit ir? Kuras, iespējams, būs, guess vēl nav, tāpēc neaizturiet elpu? Kas, iespējams, drīzumā nenāks?
“Ir viegli aizrauties ar šīm lietām, jo akumulatori ir tik sarežģīti,” saka Pranavs Jasvani, tirgus izlūkošanas uzņēmuma IDTechEx tehnoloģiju analītiķis. “Daudzām mazām lietām būs tik liela ietekme.” Tāpēc tik daudzi uzņēmumi, tostarp autoražotāji, to piegādātāji un akumulatoru ražotāji, eksperimentē ar tik daudzām akumulatora daļām. Nomainiet vienu elektrības vadītāja materiālu pret citu, un elektriskā transportlīdzekļa akumulatora darbības rādiuss var palielināties par 50 jūdzēm. Pārveidojiet akumulatoru komplektu komplektāciju, un autoražotājs var pietiekami samazināt ražošanas izmaksas, lai patērētāji varētu atpūsties.
Tomēr eksperti saka, ka pat nelielu uzlabojumu ieviešana sērijveida automašīnās var aizņemt ilgu laiku — dažreiz pat 10 gadus vai vairāk. “Acīmredzot mēs vēlamies pārliecināties, ka viss, ko ievietojam EV, darbojas labi un atbilst drošības standartiem,” saka Evelīna Stoikou, kas vada akumulatoru tehnoloģiju un piegādes ķēdes komandu pētniecības uzņēmumā BloombergNEF. To nodrošināšana nozīmē, ka zinātnieki nāk klajā ar jaunām idejām, guess piegādātāji izdomā, kā tās īstenot; autoražotāji savukārt stingri pārbauda katru iterāciju. Visu laiku visi uzdod vissvarīgāko jautājumu: vai šim uzlabojumam ir finansiāla jēga?
Tāpēc ir tikai loģiski, ka ne katrs izrāviens laboratorijā tiek sasniegts. Šeit ir tie, kas patiešām ir nozīmīgi, un tie, kas vismaz līdz šim nav pilnībā attīstījušies.
Tas tiešām notiek
Lielajiem akumulatoru sasniegumiem ir kaut kas kopīgs: tie ir saistīti ar litija jonu akumulatoru. Ir pieejamas arī citas akumulatoru ķīmiskās vielas — vairāk par tām vēlāk, taču nākamajā desmitgadē būs grūti panākt dominējošo akumulatoru formu. “Litija joni jau ir ļoti nobrieduši,” saka Stoikou. Daudzi spēlētāji ir ieguldījuši lielu naudu tehnoloģijā, tāpēc “jebkuram jaunam būs jākonkurē ar established order”.
Litija dzelzs fosfāts
Kāpēc tas ir aizraujoši: LFP akumulatoros izmanto dzelzi un fosfātu, nevis dārgāku un grūtāk iegūstamu niķeli un kobaltu, kas ir sastopami parastajās litija jonu baterijās. Tie ir arī stabilāki un lēnāk noārdās pēc vairākkārtējas uzlādes. Rezultāts: LFP akumulatori var palīdzēt samazināt EV ražošanas izmaksas, kas ir īpaši svarīgs datu punkts, kamēr Rietumu elektrības ražotājiem ir grūtības izmaksu ziņā konkurēt ar parastajiem ar gāzi darbināmiem automobiļiem. LFP akumulatori jau ir plaši izplatīti Ķīnā, un nākamajos gados tie kļūs populārāki Eiropas un Amerikas elektriskajos transportlīdzekļos.
Kāpēc tas ir grūti: LFP ir mazāk enerģijas blīvs nekā alternatīvas, kas nozīmē, ka katrā akumulatorā nevar ievietot tik daudz uzlādes vai diapazona.
Vairāk niķeļa
Kāpēc tas ir aizraujoši: Palielināts niķeļa saturs litija niķeļa mangāna kobalta akumulatoros palielina enerģijas blīvumu, kas nozīmē lielāku akumulatora darbības rādiusu bez lielāka izmēra vai svara. Turklāt vairāk niķeļa var nozīmēt mazāk kobalta — metāla, kura iegūšana ir gan dārga, gan ētiski apšaubāma.
Kāpēc tas ir grūti: Baterijas ar lielāku niķeļa saturu ir potenciāli mazāk stabilas, kas nozīmē, ka tām ir lielāks plaisāšanas vai termiskas aizdegšanās dangers. Tas nozīmē, ka bateriju ražotājiem, kas eksperimentē ar dažādu niķeļa saturu, ir jātērē vairāk laika un enerģijas, lai rūpīgi izstrādātu savus produktus. Šis papildu satraukums nozīmē lielākus izdevumus. Šī iemesla dēļ sagaidāms, ka augstākās klases EV akumulatoros izmantos vairāk niķeļa.
Sauso elektrodu course of
Kāpēc tas ir aizraujoši: Parasti akumulatoru elektrodus izgatavo, sajaucot materiālus šķīdinātāja suspensijā, ko pēc tam uzklāj uz metāla strāvas kolektora folijas, žāvē un presē. Sauso elektrodu course of samazina šķīdinātāju daudzumu, sajaucot materiālus sausā pulvera veidā pirms uzklāšanas un laminēšanas. Mazāks šķīdinātājs nozīmē mazāk vides, veselības un drošības problēmu. Un atbrīvojoties no žāvēšanas procesa, var ietaupīt ražošanas laiku un palielināt efektivitāti, vienlaikus samazinot bateriju ražošanai nepieciešamo fizisko nospiedumu. Tas viss var novest pie lētākas ražošanas, “kam vajadzētu samazināties, lai izgatavotu lētāku automašīnu”, saka Jaswani. Tesla jau ir iekļāvusi sausā anoda procesu savā akumulatoru ražošanā. (Anods ir negatīvais elektrods, kas uzglabā litija jonus, kamēr akumulators tiek uzlādēts.) LG un Samsung SGI strādā arī pie izmēģinājuma ražošanas līnijām.
Kāpēc tas ir grūti: Sauso pulveru izmantošana var būt tehniski sarežģītāka.
No šūnas uz iepakojumu
Kāpēc tas ir aizraujoši: jūsu standarta elektriskā transportlīdzekļa akumulatorā atsevišķas akumulatora šūnas tiek sagrupētas moduļos, kas pēc tam tiek salikti komplektos. Ne tā, izmantojot šūnu pakotni, kas ievieto šūnas tieši pakotnes struktūrā bez vidējā moduļa soļa. Tas ļauj akumulatoru ražotājiem tajā pašā telpā ievietot vairāk akumulatora, un tas var radīt papildu 50 jūdzes un palielināt maksimālo ātrumu, saka Jaswani. Tas arī samazina ražošanas izmaksas, ietaupījumus, ko var nodot automašīnas pircējam. Lielie autoražotāji, tostarp Tesla un BYD, kā arī Ķīnas akumulatoru gigants CATL, jau izmanto šo tehnoloģiju.
Kāpēc tas ir grūti: Ja nav moduļu, var būt grūtāk kontrolēt siltuma izplūdi un uzturēt akumulatora bloka struktūru. Turklāt, izmantojot elementu uz iepakojumu, bojāta akumulatora elementa nomaiņa ir daudz grūtāka, kas nozīmē, ka mazāku defektu dēļ var būt nepieciešams atvērt vai pat nomainīt visu komplektu.
Silīcija anodi
Kāpēc tas ir aizraujoši: Litija jonu akumulatoriem ir grafīta anodi. Tomēr silīcija pievienošana maisījumam varētu radīt milzīgus ieguvumus: vairāk enerģijas uzkrāšanas (tas nozīmē garākus braukšanas attālumus) un ātrāku uzlādi, kas, iespējams, līdz pat sešām līdz desmit minūtēm. Tesla savos grafīta anodos jau sajauc nedaudz silīcija, un citi autoražotāji –Mercedes-Benz, General Motors— sakiet, ka viņi tuvojas masveida ražošanai.
Kāpēc tas ir grūti: Silīcijs, kas sakausēts ar litiju, izplešas un saraujas uzlādes un izlādes cikla laikā, kas var izraisīt mehānisku spriegumu un pat lūzumu. Laika gaitā tas var izraisīt dramatiskākus akumulatora jaudas zudumus. Pagaidām ir lielāka iespēja atrast silīcija anodus mazākos akumulatoros, piemēram, tālruņos vai pat motociklos.
Tas kaut kā notiek
Akumulatoru tehnoloģija spekulatīvākajā segmentā ir daudz pārbaudīta. Wager tas joprojām nav gluži vietā, kur lielākā daļa ražotāju būvē ražošanas līnijas un ievieto tās automašīnās.
Nātrija jonu akumulatori
Kāpēc tas ir aizraujoši: Nātrijs — tas ir visur! Salīdzinot ar litiju, parts ir lētāks un vieglāk atrodams un apstrādājams, kas nozīmē, ka materiālu izsekošana nātrija jonu akumulatoru izgatavošanai varētu radīt automobiļu ražotājiem piegādes ķēdes pārtraukumu. Šķiet, ka baterijas darbojas labāk arī ekstremālās temperatūrās un ir stabilākas. Ķīnas akumulatoru ražotājs CATL saka, ka sāks masveida ražošanu no akumulatoriem nākamgad un ka akumulatori galu galā varētu aptvert 40 procentus no Ķīnas pasažieru transportlīdzekļu tirgus.
Kāpēc tas ir grūti: Nātrija joni ir smagāki nekā litija joni, tāpēc tie parasti uzglabā mazāk enerģijas uz vienu akumulatoru. Tas varētu padarīt tos labāk piemērotus akumulatoru uzglabāšanai nekā transportlīdzekļiem. Ir arī šīs tehnoloģijas sākums, kas nozīmē mazāk piegādātāju un mazāk laika pārbaudītu ražošanas procesu.
Cietvielu akumulatori
Kāpēc tas ir aizraujoši: Autoražotāji gadiem ilgi ir solījuši, ka revolucionāri cietvielu akumulatori ir tepat aiz stūra. Tas būtu lieliski, ja tā būtu. Šī tehnoloģija nodrošina šķidro vai gēla elektrolītus parastā litija jonu akumulatorā, lai iegūtu cietu elektrolītu. Šiem elektrolītiem jābūt dažādās ķīmiskās vielas, taču tiem visiem ir dažas lielas priekšrocības: lielāks enerģijas blīvums, ātrāka uzlāde, lielāka izturība, mazāki drošības riski (nav šķidra elektrolīta nozīmē, ka nav noplūdes). Toyota saka beidzot tiks palaists savus pirmos transportlīdzekļus ar cietvielu akumulatoriem 2027. vai 2028. gadā. BloombergNEF projektus ka līdz 2035. gadam cietvielu baterijas veidos 10 procentus no EV un uzglabāšanas apjoma.
Kāpēc tas ir grūti: Dažiem cietajiem elektrolītiem zemā temperatūrā ir grūti darboties. Tomēr lielākās problēmas ir saistītas ar ražošanu. Šo jauno bateriju salikšanai ir nepieciešams jauns aprīkojums. Ir patiešām grūti izveidot elektrolīta slāņus bez defektiem. Un nozare nav panākusi vienošanos par to, kuru cieto elektrolītu izmantot, kas apgrūtina piegādes ķēžu izveidi.
Varbūt Tas Notiks
Labām idejām ne vienmēr ir liela jēga reālajā pasaulē.
Bezvadu uzlāde
Kāpēc tas ir aizraujoši: novietojiet automašīnu, izkāpiet un uzlādējiet to, kamēr gaidāt — nav nepieciešami kontaktdakšas. Bezvadu uzlāde varētu būt ērtību virsotne, un daži autoražotāji uzstāj, ka tā būs pieejama. Piemēram, Porsche demonstrē prototipu ar plāniem nākamgad izlaist īsto.
Kāpēc tas ir grūti: Problēma, saka Jaswani, ir tāda, ka pašlaik pieejamo lādētāju pamatā esošā tehnoloģija darbojas lieliski un ir daudz lētāk uzstādāma. Viņš sagaida, ka galu galā bezvadu uzlāde parādīsies dažos ierobežotas lietošanas gadījumos, piemēram, autobusos, kas varētu uzlādēties visā maršrutā, ja tie apstājas uz uzlādes paliktņa. Taču šī tehnoloģija, iespējams, nekad nenonāks patiesi plaši izplatīta, viņš saka.
