Сколько ждать замены батарей

Твердотельные аккумуляторы, или батареи элементов с твердыми электролитами, на протяжении многих лет считаются самыми перспективными кандидатами на замену нынешнего поколения литий-ионных батарей.

В отличие от литий-ионных, новые твердотельные аккумуляторы не имеют жидких компонентов, которые могут протекать, поэтому они куда более безопасны, а кроме того, обладают способностью удерживать гораздо больший заряд (то есть имеют высокую удельную энергоемкость) и, по идее, должны отличаться и большей долговечностью.

На этой неделе стало известно сразу о двух новых перспективных проектах азиатских производителей, нацеленных на «инновационный прорыв» многомиллиардного электроаккумуляторного рынка.

Первым возмутителем спокойствия стал практически никому доселе неизвестный китайский стартап Qing Tao (Kunshan) Energy Development Co., который посредством госагентства Синьхуа в понедельник 20 ноября неожиданно объявил о запуске первой промышленной линии по производству твердотельных батарей на новом заводе в городе Куньшань (провинция Цзянсу). Главный целевой рынок для молодой китайской компании сразу обозначен очень четко — глобальный автопром.

А спустя пару дней в японском Nikkei Asian Review была опубликована статья о значительном прогрессе, достигнутом специалистами ведущей национальной компании TDK, которым удалось разработать миниатюрные твердотельные батареи размером всего несколько миллиметров, способные перезаряжаться до тысячи раз. TDK уже наладила пробный промышленный выпуск этих мини-батареек и рассчитывает в скором времени запустить их полномасштабное промышленное производство. Понятное дело, главными потребителями этой новой продукции японской компании (по крайней мере, на первых порах), в отличие от китайского проекта, должны стать компании сегмента бытовой электроники (осветительных электроприборов, воздушных кондиционеров и т. п.).

Продукция Murata Manufacturing стремится быть как можно миниатюрнее

Murata

Весьма радужными выглядят и перспективы быстрого промышленного внедрения твердотельных батарей в компьютеры, смартфоны, умные гаджеты и прочую бытовую потребительскую электронику, не говоря уже о всеядном рынке электрокаров.

Есть и еще несколько интересных проектов в том же направлении, осуществляемых рядом японских компаний: Taiyo Yuden рассчитывает к 2020 году наладить промышленное производство твердотельных батареек чуть большего размера — порядка нескольких сантиметров; Murata Manufacturing активно разрабатывает их ультратонкую 50-микронную версию (один из вариантов их практического применения — контактные линзы), а Hitachi Zosen уже в будущем году рассчитывает выйти со своими батарейными продуктами нового поколения на авиакосмический рынок с перспективой дальнейшего освоения автомобильного сегмента.

Hitachi Zosen уже в будущем году рассчитывает выйти со своими батарейными продуктами нового поколения на авиакосмический рынок с перспективой дальнейшего освоения автомобильного сегмента

Hitachi Zosen

Китайская загадка

Удельная энергоемкость твердотельных аккумуляторов (количество запасенной энергии на единицу веса аккумуляторной батареи), выпуск которых предположительно наладил китайский стартап Qing Tao (Kunshan) Energy, согласно официальным заявлениям главы компании Нань Цэвэня, составляет 400 Вт∙ч/кг.

В качестве сравнительного ориентира многие аналитики называют диапазон 250–300 Вт∙ч/кг для «продвинутых» литий-ионных аккумуляторных батарей, используемых в автомобилестроении.

В частности, батареи японской Panasonic, используемые в электрокарах Tesla, ее главного партнера по Gigafactory, обладают удельной энергоемкостью порядка 250 Вт∙ч/кг.

Как следует из скупых комментариев Синьхуа, Нань Цэвэнь — член Китайской академии наук, а сама компания Qing Tao была создана им в 2014 году совместно с рядом выпускников ведущего китайского вуза — Университета Цинхуа.

Агентство Синьхуа сообщает, что этот китайский стартап в общей сложности инвестировал порядка миллиарда юаней (примерно 144 млн долларов по текущему курсу) в свой проект разработки твердотельных батарей.

Впрочем, несмотря на заявления руководства Qing Tao, что компания ведет активные переговоры с «рядом крупных автопроизводителей» и рассчитывает наладить серийный выпуск твердотельных аккумуляторов для электрокаров к 2020 году, пока Нань Цэвэнь и его команда проявляют разумную осмотрительность и на начальном этапе работы аккумуляторного завода прежде всего ориентируются на спрос со стороны производителей «специального оборудования» и «цифровых продуктов high-end класса» (то есть примерно той же целевой аудитории, что и у японской TDK).

Уже запущенная на куньшаньском заводе первая производственная линия рассчитана на годовой выпуск батарей общей емкостью 0,1 ГВт∙ч (100 МВт∙ч). Произведя элементарные арифметические действия, можно заключить, что за год завод в Куньшане способен произвести порядка 2500 твердотельных аккумуляторов, что, конечно же, пока не позволяет отнести его к разряду «крупносерийных».

Но уже в 2020 году Qing Tao надеется существенно увеличить свои мощности и довести годовое производство до 0,7 ГВт∙ч, и этот уровень уже может позволить компании серьезно разговаривать с теми же производителями электрокаров о пробных поставках.

Один из ведущих аналитиков, регулярно отслеживающих новые проекты создания твердотельных аккумуляторов, главный редактор интернет-портала Electrec Фред Ламберт дипломатично отнес информацию о последних достижениях китайского стартапа к категории «весьма интересных», уточнив, что к очевидным достоинствам проекта следует отнести тот факт, что завод в Куньшане уже введен в действие, но, с другой стороны, пока ничего неизвестно о рыночных характеристиках новых батарей, и прежде всего, непонятно, какой окажется их цена.

Китайский стартап Qing Tao объявил о запуске первой промышленной линии по производству твердотельных батарей

iO.wp.com

Автомагия твердотельных батарей

Показательно, что обозначенный главой Qing Tao Energy Нань Цэвэнем уровень удельной энергоемкости 400 Вт∙ч/кг очень популярен у многочисленных инновационных разработчиков твердотельных батарей, и сообщения о том, что тем или иным командам инженеров-технологов якобы удалось достигнуть этой магической отметки, с завидной регулярностью всплывают в новостных лентах на протяжении уже нескольких лет.

Так, одним из первых о выходе на этот уровень еще в 2014 году заявил американский стартап из штата Мичиган Sakti3, который в следующем году был куплен за 90 млн долларов ведущим британским производителем бытовой электротехники Dyson. Напомним, что глава этой компании Джеймс Дайсон в сентябре 2017-го официально подтвердил, что специалисты Dyson на протяжении двух с лишним лет активно работают над созданием своей оригинальной версии электромобиля (совместно с инженерами приобретенной им Sakti3) и уточнил, что рассчитывает потратить в общей сложности порядка двух миллиардов фунтов стерлингов на дальнейшую реализацию этого проекта. А совсем недавно, в конце октября, стало известно, что британская компания выбрала в качестве места главной промплощадки для строительства своего первого электроавтозавода Сингапур. Однако для широкой публики технические детали этого мегапроекта Dyson до сих пор остаются закрытыми — в частности, пока нет ответа на главный вопрос — планирует ли руководство компании использовать в своих новых электрокарах, серийный выпуск которых заявлен на 2021 год, твердотельные аккумуляторы.

Очень любопытной также выглядит временна́я трансформация описаний базовых технических характеристик «электрокара будущего» модели EMotion, обнародованных за последний год Хенриком Фискером, неутомимым датско-американским инноватором и автодизайнером, сначала возглавлявшим компанию Fisker Automotive (обанкротилась в 2014 году), а с 2016 года запустившим в Калифорнии новый электромобильный проект Fisker Inc. Так, в ноябре прошлого года он сделал сенсационное заявление, что разработанные Fisker Inc. революционные твердотельные аккумуляторы будут обладать удельной емкостью в два с половиной раза большей, чем современные литий-ионные батареи, а автомобили, оснащенные этими новыми аккумуляторами, смогут преодолевать на одной полной зарядке более 500 миль. Спустя полгода г-н Фискер уточнил, что предполагаемый максимальный пробег EMotion будет составлять 400 миль, и, наконец, около месяца назад эта планка была снижена еще раз, теперь уже до 300 миль.

Вообще говоря, к многочисленным эффектным заявлениям Хенрика Фискера в автомобильной отрасли уже давно привыкли относиться с большим скепсисом, но месяц назад, 22 октября, ему удалось частично снизить градус этого скептицизма после того, как стало известно о заключении Fisker Inc. долгосрочного партнерского соглашения с американским промышленным гигантом Caterpillar — мировым лидером в области производства строительного и добывающего оборудования (в производственной линейке Caterpillar значительное место занимают дизельные двигатели для тяжелой механизации, и в последнее время компания реализует большую программу их постепенной замены на более энергоэффективные электродвигатели). В рамках этого соглашения Caterpillar обещала оказать существенную финансовую поддержку в дальнейших исследовательских изысканиях команды Фискера, хотя точная сумма этих инвестиций официально не разглашается.

Согласно последним комментариям главы Fisker Inc., начало серийного выпуска твердотельных аккумуляторов теперь запланировано на 2020 год.

На те же сроки в своем твердотельном батарейном проекте пока официально ориентируется и японская Toyota Motors (они были обозначены ее руководством около года назад). Именно эти две компании, Toyota и Fisker Inc. (оставляя за скобками Dyson), вплоть до внезапного появления «китайского выскочки» Qing Tao Energy считались в экспертном сообществе наиболее вероятными пионерами рыночного внедрения нового поколения автомобильных электроаккумуляторов.

Другими серьезными кандидатами на участие в новой твердотельной батарейной гонке из числа ведущих мировых автопроизводителей можно назвать корейский Hyundai и два немецких концерна — BMW и Volkswagen.

Руководство Hyundai объявило о запуске пилотного проекта по разработке твердотельных аккумуляторов в своем крупнейшем R&D-центре Namyang еще в апреле прошлого года и пока рассчитывает обойтись без привлечения сторонних технических специалистов, хотя никаких сроков реализации этой программы корейци до сих пор не назвали.

BMW официально подключился к этой теме в декабре прошлого года, заключив партнерское соглашение с американским стартапом Solid Power (костяк компании составляют специалисты Университета Колорадо в Боулдере, которые, как и Fisker Inc., утверждают, что разработанная ими технология позволяет достичь удельной плотности твердотельных аккумуляторов в два-три раза большей, чем у литий-ионных батарей).

И наконец, Volkswagen в июне этого года проинвестировал на 100 млн долларов другой американский стартап — QuantumScape (спин-офф Стэнфордского университета). Впрочем, согласно комментариям Volkswagen, с этим стартапом концерн сотрудничает уже несколько лет, а созданное ими летом этого года СП стало лишь новым этапом этого долгосрочного партнерского проекта. При этом руководство Volkswagen, в отличие от конкурентов, пока предпочитает ориентироваться на более отдаленные сроки предполагаемого запуска серийного промышленного производства твердотельных аккумуляторов, называя в качестве таковых 2025 год.

Примерно о таких же сроках недавно заявил в интервью Business Insider глава североамериканского представительства Panasonic Том Гебхардт, уточнив, что их массового применения в электрокарах, скорее всего, следует ожидать не ранее чем через десять лет.

По словам г-на Гебхардта, Panasonic «внимательно изучает твердотельные батареи и готовится к их возможному производству», однако он полагает, что в среднесрочной перспективе производители электромобилей будут рассчитывать прежде всего на дополнительные технические усовершенствования существующих типов литий-ионных батарей.

Безусловно, далеко не все компании — конкуренты Panasonic на батарейном рынке согласны с этими осторожными прогнозами, но в большинство аналитических компаний, занимающихся прикладной рыночной футурологией, эту точку зрения Тома Гебхардта разделяют.

Так, согласно последним прикидкам японской исследовательской компании Fuji Keizai, глобальный рынок твердотельных батарей начнет быстро расти в районе 2030 года и уже спустя пять лет может достигнуть 25 млрд долларов (2,78 трлн иен).