Японские стартапы разработали значительно более мощную альтернативу литий-ионным батареям для электромобилей
Какими будут батареи нового поколения?
В самых разных современных устройствах, от смартфонов до беспилотных летательных аппаратов и электрических автомобилей, источник энергии является литий-ионный аккумулятор.
Сейчас исследовательские стартапы в Японии соревнуются в том, чтобы создать батареи высокой мощности, которые могли бы стать следующим мировым стандартом.
Отрасль аккумуляторных батарей очень нужна и выгодна корпоративной Японии, но в последние годы она столкнулась с цепкими конкурентами из Китая и Южной Кореи. Теперь надежды Японии оставаться в числе мировых тяжеловесов этого рынка, как ожидается, будут стоить больше $25 млрд. к 2035 году.
Компания 3 Dom стремится коммерциализировать новые литий-металлические батареи (Lithium-metal battery) к 2022 году.
Этот стартап говорит, что его батарея может производить в 2 раза больше энергии, чем литий-ионные источники питания аналогичного веса, их эффективность уже была продемонстрирована. Кроме того, компания утверждает, что ее батарея может значительно продлить пробег электрического транспортного средства без подзарядки.
Производитель надеется, что новая батарея позволит машинам ездить без подзарядки целый день.
В то время как для отрицательных электродов большинства литий-ионных батарей в настоящее время используются углеродные материалы, 3 Dom использует для них металлический литий, что позволяет легко увеличить емкость батареи, но повышает риск короткого замыкания и воспламенения.
Воспламенение батарей вызвано тем, что на поверхности отрицательного электрода растут ветвеобразные кристаллы из-за нестабильной химической реакции. Компания разработала сепаратор, который контролирует это явление, известное как дендрит.
Сепаратор имеет сферические отверстия несколько сотен нанометров (один нанометр равен одной миллиардной метра) в диаметре, которые расположены в идеальном порядке. Одинаковый размер и упорядоченное положение отверстий позволяют обеспечить равномерный поток ионов и однородную химическую реакцию.
Сепаратор выполнен из полиамида, высоко термостойкого пластика, который не будет гореть даже при 400 С.
Компания 3 Dom в настоящее время производит литий-ионные батареи в пригороде Сиэтла и планирует построить еще один завод в США, возможно, в следующем году, чтобы подготовиться к производству следующего поколения батарей.
По мере того, как электромобили и летающие дроны находят все более широкое применение, рынок литий-ионных батарей перегревается, а производители наращивают усилия по разработке технологий следующего поколения, которые обеспечат большую мощность, большую безопасность и большую емкость батарей.
Исследовательская компания Fuji Keizai ожидает, что мировой рынок батарей следующего поколения будет стоить ¥4.2 млрд. в 2020 году, но вырастет до ¥2.7 трлн. к 2035 году.
Китайская компания Contemporary Amperex Technology, более известная как CATL, является крупнейшим в мире производителем автомобильных аккумуляторов. Panasonic является вторым, а южнокорейская LG Chem, крупный поставщиком европейских автомобилестроителей, является третьим по величине.
Все три компании упорно работают над разработкой источников питания следующего поколения.
Наиболее перспективными могут стать полностью твердотельные батареи (All-solid-state Battery), которые можно сделать более компактными, чем современных батарей. Они также могут быстрее заряжаться.
Эту технологию разрабатывают Toyota Motor и Panasonic, которые выпускают батареи для Tesla.
Между тем, Azul Energy, стартап из Сендая, фокусируется не на технологии полностью твердотельной батарее, но на материалах, которые определяют производительность.
Компания разрабатывает металло-воздушные батареи (Metal-air Battery), в которых использует кислород из воздуха в качестве реакционного материала для положительного электрода и металл - в качестве реакционного материала для отрицательного электрода.
Металло-воздушные батареи могут хранить и разряжать в 3 - 10 раз больше электроэнергии, чем литий-ионные батарей. Они задуманы как «сверх-батареи».
Шаттл-батарея компании Connexx Systems производит электричество путем смешивания кислорода с водородом, при реакции железа с водой.
Тем не менее, металл-воздушные батареи могут аккумулировать только небольшое количество электрического тока, что делает их непригодными для использования в электромобилях, несмотря на их отличные характеристики заряда-разряда. В настоящее время слуховые аппараты на 90% оснащаются такими батареями.
Компания AC Biode, стартап из Киото, разработала аккумулятор, который заряжается и разряжается в переменном токе вместо постоянного тока. Она назвала свою разработку AC-батареей.
AC-батарея (AC Battery) работает без подзарядки на 30% дольше, чем литий-ионные аккумуляторы аналогичного размера, говорится в сообщении компании. В 2019 году AC Biode получила инвестиции от InnoEnergy, голландской компании, учрежденной Европейским союзом, чтобы обеспечить финансовую поддержку инновационных проектов энергетических исследований.
Connexx Systems, стартап из Сейка, префектура Киото, разрабатывает так называемую шаттл-батарею (Shuttle Battery), которая производит электричество путем смешивания водорода с кислородом. Батарея производит водород из порошка железа и воды, а затем подают его в топливный элемент.
Корпорации Японии раньше контролировали рынок литий-ионных батарей, но в последние годы отстали от конкурентов из Китая и Южной Кореи. Тем не менее, страна сохраняет преимущества в основных компонентах и материалах.
Asahi Kasei и Toray Industries занимают 30% общей доли рынка сепараторов для батарей. На рынке материалов для положительных электродов Sumitomo Metal Mining также сохраняет прочную позицию.
Несмотря на то, что у новых стартапов несомненно есть перспективы и возможности, им будет не легко ворваться на автомобильный рынок батарей, учитывая сильные связи и сложившиеся отношения между основными производителями батарей и автопроизводителями.
