Электромобиль аккумулятор никель кобальт алюминий марка: Батареи для Tesla и накопителей электроэнергии: кто лидеры инноваций? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Содержание

Батареи для Tesla и накопителей электроэнергии: кто лидеры инноваций? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Если ключевой элемент традиционного автомобиля — двигатель внутреннего сгорания, то во все более популярных электромобилях это — аккумуляторная батарея: от нее зависят дальность пробега, скорость зарядки, вес и, главное, цена машины.

Если в традиционной электроэнергетике принципиальную роль играет турбина, то для развития все более популярных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) крайне важны накопители энергии: без них не решить главную проблему ветряных и солнечных электростанций — зависимость от переменчивости погоды.

Илон Маск: новое поколение аккумуляторов и Tesla за 25 000 долларов

Так что батареи и аккумуляторы — это сейчас одно из магистральных направлений технологического развития на планете. Весьма симптоматично, что американский предприниматель Илон Маск решил устроить 22 сентября специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, а Европейское патентное ведомство (EPO) и Международное энергетическое агентство (IEA) провели совместное исследование «Инновации в области батарей и накопителей электроэнергии». Его результаты опубликовали в тот же день.  

Электромобили Tesla на территории завода комапнии в Фримонте ждут отправки покупателям

Для главы компании Tesla аккумуляторные батареи — это ключ к массовому рынку. «У нас нет доступного автомобиля, но он у нас будет. Однако для этого мы должны снизить стоимость батарей», — заявил Илон Маск в ходе презентации, за которой в интернете следили 270 000 зрителей. Он обещал примерно через три года наладить серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, но обойдутся в два раза дешевле.

И тогда, заверил Илон Маск, «мы сможем выпускать очень убедительный электромобиль по цене 25 тысяч долларов» (это примерно 21 000 евро). Глава Tesla объявил, что на первом этапе выпускать аккумуляторы нового поколения будут вблизи головного завода компании в калифорнийском Фримонте, для чего потребуется специальная монтажная линия. Одновременно предприниматель сообщил, что на гигафабрике Tesla в Неваде будет налажена утилизация отслуживших аккумуляторных батарей.

Кобальт от «Норникеля» может и не понадобиться

Для России особенно важно то, что батареи нового поколения планируется выпускать практически без использования редкого, а потому весьма дорогого металла кобальта. Его единственным российским производителем и экспортером является компания «Норникель» в Норильске.

Кобальтовые слитки на заводе «Норникель». Главные производители этого металла — ДР Конго и Китай

После Battery Day курс акций Tesla, стремительно взлетевший в этом году, что превратило американского производителя электромобилей в самого дорогостоящего автостроителя мира, упал. Биржевых инвесторов и спекулянтов разочаровало то, что Илон Маск говорил о среднесрочной перспективе в три года, а они, похоже, рассчитывали на анонс немедленных прорывов.

Одновременно несколько снизились котировки акций поставщиков батарей для Tesla — японской корпорации Panasonic и южнокорейской LG Chem, входящей в группу LG. Но это тоже не более чем сиюминутное недовольство биржевых игроков: средне- и долгосрочные перспективы этих компаний представляются весьма многообещающими. Об этом свидетельствует совместное исследование Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства.  

Аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%

Эксперты двух организаций проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии, и на основании этого весьма объективного критерия сделали целый ряд выводов.

До 2011 года разработчики сосредотачивались на совершенствовании аккумуляторов для смартфонов

Первый и главный из них: «В последние десять лет патентирование в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее патентирования в других сферах». Иными словами, именно на этом направлении сосредоточены сейчас особенно крупные материальные и интеллектуальные ресурсы, именно здесь накапливаются многочисленные инновации.

Авторы исследования обнаружили, что число патентов, связанных с аккумуляторными батареями для электромобилей, еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники (прежде всего смартфонов), и с тех пор неуклонно растет. Они также подсчитали, что особое внимание изобретателей к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а аккумуляторы для стационарных установок в электроэнергетике — примерно на две трети.  

Япония и Южная Корея — лидеры в области батарейных технологий

Второй ключевой вывод исследования: «Япония и Республика Корея являются лидерами в глобальном соревновании в области батарейных технологий, что заставляет другие страны пытаться добиться конкурентных преимуществ в определенных нишах вдоль цепочки создания дополнительной стоимости при производстве батарей». Если говорить более просто: догнать ушедшие в этой сфере далеко вперед две азиатские страны уже настолько трудно, что остальным приходится довольствоваться узкой специализацией в отдельных сегментах.         

Аккумуляторные батареи для электромобилей — это сложная высокотехнологичная продукция

Так, девять из десяти крупнейших обладателей патентов — компании из Азии: семь японских во главе с Panasonic и Toyota, а также южнокорейские Samsung и LG Electronics. Единственный представитель других континентов в Топ-10 — немецкий концерн Bosch, занявший пятое место.

В Топ-25 ближе к концу вошли также немецкие Daimler, BASF и Volkswagen. Всего же в этом списке шесть представителей Европы: это еще ирландская многопрофильная компания Johnson Controls и французский научно-исследовательский институт атомной и альтернативной энергетики CEA. Америка представлена автостроителями General Motors и Ford.

Разные типы аккумуляторов: NMC, NCA и LFP

Вклад Китая в глобальное развитие батарейных технологий, отмечается в исследовании, к 2018 году практически сравнялся с американским и приблизился к европейскому. Явная специфика Европы и США — значительно число патентов регистрируют малые и средние предприятия, а также вузы и государственные научно-исследовательские институты. В Азии подавляющее большинство изобретений приходится на крупные концерны.

Третий вывод исследования касается перспективных направлений инновационной деятельности. В минувшем десятилетии стремительно нарастало число патентов, связанных с литий-никель-марганец-кобальт-оксидными аккумуляторами (NMC). Теперь многообещающей альтернативой, полагают авторы исследования, становятся литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные аккумуляторы (NCA), которые, к примеру, производит Panasonic и использует Tesla.

BYD — крупнейший китайский производитель электрических легковых машин и автобусов

Однако стремление снизить долю кобальта или вовсе от него отказаться приведет к тому, что будет расти роль литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP), на которые тоже делает ставку Tesla, а также, к примеру, китайский автостроитель BYD, указывается в исследовании. Если в 2010 году практически вообще не было патентов, связанных с данной технологией, то в последние годы их число стало заметно нарастать.

Поэтому можно предположить, что ее разработчикам просто еще нужно пару лет. Может быть, как раз те три года, о которых Илон Маск говорил на Tesla Battery Day. 

Смотрите также:

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электростанция из аккумуляторов

    Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Большие батареи на маленьком острове

    Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Главное — хорошие насосы

    Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Место хранения — норвежские фьорды

    Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электроэнергия превращается в газ

    Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Водород в сжиженном виде

    Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    В чем тут соль?

    Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Каверна в роли подземной батарейки

    На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Крупнейший «кипятильник» Европы

    Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Накопители энергии на четырех колесах

    Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

    Автор: Андрей Гурков


 

 

новые аккумуляторы не смогут опрокинуть ДВС на авторынке

В мире появляется все больше совершенных батарей для электрокаров, которые по утверждению разработчиков должны ездить дальше и заряжаться быстрее, но революция в автопроме все никак не произойдет.

В австралийской компании Graphene Manufacturing Group (GMG) создали алюминиево-ионные аккумуляторы, которые заряжаются в 60 раз быстрее литий-ионных, установленных сегодня в большинстве электрокаров (EV). Такое событие трудно переоценить для рынка автотранспорта на электричестве.

Во многом распространение EV в мире сдерживается высокой ценой аккумуляторов, из-за чего этот тип транспорта не может на равных конкурировать c бензиновыми и дизельными аналогами. Безусловно, за прошедшие 10 лет киловатт-часы и батареи для авто подешевели, но в последние годы процесс ощутимо замедлился. Снизившись почти в десять раз примерно за 10 лет, стоимость за 1 кВт*ч для EV все никак не могла преодолеть уровень в $100. Теперь, как пишет Forbes, GMG может это изменить. Рынок электрокаров таких изменений ждет уже давно.

В 2017 году два самых продаваемых электрокара в мире — Nissan Leaf (на конец 2015 года в мире продано четверть млн авто) и Tesla Model S (продано около 100 тыс. единиц) использовали именно литий-ионные батареи. Сегодня на рынке электрокаров все большую нишу занимают китайские автопроизводители, а рынок электрокаров в КНР является по итогам 2020 года самым быстрорастущим (более половины всех EV продается именно в Китае). Однако это не изменило ситуации с батареями для авто. Большая часть электротранспорта в мире продолжает использовать именно литий-ионные аккумуляторы.

В GMG уверяют, что у разработанных ими алюминиево-графеновых аккумуляторов в отличие от литий-ионных более быстрая зарядка. Новый тип аккумуляторов обеспечивает также гораздо большую удельную мощность, при этом у них отсутствуют проблемы с охлаждением. Аккумулятор работает за счет атомов алюминия, интегрированных в крошечные отверстия графеновых пластин. Производительность таких ячеек превосходит все ранее описанные катодные материалы.

Еще один важный момент — использование алюминиево-ионных элементов для батареи позволяет полностью исключить при производстве аккумулятора какие-либо редкие материалы.

Их использование всегда было «бичом» для литий-ионных устройств, что увеличивало итоговую стоимость электрокара и делало его менее конкурентоспособным по отношению к дизельным и бензиновым авто.

Для сравнения: литий в мире подорожал в среднем с $1,4 тыс. за метрическую тонну в 2005 году до $13 тыс. в мае этого года, а цена на алюминий за этот же период выросла лишь с $ 1,7 тыс. до $2,07 тыс.

Несмотря на все выдающиеся показатели алюминиево-графеновых аккумуляторов, ведущие производители электрокаров пока не еще не подписали многомиллиардных контрактов для производства подобных батарей.

Казалось бы, такие устройства за счет удешевления EV должны обеспечить революцию в мировом автопроме, «подвинув» машины с ДВС. Говоря о контрактах по производству и поставкам таких батарей, управляющий директор GMG

Крейг Николь сказал: «Мы еще не связаны с крупными брендами, но это может быть сотрудничество с Apple».

В GMG также заявили, что планируют вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторные батареи в конце этого или в начале 2022 года. Выпуск именно автомобильных ячеек намечен только на начало 2024 года.

Это уже не первое «революционное» открытие в сфере разработок и производства аккумуляторов для EV. За последние 5 лет об альтернативах литий-ионным батареям заявляли многие крупные компании, включая американских автопроизводителей. Однако никакого тектонического сдвига на рынке автопрома так и не случилось, а электрокары все еще дороже дизельных и бензиновых аналогов (как правило, даже учитывая госсубсидии для производителей и покупателей).

Заявления и анонсы по разработке новых аккумуляторов даже со стороны «титанов» автопрома носят несколько хаотический характер — обещают много, а предъявить пока что нечего.

В мае 2020 года в отчете для инвесторов исполнительный вице-президент General Motors (GM) Даг Паркс заявил, что компания «почти готова» представить аккумулятор Ultrium, рассчитанный на 1,6 млн км пробега, что разительно отличается от характеристик привычных литий-ионных батарей, которыми пользуется большинство EV. Прошел год, а дата начала производства таких аккумуляторов, как и объем партии, до сих пор не названы.

В январе 2021-го представители GM заявили, что Ultrium будет стоить на 60% меньше, чем сегодняшние батареи, а дальность поездки на одном заряде составит до 720 км. Однако уже в марте президент GM Марк Ройсс заявил, что литий-металлическая батарея Ultium будет стоить на 40% (а не на 60%) меньше, чем традиционные батареи для EV. При этом максимальное расстояние на одной зарядке, к примеру, на электрическом пикапе GMC Hummer EV, по словам Ройсса, составит от 560 км.

С похожими революционными для мирового автопрома новостями выступали и представители Tesla. В американской компании тоже обещали, что вскоре будут устанавливать новые батареи с максимальным пробегом в 1,6 млн км. Напомним, общий пробег на нынешних батареях, которые использует Tesla — около 241 тыс. км.

Правда, дешевизну таких аккумуляторов в американской компании уже оценили несколько скромнее, чем в GM — всего лишь на 10% меньше, чем стоимость текущего поколения батарей. Главное достоинство прототипа — при его производстве почти не нужен дорогостоящий кобальт. При этом так называемые литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LFP) обладают большей плотностью по сравнению с классическими литий-ионными батареями, что и обеспечивает их долгий пробег.

Создавать такие устройства должна была компания из КНР Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL). В феврале 2020 года CATL заключила двухлетний контракт на поставку аккумуляторов для компании Tesla. Через четыре месяца CATL сообщила, что будет устанавливать эти устройства на авто уже в течение года.

Год прошел, аккумуляторы LFP начали внедрять лишь в Tesla Model 3 китайского производства, а также на объектах Megapack — транспортируемых контейнерах для хранения энергии до 3 МВтч, которые, как уверяют в американской компании, играют роль мобильных электростанций.

В середине мая этого года Tesla, словно позабыв о батарее от CATL, начала переговоры с китайским производителем аккумуляторов EVE Energy Co, который тоже занимается разработкой LFP. Кстати, как пишет Reuters, представители EVE и Tesla, ссылаясь на приватность сделки, отказались уточнять дату начала массового производства батарей.

Есть еще одна загвоздка.

Батареи LFP могут обеспечить долгий пробег за все время своей «жизни». Но такие батареи менее энергоемки, т. е. EV с таким устройством проедет на одной зарядке гораздо меньше, чем электрокар с традиционным аккумулятором (с дорогими кобальтом и никелем), от которого все так хотят избавиться.

В конце мая этого года председатель компании CATL Робин Зенг, как будто позабыв о LFP, заявил о новых уже натрий-ионных аккумуляторах, которые дешевле, чем традиционные литий-ионные. Однако и в этом случае Tesla и других клиентов компании CATL ждет разочарование, ведь по сравнению с литием, натрий обеспечивает аккумулятору меньшую производительность и плотность энергии.

В итоге реальной замены традиционной батареи для электрокаров, которая должна быть дешевле и превосходить по всем параметрам свою предшественницу, все еще нет. Особняком стоит LFP-аккумулятор, однако он годится лишь для отдельных проектов Tesla, а не всей автоиндустрии мира.

Отметим, что пока в американском автопроме и среди китайских производителей батарей говорят о скором технологическом прорыве, удешевляющем электрокары, стоимость Tesla Model 3 (на которую устанавливают в КНР батареи LFP) в мае этого года выросла на $155.

Нет пока реального прорыва и у крупнейшего европейского автопроизводителя. В марте этого года представители Volkswagen AG заявили, что сократят затраты на производство своих аккумуляторов для EV до 50%, построив несколько собственных заводов по производству батарей по всему миру.

Volkswagen является ключевым инвестором QuantumScape — американской компании, доказавшей концепцию твердотельных аккумуляторов, которые могут заряжать до 80% своей емкости всего за 12 минут. По словам главы отдела аккумуляторных батарей VW Group Фрэнка Блома, такие батареи обладают меньшим весом и менее подвержены перегреву, чем традиционные жидкостные аккумуляторы.

Однако в Volkswagen не говорят о том, будут ли такие устройства дешевле, чем те, что уже используются в EV. Европейский автопроизводитель лишь сообщает, что к 2030 году в ЕС будет работать шесть заводов по производству аккумуляторов, первым из которых станет объект в шведском Шеллефтео.

Есть похожие проекты и у более мелких компаний, например, у израильского стартапа StoreDot, капитализация которого превышает $500 млн, а среди его инвесторов числятся British Petroleum, Daimler AG, Samsung Ventures, Singulariteam, и даже компания Романа Абрамовича Millhouse LLC.

StoreDot готовится к выпуску в 2024 году батареи со сверхбыстрой зарядкой. Технология предполагает замену в устройстве графита на металлоидные наночастицы, в том числе кремний. StoreDot подписала контракт с китайским производителем батарей EVE Energy, который будет их создавать на своем заводе. Но речь пока не идет об аккумуляторах для легковых или грузовых автомобилей. Новые батареи от StoreDot предназначены только для смартфонов и небольших электрических транспортных средств, например, скутеров.

Такие скромные амбиции вполне оправданы. Одно дело, когда за 5 минут заряжается батарея телефона или небольшого беспилотника, а другое — восполнить заряд аккумулятора Tesla Model 3 с емкостью около 100 кВт*ч. Для этого потребуются токи мощностью в единицы мегаватт. Для этого нужна специальная инфраструктура, которая способна пропускать огромные объемы энергии. Как правило, она используется для поставок электричества на заводы. Вряд ли создание подобной инфраструктуры для одной лишь заправки будет экономически выгодным.

Выходит, если решается одна проблема — долгая зарядка EV — то из-за нее появляется другая проблема — сложность создания инфраструктуры для этой самой зарядки.

Впрочем, вопросы с быстрой зарядкой — это лишь часть проблем, с которыми электрокар сегодня вынужден бороться. Острой темой до сих пор остается цена такого транспорта. При этом даже замена батареи в электрокаре на более дешевый аналог — это еще не стопроцентная гарантия успешной конкуренции EV с бензиновым или дизельным транспортом.

Еще в декабре 2020 года аналитики Bloomberg NEF заявляли, что цены на батареи упали ниже $100 за 1 кВт*ч. Однако такое суждение далеко не всегда подтверждается на практике.

Электрокар Volkswagen VW ID.4 в (GTX-версия) в Германии сейчас стоит около €50 тыс., а его бензиновый аналог (по размеру и классу) VW T-Roc — примерно €26 тыс. Учитывая мощность батареи в Volkswagen ID.4, ее стоимость (если придерживаться тезиса аналитиков Bloomberg NEF) должна составлять около €7 тыс., но тогда выходит, что без батареи авто стоит €43 тыс., т. е. все равно дороже бензинового аналога. Выходит, высокая стоимость электрокаров — это не только дорогостоящая батарея.

«Батарея, как правило, может составлять до трети от стоимости современного электрокара. В отдельных случаях — половину. Но нужно понимать, что сегодняшний электромобиль — это не только двигатель и аккумулятор. Это транспортное средство, которое до предела напичкано современными системами безопасности и устройствами, повышающими комфорт водителя и пассажира. Автопроизводители, которые продают EV и гибриды, стараются в первую очередь показать покупателю, что он приобретает нечто большее, чем обычную машину. Она должна отличаться от привычного авто с ДВС во всем.

Никто из ведущих компаний не хочет вкладывать миллиарды в разработку дешевого авто, преимущества которого покупатель не может «пощупать». Условная экологичность — это довольно слабый аргумент. А вот различная электроника, упрощающая вождение, которую водитель использует здесь и сейчас — это тот «крючок», который цепляет реального покупателя.

Именно поэтому удешевление батареи не решает проблемы дороговизны электрокара, из-за чего он не может «подвинуть» на рынке авто с ДВС, по крайней мере, без помощи государства и специальных льгот»,

— рассказал в беседе с «НиК» автоэксперт, член общественного совета Федерального дорожного агентства («Росавтодор») Минтранса Игорь Моржаретто.

Есть целый ряд и других проблем, например, нехватка зарядных станций для EV, причем речь идет не только о развивающихся странах. В ЕС таких объектов около 250 тыс., хотя по планам Еврокомиссии к 2050 году их должно быть уже 3 млн. В США станций зарядки насчитывается 41 тыс. В Китае — около 520 тыс., но нужно отметить, что и размер автопарка в этой стране на порядок больше, чем в других уголках мира. В России их всего около 200 единиц. На днях замдиректора департамента государственной энергетической политики Минэнерго Сергей Романов заявил, что до 2024 года в РФ станций зарядки будет около 10 тыс. Но даже если план будет выполнен, все эти цифры (включая показатели КНР, ЕС, США) несравнимы с количеством АЗС, где заправляются бензином и дизелем.

Батареи для электрокаров, какими бы дешевыми их не сделали в ближайшие 5-10 лет, часто попросту будет негде зарядить: в отдаленных провинциях Китая, европейской деревне, российской глубинке или малонаселенных городках «срединной» Америки.

Несмотря на многочисленные заверения различных компаний, причем как из отрасли автомобилестроения, так и от производителей аккумуляторов, полностью отказаться от литий-ионной батареи мировому автопрому не удается. Сделать это можно лишь пожертвовав техническими характеристиками транспорта, который и так во многом проигрывает машине с ДВС. Это значит, что крупные компании вроде китайских CATL, BYD и корейских LG Chem, Samsung SDI, Panasonic и дальше будут оставаться главными поставщиками батарей для электрокаров в ближайшее время, а рынок автопрома, может, и будет смещаться в «зеленую» сторону, но не так быстро и красочно, как хотелось бы сторонникам энергоперехода.

Илья Круглей

Литий-ионные батареи для электромобилей

Основой конструкции электромобиля является силовая установка. В ее состав входит несколько электродвигателей и аккумуляторных батарей. В отличие от автомобилей с ДВС, работающих на стартерных аккумуляторах, электромобили используют тяговые АКБ. Их главное отличие заключается в постоянном снабжении работающих двигателей запасенной электроэнергией.

Стартерные аккумуляторы работают только в момент включения мотора, а тяговые выдают меньшие токи, но работают в постоянном режиме. Они выступают непосредственными источниками питания электродвигателей и обеспечивают высокую эффективность преобразования полезной энергии – свыше 90%. Для сравнения, автомобили на ДВС получают от своих двигателей всего 40% полезной энергии.

Какие батареи используются в электромобилях?

 

Преимущественно современные электромобили ездят на Li-ion батареях. По прогнозам экспертов эта технология будет доминировать еще несколько лет, что подтверждают и инвестиции ведущих производителей экомобилей. Технологии развиваются, и весь мир ожидает революции в производстве аккумуляторных батарей. Но пока Li-ion аккумуляторы остаются вне конкуренции.

Некоторые изменения коснулись только химического состава катода. В частности, компания Tesla сейчас использует никель-кобальт-алюминиевые (NCA) аккумуляторы Panasonic и никель-марганцево-кобальтовые (NMC) ячейки LG Chem со сниженным содержанием кобальта. Использование катода с 80% Ni, 15% Co и 5% Al позволило повысить емкость элементов без ущерба для их температурной стабильности. Иногда применяется соотношение компонентов Ni:Mn:Co=8:1:1. Компания CATL производит NMC-аккумуляторы с 20% кобальта.

Особого внимания заслуживают литий-железо-фосфатные АКБ — LiFePO4. Эта разновидность Li-ion аккумуляторов минимум вдвое превосходит аналоги по циклическому ресурсу, имеет расширенный диапазон рабочих температур и максимально безопасна в эксплуатации. Такие батареи используются, например, в китайском электроседане BYD Han и обеспечивают ему пробег на 1 заряде до 605 км.

 

Емкость и запас хода

 

Пробег на 1 заряде зависит от энергоемкости используемых в электромобиле литиевых батарей и других факторов: силы и направления ветра, рельефа местности, загруженности автомобиля и т.д. В таблице приведены ориентировочные характеристики самых дальнобойных электромобилей:

Модель

Энергоемкость, кВт·ч

Максимальное расстояние пробега на 1 заряде, км

Tesla Model S

100

610

BYD Han EV

77

605

Ford Mustang Much-E

98,8

600

Tesla Model 3

75

560

Volkswagen ID.3

82

550

Tesla Model X

100

507

Skoda Enyaq

82

500

Hyundai Kona Electric

67,1

480

Jaguar I-Pace

90

470

Porsche Taycan

93,4

462

Kia e-Niro

67,1

455

Kia e-Soul

67,1

452

Audi e-Tron

95

446

BMW iX3

80

440

Volvo XC40 Recharge

78

425

SEAT el-Born

62

420

Mercedes EQC

85

417

Renault Zoe

55

395

Nissan Leaf

62

385

Chevrolet Bolt

60

380

Peugeot e-208

50

340

 

Многие модели электромобилей поставляются в разных вариантах комплектации – с АКБ различной емкости. Поэтому и дальность пробега на 1 заряде даже у автомобилей одной марки отличается.

Ресурс Li-ion батарей в электромобилях

Срок службы литий-ионных батарей для электромобилей составляет 1000–1500 циклов заряд-разряд, что в среднем соответствует 8–10 годам эксплуатации. Вдвое больший ресурс имеют АКБ типа LiFePO4. Производители электромобилей дают на свою продукцию гарантию 5–8 лет. Поэтому если при эксплуатации экомобиля какой-либо модуль батареи преждевременно выйдет из строя, покупатель может рассчитывать на его замену.

Срок службы литиевых АКБ сокращается при частом использовании технологии быстрой зарядки. Этот способ удобен, т.к. позволяет за полчаса или час восполнить 80% заряда, но он в 1,5–2 раза ускоряет естественную деградацию Li-ion аккумуляторов. Поэтому чтобы продлить срок службы батареи, ее нужно заряжать меньшими токами.

Стоит отметить, что батареи типа LiFePO4 менее чувствительны к быстрому заряду и более устойчивы к деградации, чем Li-ion АКБ остальных видов.

Зарядка АКБ электромобилей

 

Заряжать аккумуляторные батареи электромобилей можно на специальных зарядных станциях или в домашних условиях от сети 220 В. Встроенные зарядные устройства преобразуют переменный ток сети в подходящий для АКБ переменный ток нужного напряжения. Для зарядки от обычной розетки используются ЗУ мощностью от 3,6 кВт. Они обязательно имеют защиту от короткого замыкания, перезаряда и перегрева.

Зарядка от обычной электросети длится дольше, чем от специальной станции. Например, батарея емкостью 70 кВт·ч может заряжаться от обычной розетки 15–18 часов, а на зарядной станции – не более 5 часов. В режиме быстрой зарядки запас энергии восполняется всего за полчаса или час, но часто использовать этот способ не рекомендуется.

Снижение емкости АКБ

Емкость Li-ion батарей постепенно снижается, даже если они просто лежат на складе. Через несколько лет номинальная емкость АКБ уменьшается на 20–30%. Например, батареи популярных электромобилей Tesla Model S и Nissan Leaf на практике теряют 5–10% емкости за первые 2 года эксплуатации и еще 15–20% за следующие 3 года. В дальнейшем ежегодное снижение емкости у них составляет 1–5%.

В связи с этим сокращается и расстояние пробега на 1 заряде. Так, приобретенный более 5 лет назад Nissan Leaf может преодолевать без подзарядки до 130 км пути, хотя изначально проезжал 160 км. Выпущенные в 2013 году электромобили Tesla Model S и сейчас преодолевают на 1 заряде не менее 200 км, но изначально проезжали 335 км. Похожие тенденции наблюдаются и у экомобилей других марок.

Замена аккумуляторных модулей

Батарея электромобиля состоит из последовательно соединенных модулей, каждый из которых собирается по определенной схеме для получения необходимых значений напряжения и емкости. Если какой-либо модуль поврежден или преждевременно вышел из строя по другой причине, он подлежит замене. Модульная конструкция батарей электромобилей позволяет менять аккумуляторные блоки выборочно.

Но для эффективного применения Li-ion батарей в электромобилях и других видах техники важно, чтобы характеристики всех модулей были максимально идентичными. Если же использовать вместе с новыми модулями старые блоки со значительно меньшей емкостью, они быстрее выйдут из строя.

Утилизация и переработка литиевых АКБ

Для полноценного развития электротранспорта важно организовать безопасную утилизацию и эффективную переработку литиевых батарей. С одной стороны, это важно для экономного расходования природных ресурсов: лития, кобальта, никеля, алюминия и других минералов. С другой стороны, нельзя допустить загрязнения планеты опасными химическими отходами.

Батареи электромобилей подлежат замене в среднем через 8–10 лет эксплуатации, когда их начальная энергоемкость снижается на 30%. Такими аккумуляторами можно оснащать солнечные электростанции и другие системы.

Батареи, полностью отработавшие свой ресурс, подлежат переработке с извлечением и повторным использованием содержащихся в них компонентов. В дальнейшем их можно использовать не только для производства батарей, но и для других целей.

Важный плюс переработки литиевых батарей – возможность сократить добычу минералов, а также снизить стоимость химических элементов и самих аккумуляторов. Ожидается, что именно переработка отходов позволит минимизировать затраты и повысить доступность электромобилей. Пока еще мало батарей электромобилей отработали свой ресурс. Но постепенно их количество будет расти, поэтому переработка аккумуляторных отходов считается очень перспективным и необходимым направлением.

Ранее в блоге VirtusTec вышла статья о том, откуда берется литий для батарей, и почему он дорожает.

Электромобили спровоцировали борьбу за металлы

Прогнозируемый рост мирового спроса на электромобили заставляет автопроизводителей озаботиться наличием сырья для выпуска аккумуляторов. К нему относятся литий, никель, кобальт, графит и редкоземельные металлы. Поэтому производители электромобилей и аккумуляторов стремятся обеспечить их поставки, договариваясь с горнодобывающими компаниями.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в прошлом году в мире было 2 млн электромобилей. К 2040 г. их число достигнет минимум 40 млн, прогнозирует МЭА. И крупнейшие горнодобывающие компании уже начали менять свой бизнес, чтобы обеспечить поставку материалов для литий-ионных аккумуляторов. Нынешний год должен стать «переломным моментом» для электромобилей, заявила BHP Billiton.

В сентябре китайский автопроизводитель Great Wall Motor подписал соглашение с австралийской Pilbara Minerals об обеспечении себе поставок лития на пять лет. В октябре другая австралийская горнодобывающая компания, Galaxy Resources, сообщила, что ведет переговоры о долгосрочных поставках лития с несколькими производителями автомобилей и аккумуляторов. В их число входит Panasonic, выпускающая аккумуляторы для Tesla. «Это подчеркивает, какое стратегическое значение для мировой автомобильной промышленности приобретает доступ к крупным, надежным и высококачественным источникам материалов для аккумуляторов в странах с низким риском», – заявил гендиректор Pilbara Кен Бринсден.

Спекулянты тоже не остаются в стороне, так как эти металлы сильно дорожают; их возросшая активность на рынке еще больше толкает цены вверх. Инвесткомпания Cobalt 27 уже закупила более 2000 т кобальта. Этот металл подорожал более чем на 190% за последние полтора года. Обеспечить поставки кобальта труднее всего, поскольку 65% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго (ДРК), одну из беднейших стран мира. По прогнозам аналитиков UBS, спрос на кобальт удвоится к 2020 г. примерно до 200 000 т в год. Поэтому потребуются новые проекты, чтобы избежать его дефицита в долгосрочной перспективе. «Без кобальта из ДРК вообще нельзя будет говорить о производстве электромобилей – вот насколько рынку нужно больше этого металла», – утверждает Саймон Мурс из Benchmark Mineral Intelligence.

Литий хоть и более доступен, но в ближайшие годы тоже может возникнуть нехватка его предложения. Спрос на литий вырастет в четыре раза до 779 000 т к 2025 г., по оценкам Goldman Sachs. Но удовлетворить его будет трудно, так как «многие проекты, которые были анонсированы с фанфарами, не смогли привлечь достаточного финансирования», отмечают аналитики банка. Литий сейчас добывается в горах Австралии и пустынях Южной Америки. Но не все его запасы пригодны для производства аккумуляторов, отмечает гендиректор Neo Lithium Вальдо Перес. Например, у Боливии огромные запасы лития, но они содержат много примесей магния. Поэтому «Боливия определенно не подходит», говорит Перес.

Главную неопределенность для сырьевых рынков представляет то, какой будет технология выпуска аккумуляторов. Их производители сокращают использование кобальта из-за высокой цены и проблем с поставками. В сентябре британская Johnson Matthey заявила, что разработала более эффективные аккумуляторы с использованием лития и никеля и меньшим содержанием кобальта. Как отмечает инвестбанк Liberum, никель помогает повысить мощность аккумуляторов и при этом стоит в шесть раз дешевле кобальта, а его предложение примерно в 20 раз выше. По прогнозам Мурса из Benchmark Mineral Intelligence, спрос на никель вырастет с 75 000 т в 2016 г. до 400 000 т к 2025 г.

В долгосрочной перспективе производители аккумуляторов намерены изменить их конструкцию. Британская Dyson планирует выйти на рынок электромобилей к 2020 г. с помощью твердотельных аккумуляторов, которые должны хранить и отдавать больше энергии. Toyota тоже стремится начать использовать твердотельные аккумуляторы в своих автомобилях в начале 2020-х гг. Они заменят аккумуляторы с жидким электролитом.

«Всем хочется в будущем иметь чудесные химические вещества, не связанные с этими редкими материалами, но сейчас они недоступны, – говорит Стивен Айриш из британской Hyperdrive, занимающейся аккумуляторами. – Все задаются вопросом, произойдет ли революция в производстве аккумуляторов. Но на самом деле речь идет о серии постепенных улучшений».

Перевел Алексей Невельский

JAC раскрыл российскую комплектацию электромобиля JAC iEV7S

Компания JAC Motors раскрыла комплектацию компактного электромобиля JAC iEV7S для российского рынка. Сборка модели для России производится на заводе «СарыаркаАвтоПром» в Казахстане, находящимся под контролем JAC Motors. В настоящий момент электромобиль проходит российскую сертификацию, официальный выход на рынок запланирован на август 2020 года. Цена будет объявлена ближе к запуску модели, сообщает пресс-служба китайской марки.

Электрический хэтчбек JAC iEV7S создан на основе модели JAC S2 и отличается от нее переработанной силовой структурой кузова, адаптированной для размещения компонентов электрической силовой установки. Габариты автомобиля 4135х1750х1560 мм, колесная база составляет 2490 мм, а дорожный просвет равен 130 мм.  

Переднеприводный JAC iEV7S приводится в движение синхронным электродвигателем производства DY Power Technology пиковой мощностью 115 л.с. и максимальным крутящим моментом 270 Нм. Двигатель разгоняет электромобиль до 100 км/ч за 12 секунд и обеспечивает максимальную скорость 130 км/ч. В качестве коробки передач используется редуктор с режимами переднего и заднего хода. Конструкция подвески имеет классическую схему с «МакФерсоном» впереди и полузависимой балкой сзади. Тормоза всех колес – дисковые.

На JACiEV7S используются аккумуляторные батареи SinoEv емкостью 39 КВт/ч с жидкостным охлаждением, расположенные под днищем. В отличие от большинства электромобилей, на модели применены батареи с использованием лития, алюминия, кобальта и никеля (LiNiCoAlO2).Такая конструкция лидирует по запасу энергии: пробег на одной зарядке составляет 280 км, дальность может быть увеличена до 360 км при движении с постоянной скоростью 60 км/ч.

Блок-преобразователь для зарядки мощностью 6,6 КВт позволяет полностью зарядить аккумулятор от трехфазной станции 220В (AC, переменный ток) за 7 часов. В «быстром» режиме 400В (DC, постоянный ток) время составит 1 час. Также предусмотрена возможность пополнения энергии от бытовой розетки, процесс займет около 12 часов.

Как отмечается, под крупной фронтальной эмблемой в специальном лючке спрятаны разъемы для подзарядки типа CCS Combo 2. Они расположены по центру электромобиля, таким образом подъезжать к зарядной станции можно с любой стороны.

Салон JAC iEV7S имеет обивку из кожи. В центре передней панели расположен 8-дюймовый сенсорный дисплей бортового компьютера с разрешением 16 млн пикселей. Помимо обязательной мультимедии, на экране отображается текущее состояние электромобиля, статус систем и все необходимые настройки.

В России компактный электромобиль JAC iEV7S будет представлен в единственной комплектации Luxury, отвечающей запросам и ожиданиям жителей крупных мегаполисов. В комплектацию входят светодиодные дневные ходовые огни, противотуманные фары с устройством подсветки поворотов, автоматический головной свет, функция «Follow me home», 16-дюймовые колеса индивидуального дизайна с шинами размера 205/55.

Пакет систем безопасности представлен фронтальными подушками безопасности для водителя и переднего пассажира, ABS, ESC, обязательным для электромобилей автоматическим выключателем напряжения при столкновении. Помимо этого, имеются системы распределения тормозных усилий EBD, система приоритета педали тормоза BOS, ассистент старта на подъеме HAC.

Список вспомогательных элементов пассивной безопасности включает камеры кругового обзора, контроль давления в шинах TPMS, передние и задние парктроники, детский замок. Среди опций комфорта – бесключевой доступ, климат-контроль, круиз-контроль, зеркала заднего вида с электроприводом, обогрев передних сидений и зеркал. Регулировка водительского сиденья осуществляется в 6 направлениях, пассажирского – в 4-х, руль настраивается по высоте.

На экологически чистый и экономичный JAC iEV7S распространяются льготы на транспортный налог и парковку (в московском, и еще нескольких регионах). Сегодня в Москве и области насчитывается более 300 зарядных станций, включая «умные» опоры во дворах, что облегчает эксплуатацию электромобиля.

Какие модели можно точно ждать на российском рынке в 2020 году – смотрите в «Календаре новинок».

CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей — массовое производство стартует в 2023 году

Китайская компания CATL первой среди крупных производителей батарей для электромобилей анонсировала массовое производство натрий-ионных аккумуляторов. Старт поставок новинок намечен на 2023 год. От привычных литийионных аккумуляторов новинки отличаются материалом катода — здесь он выполнен из никеля, который гораздо более распространён в природе и обходится дешевле, чем литий.

Источник: reuters.com

По мере роста популярности электромобилей фиксируется резкий рост спроса на ключевые компоненты, необходимые для производства аккумуляторов, в первую очередь на кобальт. Это вынуждает производителей машин и батарей заниматься поиском альтернатив трём главным технологиям — решениям на базе никеля, кобальта и алюминия (NCA), никеля, кобальта и марганца (NCM), а также литиевым батареям с фосфатом железа (LFP).

Новое решение предложила китайская компания CATL, анонсировавшая источник питания, в котором сочетаются литийионные и натрий-ионные батареи. Несмотря на то, что данная технология предлагает более низкую плотность хранения энергии в сравнении с литиевыми аккумуляторами, заместитель главы исследовательского центра CATL Хуан Цисэнь (Huang Qisen) отметил, что натрий-ионные батареи демонстрируют более надёжную работу в условиях низких температур и обеспечивают более высокую скорость зарядки.

В текущем виде натрий-ионные аккумуляторы предлагают плотность хранения заряда на уровне 160 Вт·ч/кг, однако CATL уже разрабатывает решения следующего поколения, которые смогут предложить 200 Вт·ч/кг. Это сопоставимо со многими литийионными батареями. При этом себестоимость натрий-ионных элементов заметно ниже за счёт более доступных материалов, а это означает, что и автомобили с ними будут дешевле — всё же, батарея формирует до 30 % стоимости электромобиля. Помимо этого, натриевые аккумуляторы способны заряжаться до 80 % всего за 15 минут, а на морозе не так сильно теряют ёмкость — всего на 10 %.

В ходе посвящённой анонсу пресс-конференции глава компании Цзэн Юйцюнь (Zeng Yuqun) напомнил, что в штате CATL числятся более пяти тысяч исследователей, что позволяет бренду конкурировать с японской Panasonic и корейской LG Chem. В настоящий момент ведётся разработка даже такого нестандартного решения как интеграция аккумулятора непосредственно в раму электромобиля, что также позволит увеличить запас хода. В число клиентов CATL входят Tesla, Volkswagen и Geely.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

GM ищет новые решения для аккумуляторных батарей для электромобилей

GM ищет новые решения для аккумуляторных батарей для электромобилей

10 апреля 2021 в 14:43 Что вы думаете? 0 В закладки Поделиться

Компания General Motors Co тестирует различные химические составы аккумуляторов, технологии и производственные процессы, направленные на снижение стоимости аккумуляторов для электромобилей и снижение зависимости от таких чувствительных к цене металлов, как кобальт, заявил в среду президент компании Марк Ройсс (Mark Reuss).

Выступая перед инвесторами, Ройсс сказал, что GM экспериментирует с анодами, богатыми кремнием и металлическим литием, твердотельными электролитами и электролитами высокого напряжения, а также с сухой обработкой электродов для своих батарей Ultium следующего поколения, которые должны появиться предположительно в 2025 году.

Конкуренция за запатентованные технологии для сокращения затрат на аккумуляторные батареи электромобилей важнее войны за мощность и может определить победителей и проигравших в отрасли.

GM заявила, что стремится снизить к 2025 году стоимость аккумуляторных элементов до уровня менее $100 за киловатт-час по сравнению с более чем $150 сегодня. Руководители GM также заявили, что компания ожидает, что ее будущие батареи для электромобилей прослужат не менее миллиона миль, а запас хода между зарядками составит от 500 до 600 миль (от 805 до 965 км).

Совместное предприятие автопроизводителя с корейской компанией LG Energy Solution стоимостью $2,3 млрд должно начать производство аккумуляторных элементов Ultium в Лордстауне, штат Огайо, в 2022 году.

В этой батарее, которая будет использоваться в новых электромобилях GM, таких как Hummer EV и Cadillac Lyriq, используются аноды на основе графита, никель-кобальт-марганцево-алюминиевые катоды и жидкий электролит.

Ожидается, что GM и LG вскоре объявят о строительстве второго завода по производству аккумуляторов для электромобилей в штате Теннесси, чтобы к 2025 году обеспечить достижение цели GM по производству 1 млн электромобилей в год.

Ройсс сказал, что GM «открыта для различных партнерств и различных технологий» в своих постоянных усилиях по снижению стоимости аккумуляторов и повышению плотности энергии для расширения диапазона электромобилей.

Он считает, что «цепочка поставок не выдержит» высокого спроса на кобальт, никель и другие металлы, вызванного тем, что GM и ее конкуренты планируют увеличить производство электромобилей в течение следующих пяти лет.

Ройсс сказал, что компания «ищет прорывов», чтобы «уменьшить зависимость от некоторых из этих металлов».

Exclusive: Секретные батареи Tesla нацелены на переработку математики для электромобилей и электросети

Норихико Широузу, Пол Линерт

(Reuters) — Производитель электромобилей Tesla Inc TSLA.O планирует представить новую недорогую и долговечную модель. Life Battery в своем седане Model 3 в Китае в конце этого года или в начале следующего, который, как ожидается, приведет к тому, что стоимость электромобилей будет соответствовать бензиновым моделям, и позволит батареям электромобилей иметь вторую и третью жизнь в электросети.

ФОТО ФАЙЛА: Китайские автомобили Tesla Model 3 во время доставки на заводе в Шанхае, Китай, 7 января 2020 года.REUTERS / Aly Song / File Photo

В течение нескольких месяцев генеральный директор Tesla Илон Маск дразнил инвесторов и конкурентов, обещая показать значительные достижения в области аккумуляторных технологий во время «Дня батареи» в конце мая.

Новые недорогие батареи, рассчитанные на миллион миль пробега и позволяющие рентабельно продавать электрические Tesla по той же цене или дешевле, чем бензиновый автомобиль, — лишь часть повестки дня Маска, сообщили Reuters люди, знакомые с планами.

Имея глобальный парк из более чем 1 миллиона электромобилей, которые могут подключаться к сети и совместно использовать электроэнергию, цель Tesla — достичь статуса энергетической компании, конкурируя с такими традиционными поставщиками энергии, как Pacific Gas & Electric PCG_pa .A и Tokyo Electric Power 9501.T, сообщили эти источники.

Новая батарея «на миллион миль», лежащая в основе стратегии Tesla, была разработана совместно с китайской Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL) 300750.SZ и использует технологию, разработанную Tesla в сотрудничестве с командой академических экспертов по батареям, нанятых Маском. люди, знакомые с усилием, сказали.

В конце концов, улучшенные версии батареи с большей плотностью энергии и емкостью хранения и даже более низкой стоимостью будут представлены в дополнительных автомобилях Tesla на других рынках, включая Северную Америку, сообщили источники.

О плане Tesla по запуску новой батареи сначала в Китае и ее более широкой стратегии по репозиционированию компании ранее не сообщалось. В Tesla от комментариев отказались.

В новых батареях Tesla будут использоваться такие инновации, как химический состав батарей с низким содержанием кобальта и без кобальта, а также использование химических добавок, материалов и покрытий, которые снизят внутреннее напряжение и позволят батареям сохранять больше энергии в течение более длительных периодов, сообщили источники.

Tesla также планирует внедрить новые высокоскоростные, полностью автоматизированные процессы производства аккумуляторов, предназначенные для сокращения затрат на рабочую силу и увеличения производства на огромных «терафабриках», примерно в 30 раз превышающих размер обширной «гигафабрики» в Неваде — стратегия, обнародованная в конце апреля. Аналитикам Маск.

Tesla работает над переработкой и восстановлением таких дорогих металлов, как никель, кобальт и литий, через свою дочернюю компанию Redwood Materials, а также над новыми приложениями «второй жизни» для аккумуляторов электромобилей в сетевых системах хранения, таких как та, которую построила Tesla. в Южной Австралии в 2017 году. Автопроизводитель также заявил, что хочет поставлять электроэнергию потребителям и предприятиям, но не предоставил подробностей.

Reuters эксклюзивно в феврале сообщило, что Tesla ведет предварительные переговоры об использовании литий-железо-фосфатных батарей CATL, в которых не используется кобальт, самый дорогой металл в батареях электромобилей.

CATL также разработала более простой и менее дорогой способ упаковки ячеек батареи, называемый «ячейка-упаковка», который устраняет средний этап связывания ячеек. Ожидается, что Tesla будет использовать эту технологию, чтобы снизить вес и стоимость батареи.

Источники сообщили, что CATL также планирует поставить Tesla в Китай в следующем году улучшенную никель-марганцево-кобальтовую батарею с длительным сроком службы, катод которой состоит на 50% из никеля и только на 20% из кобальта.

В настоящее время Tesla совместно с Panasonic 6752 производит никель-кобальт-алюминиевые батареи (NCA).T на «гигафабрике» в Неваде и покупает батареи NMC у LG Chem 051910.KS в Китае. В Panasonic от комментариев отказались.

В совокупности достижения в области аккумуляторных технологий, стратегия расширения способов использования аккумуляторов электромобилей и крупномасштабная автоматизация производства нацелены на одну и ту же цель: переосмыслить финансовую математику, которая до сих пор заставляла покупать электромобиль дороже для большинства потребителей, чем автомобили внутреннего сгорания с выбросами углерода.

«Мы должны действительно добиться резкого роста производства аккумуляторов и продолжать повышать стоимость киловатт-часа аккумуляторов — это очень важно и чрезвычайно сложно», — сказал Маск инвесторам в январе. «Нам нужно довести производство аккумуляторов до сумасшедших уровней, которые сегодня даже не могут себе представить».

Tesla сообщала о операционной прибыли три квартала подряд, в результате чего цена ее акций в этом году выросла почти вдвое. Тем не менее амбициозные планы Маска по расширению зависят как от увеличения прибыли, так и от объема продаж.

Ряд технических достижений, достигнутых Tesla и CATL в области химии и дизайна аккумуляторов, возник в небольшой исследовательской лаборатории Университета Далхаузи в Галифаксе, Новая Шотландия. Лабораторией с 1996 года руководит Джефф Дан, пионер в разработке литий-ионных аккумуляторов для электромобилей и энергосетей.

Дан и его команда начали эксклюзивное пятилетнее исследовательское партнерство с Tesla в середине 2016 года, но их отношения начались как минимум с 2012 года.

Среди важнейших вкладов лаборатории Дана: химические добавки и нанотехнологические материалы литий-ионные батареи более прочные и устойчивые к повреждениям от стресса, например, быстрой зарядки, что продлевает срок их службы.

Стоимость не содержащих кобальта литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей CATL упала ниже 80 долларов за киловатт-час, а стоимость аккумуляторных элементов упала ниже 60 долларов за киловатт-час, сообщили источники. Батарейные блоки NMC с низким содержанием кобальта CATL стоят около 100 долларов за киловатт-час.

Руководители автомобильной промышленности заявили, что 100 долларов за кВтч для аккумуляторных блоков — это уровень, на котором электромобили достигают приблизительного паритета с конкурентами внутреннего сгорания.

Эксперт по аккумуляторным батареям Ширли Мэн, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, сказала, что элементы NMC могут стоить всего 80 долларов за кВт · ч, если учесть переработку и восстановление ключевых материалов, таких как кобальт и никель.Железо-фосфатные батареи, которые более безопасны, чем NMC, могут найти вторую жизнь в стационарных сетевых системах хранения, что снизит первоначальную стоимость этих батарей для покупателей электромобилей.

Для сравнения: новые батареи с низким содержанием кобальта, совместно разрабатываемые General Motors Co GM.N и LG Chem, не достигнут такого уровня затрат до 2025 года, согласно источнику, знакомому с работой компаний.

GM отказался комментировать свои плановые затраты. Ранее в этом году было заявлено только, что планируется «снизить стоимость аккумуляторных элементов ниже 100 долларов за кВт-ч» без указания графика.

Репортаж Норихико Широузу в Пекине и Пола Линерта в Детройте; редактирование Джо Уайта и Эдварда Тобина

Tesla и наука, лежащая в основе недорогой батареи электромобиля следующего поколения на миллион миль

Сотрудник устанавливает аккумуляторную батарею под автомобиль Tesla Model S при окончательной сборке на заводе Tesla Motors.

Джаспер Джуинен | Bloomberg | Getty Images

Будущее автомобильной промышленности может быть сведено к разнице, которую делает одна буква: R. То есть разница между литий-ионными батареями, которые используются в современных электромобилях производства Tesla и других компаний, и скоро появятся на рынке литий-железо-фосфатные батареи.

В то время как Tesla Илона Маска рассказывала о разработке новой технологии аккумуляторов в рамках подготовки к первому в истории компании Battery Day для инвесторов, Уолл-Стрит гудит о том, какие изменения может иметь новое поколение аккумуляторов. Ожидается, что автомобили с литий-ионными батареями, также используемыми в мобильных телефонах, в ближайшие несколько лет уступят место легковым и грузовым автомобилям, изготовленным из фосфата лития-железа и других химических веществ. Это сократит расходы, увеличит запас хода автомобиля до 400 миль или более без подзарядки и позволит батареям прослужить до 1 миллиона миль.

Сокращение собственных затрат Tesla и стимулирование массового внедрения электромобилей остаются критически важными приоритетами для Tesla, о чем говорится в сообщении Маска сотрудникам в понедельник, в котором говорится, что выйти на уровень безубыточности сейчас будет непросто.

Новая технология изменит опыт владения автомобилем, будь то Tesla или автомобиль конкурентов, таких как General Motors, который также работает над новыми технологиями аккумуляторов, считают аналитики. В частности, чрезвычайно долгий срок службы батарей, которые вскоре появятся на рынке, вероятно, будет означать, что батареи сохранят свою стоимость достаточно хорошо, чтобы их можно было перепродать, когда владельцы продают свои автомобили, возможно, для использования для хранения солнечной электроэнергии для домов.А долгий срок службы аккумуляторов следующего поколения может позволить использовать их в компаниях по совместному использованию автомобилей, которым требуются автомобили, которые могут выдержать почти непрерывное использование.

«Если вы говорите об аккумуляторах, которые могут работать в два раза дольше при той же цене, это полностью меняет математику для потребителя», — говорит аналитик Wedbush Securities Дэн Айвз. «Железно-фосфатные батареи более безопасны, и они могут иметь вторую или третью жизнь в качестве хранилища электроэнергии».

Маск недавно заявил, что его День батареи ориентировочно запланирован на сентябрь, месяц и день, на которые Tesla недавно перенесла свое ежегодное собрание акционеров.Изначально оба мероприятия были запланированы на июнь.

«Мы хотим оставить захватывающие новости на этот день, но мы будем рассказывать много интересных новостей», — сказал Маск в отчете компании о прибылях и убытках за первый квартал. «Я думаю, что это будет один из самых захватывающих дней в истории Tesla».

Компания не ответила на запросы о комментариях. Внешний технический консультант Tesla, Джефф Дан, профессор Университета Далхаузи в Канаде, эксперт по аккумуляторным батареям и накопителям энергии при спонсорской поддержке исследований Tesla, отказался от комментариев.

Если вы говорите об аккумуляторах, которые могут работать в два раза дольше при той же цене, это полностью меняет математику для потребителя.

Дэн Айвз

Аналитик Wedbush Securities

Ширли Менг, ученый-материаловед и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, который руководит школьным центром устойчивой энергетики и энергетики, заявила, что усилия по сокращению использования кобальта продолжаются в течение длительного времени. Уже несколько десятилетий, и Tesla добилась значительных успехов с помощью Дана.Но Мэн сказал, что одним из основных преимуществ создания батарей с кобальтом является то, насколько легко они позволяют создавать сложные химические структуры.

«Если мне нужно научить старшеклассника делать батарею, кобальт облегчает это; он всегда работает. Без кобальта процесс синтеза становится намного сложнее», — сказала она.

Литий-железофосфат, тем временем, никогда не доказывал свою эффективность в условиях ограниченного пространства электромобиля — он изначально был разработан для рынка сетевых аккумуляторов из-за своего профиля плотности энергии.Но его химический состав подходит для быстрой зарядки и рентабельности, потому что он не зависит от кобальта.

Мэн, который работал над химией аккумуляторов и разработками с крупными автомобильными компаниями, включая Mercedes-Benz, GM и Nissan, а также с Maxwell Technologies, запуском аккумуляторных батарей, приобретенным Tesla в 2019 году, сказал экспертам по аккумуляторным батареям очень любопытно. узнайте о прорыве, достигнутом Теслой, и она действительно считает, что компания может поднять профиль литий-железо-фосфатного подхода на рынке электромобилей.Технология аккумуляторов когда-то пыталась совершить успешный переход от накопителей энергии к автомобилям в Fisker Karma, раннем, в конечном счете провалившемся конкуренте электромобилей, произведенном Fisker Automotive в 2012 году.

«Я искренне верю, что Tesla планирует вернуть это обратно, «Сказал Мэн.

Почему отказ от кобальта является ключевым

Ключевое отличие литий-железо-фосфатных батарей состоит в том, что в них не требуется использовать кобальт, редкий и дорогой элемент, который составляет большую часть высокой стоимости аккумуляторов для электромобилей, CFRA Research аналитик Гарретт Нельсон сказал.

Цены на кобальт резко упали во время глобального экономического спада, снизившись с 95 000 долларов за тонну в 2018 году до 30 000 долларов в этом году, но он остается ключевым фактором снижения стоимости аккумуляторов.

«Кобальт — безусловно, самый дорогой элемент в литий-ионной батарее», — сказал Нельсон.

Консервирование кобальта — один из важнейших элементов снижения стоимости аккумуляторов ниже порогового уровня в 100 долларов за кВт · ч, что является приблизительным показателем для того, чтобы сделать электромобили такими же дешевыми, как и те, которые приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания, — сказал Джеймс Фрит, глава отдела хранения энергии в компании. Bloomberg New Energy Finance в Лондоне.По его словам, современные батареи стоят около 147 долларов за киловатт-час, по сравнению с 1000 долларов в 2010 году и 381 долларом в 2015 году.

Tesla недавно подписала новое долгосрочное соглашение с сырьевым гигантом Glencore на поставку кобальта для своих заводов по производству аккумуляторов в Шанхае и Берлине.

Кобальт, который также является центром новой гонки горняков по добыче полезных ископаемых со дна океана, долгое время был проблемой для крупных технологических компаний, не только Tesla, но и Apple, которым кобальт нужен для аккумуляторов своих телефонов.Этот элемент также стал политически чувствительным вопросом, поскольку одни из крупнейших поставок кобальта поступают из Демократической Республики Конго, где обвинения в использовании смертоносного детского труда в горнодобывающей промышленности привлекли внимание Apple, Tesla, Google и других технологических компаний в недавнем международном исследовании. иск.

Менг предупредил, что есть предел для повышения цен за счет сокращения только кобальта, и это потому, что разница в ценах на кобальт и никель в последние годы сузилась.Основная технология аккумуляторов электромобилей Tesla — это NCA (основанная на химии оксида никеля, кобальта и алюминия). Большая часть автомобильной промышленности использует химический состав аккумуляторов NMC (никель-марганец-кобальт). Но поскольку никель является важной частью обоих подходов, одно лишь сокращение кобальта не может стимулировать постепенное изменение цен.

«Будет трудно опуститься ниже 100 долларов за киловатт», — сказал Мэн о современной химии никель-кобальт. «Тесла понял, что нельзя просто избавиться от кобальта».

Она сказала, что современные аккумуляторные технологии, включая NMC, по-прежнему претендуют на то, чтобы достичь порога в миллион миль, но не смогут сделать это на рентабельной основе с сегодняшними концентрациями никеля.Цена на никель в настоящее время колеблется от одной трети до половины цены кобальта. Лабораторные исследования показывают, что в случае фосфата лития-железа, для которого не требуется никель или кобальт, существует возможность снизить цены до 80 долларов за кВт · ч.

Tesla и китайский рынок

Новая химия может снизить цены на батареи для электромобилей до 60–80 долларов за кВтч, сказал Айвз. Bloomberg NEF ожидает, что цены превысят 100 долларов к 2023 или 2024 году и 60 долларов к 2030 году, сказал Фрит.

«На этом этапе у вас есть выбор, как автопроизводитель или потребитель», — сказал Фрит.«Вы можете выбрать аккумулятор большего размера, который позволит вам продвинуться дальше (между зарядками). Или вы можете получить аккумулятор, оптимизированный для более длительного срока службы».

Ключевым новым поставщиком Tesla является китайский производитель аккумуляторов Contemporary Amperex Technology , или CATL, которая также работает с Volkswagen. Председатель CATL недавно заявил, что, согласно отчету Bloomberg, компания готова производить батареи на срок до 16 лет, или 1,2 миллиона миль.

В июне министерство правительства Китая объявило, что Tesla получил разрешение на создание Tesla Model 3 с литий-железо-фосфатной батареей.

Хотя никаких публичных заявлений о поставщике аккумуляторов сделано не было, аккумуляторы CATL считаются причиной, по которой Tesla может делать седаны Model 3 дешевле для китайского рынка, чем для продаж в США, сказал Айвс.

Баннеры выстроились на дороге, ведущей к мероприятию на производственном предприятии Tesla в Шанхае 7 января 2019 года.

Цилай Шен | Bloomberg | Getty Images

Другие автопроизводители также вводят новшества в области аккумуляторов, но они еще не исключают кобальт полностью.

В GM аккумуляторы, появляющиеся сейчас, снижают содержание кобальта примерно до 4,5% по сравнению с 18%, за счет большего количества марганца и никеля, а также некоторого количества алюминия, что составляет разницу.

Хотя дальнейшее сокращение кобальта, используемого в батареях, не является революционным изменением, которое предлагает фосфат лития-железа, эти усилия требуют десятилетий работы, и GM думает о том, чего можно достичь в ближайшие несколько лет. — отметил Мэн.

Сокращение производства кобальта позволит GM преодолеть порог в 100 долларов за киловатт-час, в то же время обеспечивая гибкое производство, которое позволяет компании лучше адаптировать батареи к различным потребностям автомобилей, грузовиков и внедорожников, сказал инвестору Энди Ори, ведущий архитектор GM по батареям для электромобилей. конференция в марте.

«Мы далеко не находимся в нижней части кривой стоимости аккумуляторов», — сказал Ори.

Изменения, которые приводит в движение нарушение барьера в $ 100 / кВтч, могут быть кардинальными.

Наиболее очевидным является то, что стоимость электромобилей, которые недавно достигли паритета с бензиновыми автомобилями и внедорожниками в некоторых сегментах роскошных ниш, могут сравняться с ценами на двигатели внутреннего сгорания примерно к 2023 году, сказал Фрит из Bloomberg.

Электромобили

также могут стать более полезными по мере увеличения их диапазона и более выгодным предложением, поскольку батареи должны иметь стоимость при перепродаже, возможно, для хранения бытовой солнечной энергии, поскольку они служат дольше, чем автомобили, с которыми они продаются, сказал Айвс.

Радикальное изменение в праве собственности на автомобили

Самая радикальная идея состоит в том, что эти батареи могут даже изменить характер владения автомобилями, позволив им служить в качестве роботакси, которые накапливают мили, перевозя пассажиров гораздо быстрее, чем автомобили для личного пользования, и Эту идею исполнительный директор GM Мэри Барра поддержала в марте.

Но эта и некоторые другие идеи, вероятно, слишком высоки, — сказал Бретт Смит, директор по технологиям Центра автомобильных исследований в Анн-Арборе, штат Мичиган.

Индустрия роботов-такси, которую Маск иногда представлял в качестве основы долгосрочного видения Tesla, а аналитики, такие как Адам Джонас из Morgan Stanley, считали ее центральной в бычьей версии акций Tesla, больше зависит от программного обеспечения. Смит сказал, что это больше, чем время автономной работы. Роботакси могут повлиять на владение личным автомобилем только тогда, когда системы, позволяющие избегать препятствий, таких как пешеходы, достаточно надежны, чтобы работать в большом масштабе, сказал он.

«Есть много проблем, чтобы добраться туда», — сказал он.«Было бы феноменально, если бы это сработало, но это далеко».

Батареи также могут иметь меньшее значение для дальности действия для обычных водителей, чем думают быки, — сказал Смит. Как и Фрит, он отмечает, что даже новые химические отрасли все еще страдают. уменьшение их запаса хода в холодную погоду, когда автомобильный обогреватель интенсивно используется.

Но Смит сказал, что новые батареи, вероятно, будут иметь одно большое значение, которое стимулирует потребительское восприятие электромобилей: улучшение восприятия их надежности и сделает покупку менее экзотической потребителям, увеличивая 2% -ную долю электромобилей на рынке новых автомобилей в 2019 году.

Этот шаг может быть аналогичен движению Hyundai по увеличению доли рынка в середине 2000-х, когда он начал предлагать 100 000-километровую гарантию на новые автомобили. Потребители в США купили почти на 50% больше Hyundais в 2005 году, чем в 2002 году, и к 2011 году бренд удвоил свою долю рынка. Батарея на миллион миль может помочь электромобилям развеять опасения по поводу их короткого пробега и высокой стоимости замены батареи, так же как и длительные гарантии помогли Hyundai. По его словам, они потеряли репутацию компании, занимающейся ненадежным контролем качества.

«Это вне всякого сомнения будет сигналом того, что технология появилась», — сказал Смит.«Это то, что сделала Hyundai».

Мэн предупредил, что ученые, в отличие от руководителей компаний, предпочитают занижать обещания и перевыполнять их. «Я вижу множество прорывов, и мы уже на несколько шагов впереди. У нас есть путь », — сказала Мэн. Но она добавила, говоря о генеральных директорах:« Они верят, что могут сделать это в больших масштабах. Я не уверен, что мы там ».

В лаборатории становится ясно, что можно сделать аккумулятор, который является долгоживущим активом, а технология аккумуляторов следующего поколения может достичь потенциала на миллион миль в следующие пять лет, сказал Мэн.Это изменит правила игры не только для электромобилей, но и для рынка хранения энергии в энергосистемах, для обеспечения которого изначально была разработана технология литий-железо-фосфата. Существенное увеличение производства принесет пользу уравнению затрат на обоих рынках.

«Мы не хотим переоценивать и разочаровывать, но это действительно вполне реально», — сказала она. «Я надеюсь, что мы доберемся до этого раньше, чем в 2025 году. Литий-железный фосфат и его модернизированные версии будут играть важную роль в будущем электромобилей и коренным образом изменят крупномасштабные накопители энергии.»

Что случилось с кобальтом, используемым в батареях электромобилей?

Производители электромобилей отказываются от кобальта, ключевого компонента литий-ионных аккумуляторов.

ОБНОВЛЕНИЕ: Ищете более подробное объяснение электромобилей и аккумуляторов? Ознакомьтесь с нашей статьей «Что случилось с электромобилями и аккумуляторами?» статья.


В двух словах:
— Использование кобальта в аккумуляторных батареях электромобилей вызывает озабоченность в связи с эксплуатацией рабочих в местах добычи полезных ископаемых, таких как Конго.
— Хотя в аккумуляторах электромобилей действительно используется кобальт, в наибольшей степени кобальт используется в индустрии портативной бытовой электроники.
— Производители электромобилей во главе с Tesla отказываются от использования кобальта и в целом устанавливают более строгие стандарты в отношении рабочей силы в своей цепочке поставок.


По мере того, как электромобили (EV) набирают популярность, общественные дискуссии об их плюсах и минусах усиливаются. Хотя приятно, что люди говорят об электромобилях, дезинформация и искажения в отношении этой технологии также растут.Особо упоминается использование кобальта в батареях электромобилей. Читайте дальше, чтобы узнать больше о кобальте и о том, что делается для решения соответствующих проблем.

Кобальт широко используется в современных технологиях.
Кобальт имеет долгую промышленную историю и имеет множество применений. Сегодня это металл, который содержится во многих продуктах, от авиационных двигателей до литий-ионных аккумуляторов, в том числе в электромобилях. В настоящее время кобальт чаще всего используется в портативной бытовой электронике, такой как сотовые телефоны, портативные компьютеры и планшеты, которые питаются от литий-ионных батарей.

Хотя кобальт является побочным продуктом производства других металлов, его также добывают, в основном в Австралии и Демократической Республике Конго. Хорошо известно, что добыча кобальта часто связана с неэтичной и небезопасной трудовой деятельностью в таких местах, как Конго. Таким образом, для потребителей разумно смотреть на кобальт во всех своих продуктах при принятии решения о покупке.

Что дальше с кобальтом?

Хотя верно, что кобальт содержится в литий-ионных батареях, используемых во многих электромобилях, есть и хорошие новости: батареям электромобилей не нужен кобальт для работы.Фактически, другие аккумуляторные технологии, в которых не используется кобальт, такие как никель-железо-алюминиевые катоды или литий-железо-фосфатные, не только существуют, но и активно разрабатываются для использования в новых электромобилях. В результате производители электромобилей отказываются от кобальта. Например, нынешние автомобильные аккумуляторы Tesla содержат менее пяти процентов кобальта, и в сентябре 2020 года компания объявила, что они разрабатывают свои собственные аккумуляторы, которые не будут содержать кобальта. Другие резко сокращают количество кобальта, необходимого для их батарей, например GM, которая в прошлом году представила новую систему батарей, которая использует на 70 процентов меньше кобальта, чем нынешние батареи.

Негативные последствия добычи кобальта для человека и окружающей среды реальны и хорошо задокументированы, и необходимы усилия по введению жестких трудовых и экологических стандартов в отрасли, а также комплексная национальная торговая политика и усилия в масштабах всей экономики по сокращению использования кобальт. Кроме того, следует продолжить добровольные усилия между автопроизводителями, поставщиками и правительствами по обеспечению безопасной и устойчивой цепочки поставок.

электромобилей играют важную роль в будущем экологически чистой энергии Миннесоты.
Здесь, в Миннесоте, Агентство по контролю за загрязнением штата Миннесота сообщает, что транспорт в настоящее время является крупнейшим источником загрязнения в результате изменения климата в нашем штате, а также значительным источником загрязнения воздуха, наносящего вред нашему сердцу и легким. Электромобили могут значительно сократить эти выбросы, большая часть которых приходится на легковые и грузовые автомобили. К счастью, Миннесота работает над полной реализацией этого потенциала. Инициатива администрации Уолза по чистым автомобилям в Миннесоте является важным шагом для обеспечения того, чтобы жители Миннесоты имели доступ к новым моделям электромобилей по мере их появления, и чтобы Миннесота не осталась в стороне при переходе на электромобили.

Как вдумчивый потребитель, важно взвесить все последствия наших решений. Чистая энергия и чистые транспортные решения необходимы, если мы надеемся смягчить наихудшие последствия изменения климата в Миннесоте. Поскольку зимний климат в нашем штате нагревается быстрее, чем в любом из 48 штатов, находящихся ниже, мы можем многое выиграть от перехода к экологически чистой энергии в будущем.

Выбор аккумуляторов производителями

электромобилей вызывает вопросы о будущем спросе на кобальт

Недавнее возрождение использования безкобальтовых аккумуляторов, особенно на китайском рынке аккумуляторов, подняло вопросы о будущем спроса на кобальт в секторе электромобилей (EV).

Использование кобальта в литий-ионных батареях всегда вызывало озабоченность из-за его высокой стоимости, а также использования детского труда в «кустарной добыче полезных ископаемых» в Демократической Республике Конго (ДРК), где производится 60% мирового производства кобальта. производится.

Тем не менее, участники рынка считают, что кобальт останется ключевым фактором грядущего бума электромобилей — даже несмотря на то, что Tesla объявила о планах полностью избавиться от кобальта в ближайшем будущем.

Возобновление энтузиазма по поводу литий-железо-фосфатных катодов (LFP) начало проявляться в Китае во второй половине прошлого года после того, как местное правительство сократило субсидии на электромобили наполовину по сравнению со своей предыдущей политикой.

Предел 25 000 юаней на единицу для автомобилей с запасом хода более 400 км, сохраненный в этом году, не считался достаточным для покрытия затрат на производство существующих катодов с высоким содержанием никеля, которые выше, чем затраты на катоды LFP.

Технологические усовершенствования, которые увеличили удельную энергию LFP, что означает увеличение дальности движения, в этом году еще больше укрепили старую технологию. В некоторых случаях это новое поколение катодов LFP достигало уровней плотности энергии, аналогичных тем, которые используют химические соединения с высоким содержанием никеля.

Например, китайский автопроизводитель BYD

заявил, что его новая модель Han с питанием от LFP будет иметь запас хода 605 км. Так называемая батарея LFP Blade от BYD дала лучшие результаты за счет модернизации конструкции ячеек и блоков. Новый подход «от элемента к батарее» позволял составлять 60% упаковки из батарей по сравнению с 40% в предыдущих технологиях.

Tesla также развивает свой выбор аккумуляторов. Американский производитель электромобилей всегда использовал катоды из никель-кобальт-алюминия (NCA), но использовал катоды LFP без кобальта, поставляемые CATL для стандартной линейки Model 3, произведенные на недавно открывшемся заводе в Шанхае.Автомобиль имеет запас хода 468 км.

На мероприятии «День батареи» в сентябре генеральный директор Tesla Илон Маск заявил, что компания намерена полностью отказаться от кобальта в ближайшем будущем. Производитель электромобилей планирует построить собственный катодный завод, но, по словам Маска, основное внимание будет уделяться химическим продуктам с высоким содержанием никеля, но на этот раз без кобальта.

СМСС по-прежнему предпочитает Европу

Несмотря на эти успешные примеры на китайском рынке, вероятно, потребуется некоторое время, чтобы LFP начал быстро развиваться в других регионах.

В мае Volkswagen приобрел долю в китайском поставщике аккумуляторов Gotion-High Tech, одном из крупнейших поставщиков аккумуляторов LFP в стране. Однако Volkswagen сообщил Platts по электронной почте, что в настоящее время не планирует использовать LFP в своих автомобилях, хотя компания «проверяет эту технологию и ее возможности».

Другой немецкий автопроизводитель, BMW, недавно расширил свой завод по производству аккумуляторов в Тиекси, Китай, но, как сообщается, начал производить никель-кобальт-марганцевые (NCM) аккумуляторы для модели iX3.Основная цель компании на данный момент — увеличить запас хода, но снижение затрат будет приоритетом в будущем, сообщила BMW Platts по электронной почте.

«В этом конфликте целей между диапазоном и стоимостью более важно, чем когда-либо, полностью проникнуть во все исполнительные механизмы, начиная с сырья, химии ячеек, конструкции ячеек и модулей, и оптимизировать все их взаимодействия», — сказал BMW, не отклоняя никаких специфический вид катодной химии.

Некоторые западные участники рынка все еще утверждают, что в будущем LFP следует ограничить китайскими городскими автомобилями малой дальности, а также системами хранения энергии.По словам источников, большая часть инвестиций по-прежнему направляется в технологию NCM, которая сохранит актуальность кобальта.

Даже Tesla, несмотря на обязательство полностью отказаться от кобальта и использовать LFP в своем стандартном модельном ряду Model 3 китайского производства, по-прежнему использует NCM 811 (8 частей никеля, по 1 части кобальта и марганца), поставляемый LG Chem, в модели. 3 версия Long Range произведена в Шанхае.

Кроме того, американский производитель электромобилей недавно подписал долгосрочное соглашение с Glencore на поставку до 6000 тонн кобальта в год.BMW также подписала долгосрочный контракт с Managem на поставку кобальта на сумму более 100 миллионов долларов, опираясь на еще одно долгосрочное обязательство с Glencore по кобальту от Мурина Мурина.

Пандемия коронавируса вызвала сокращение поставок сырого кобальта. Источники на рынке заявили, что значительный денежный поток в секторе, вероятно, поможет поднять цены на кобальт в оставшуюся часть этого года, хотя спрос на кобальт для электромобилей должен оставаться слабым.

В отчете, опубликованном окт.23 января S&P Global Market Intelligence ожидало продолжения восстановления притока кобальтового сырья в Китай, но снижения цен.

Продолжение подъема китайской стрелы LFP

Если предположить, что продажи электромобилей в Китае достигнут 1 миллиона единиц в 2020 году, объем загрузки для аккумуляторов LFP и NMC в этом году может составить 21,37 ГВт и 31,18 ГВт соответственно, что составляет 40% и 59% от общего объема, — сказал Мо Кэ, основатель китайской компании. Исследовательская компания RealLi, оценка в отчете.

Спрос на батареи LFP в Китае в этом году значительно вырастет.Многие производители электромобилей предпочли использовать батареи LFP из-за преимущества более низких производственных затрат, а это означает, что использование LFP будет продолжать расти в ближайшие месяцы.

По оценкам китайского исследователя ICCSINO, производство материалов LFP в Китае достигнет 130 000 тонн в 2020 году и вырастет до 190 000 тонн в 2021 году по сравнению с примерно 100 000 тонн в 2019 году.

Согласно отдельным данным, опубликованным Китайским альянсом по инновациям в индустрии автомобильных аккумуляторов, мощность аккумуляторной батареи

в Китае за январь-август составила 37,1 ГВтч, что на 34% меньше, чем годом ранее.Производство аккумуляторов LFP снизилось на 17% в годовом исчислении и составило 14,5 ГВтч от общего объема, в то время как производство аккумуляторов NMC упало на 38% в годовом исчислении, составив оставшиеся 22,4 ГВтч.

Производство аккумуляторов LFP составило 39% от общего объема в январе-августе по сравнению с почти 29% за тот же период прошлого года.

Однако в долгосрочной перспективе аккумулятор NMC останется доминирующим на рынке легковых электромобилей. По словам Мо Кэ, коэффициент потребления LFP на рынке электромобилей в ближайшие годы снизится и упадет примерно до 20% в 2025 году.

Что делает ставка Tesla на железные батареи, означает для производителей — TechCrunch

Илон Маск ранее на этой неделе сделал свои самые оптимистичные заявления о батареях на основе железа, отметив, что Tesla делает «долгосрочный переход» к более старым, более дешевым литий-железо-фосфатным (LFP) элементам в своих продуктах для хранения энергии и некоторых других. электромобили начального уровня.

Генеральный директор Tesla предположил, что батареи компании в конечном итоге могут быть примерно на две трети на основе железа и на одну треть — на основе никеля.«И это действительно хорошо, потому что в мире много железа», — добавил он.

Комментарии

Маска отражают изменения, которые уже происходят в автомобильном секторе, в основном в Китае. Химический состав аккумуляторов за пределами Китая в основном основан на никеле — в частности, никель-марганец-кобальт (NMC) и никель-кобальт-алюминий (NCA). Эти новые химические продукты стали привлекательными для автопроизводителей из-за их более высокой плотности энергии, что позволило производителям оригинального оборудования (OEM) улучшить ассортимент своих аккумуляторов.

Если оптимизм Маска предвещает настоящий сдвиг в индустрии электромобилей, вопрос в том, смогут ли производители аккумуляторов за пределами Китая поспеть за ним.

Маск — не единственный автомобильный руководитель, который сигнализирует о возвращении к формуле LFP. Ранее в этом году генеральный директор Ford Джим Фарли заявил, что компания будет использовать батареи LFP в некоторых коммерческих автомобилях. Между тем, генеральный директор Volkswagen Герберт Дисс объявил во время презентации, посвященной дню работы компании с аккумулятором, что LFP будет использоваться в некоторых электромобилях VW начального уровня.

Что касается накопителей энергии, то комментарии Маска об использовании химикатов на основе LFP в Powerwall и Megapack совпадают с комментариями других компаний по хранению энергии, которые настаивают на формулах на основе железа. «Индустрия стационарных накопителей хочет перейти на LFP, потому что это дешевле, — сказал TechCrunch Сэм Джаффе, возглавляющий исследовательскую фирму Cairn Energy Research Advisors.

Батарейные элементы

LFP привлекательны по нескольким причинам. Во-первых, они не зависят от ультра-дефицитного и нестабильного в цене сырья, такого как кобальт и никель.(Кобальт, который в основном поступает из Демократической Республики Конго, подвергся дополнительной проверке из-за нечеловеческих условий добычи.) И хотя они менее энергоемкие, чем химические соединения на основе никеля, батареи LFP намного дешевле. Это хорошая новость для тех, кто хочет стимулировать переход на электромобили, потому что снижение стоимости одного автомобиля, вероятно, станет ключом к более широкому внедрению электромобилей.

Маск ясно видит большое будущее для химии на основе железа в Tesla, и его комментарии помогли вновь привлечь внимание к LFP.Но есть одно место, где они остались звездой шоу: Китай.

Китайская монополия на LFP

«LFP в основном производится только в Китае», — объяснил Каспар Роулз, руководитель отдела цен и оценки данных исследовательской фирмы Benchmark Mineral Intelligence, в недавнем интервью TechCrunch.

Доминирование Китая в производстве аккумуляторов LFP отчасти связано с рядом ключевых патентов на LFP, которыми управляет консорциум университетов и исследовательских институтов.Этот консорциум пришел к соглашению с китайскими производителями аккумуляторов десять лет назад, согласно которому производители не будут взимать лицензионный сбор при условии, что аккумуляторы LFP используются только на китайских рынках.

Таким образом, рынок LFP занял Китай.

Производители аккумуляторов в Китае могут получить наибольшую выгоду от потенциального тектонического сдвига в сторону LFP — в частности, BYD и CATL, последняя из которых уже производит аккумуляторы LFP для автомобилей Tesla, производимых и продаваемых в Китае. (Между тем Volkswagen имеет значительную долю в китайском производителе LFP Gotion High-Tech.Эти производители аккумуляторов не сбавляют обороты: в январе CATL и Shenzhen Dynanonic подписали соглашение с местной китайской провинцией о строительстве катодного завода LFP стоимостью 280 миллионов долларов в течение трех лет.

Патенты на LFP истекают в 2022 году, объясняет отраслевой аналитик Роскилл, что может дать производителям аккумуляторов за пределами Китая время, чтобы начать переводить часть своего производства на формулы на основе железа. Однако все запланированные аккумуляторные фабрики в Европе и Северной Америке, многие из которых являются совместными предприятиями с южнокорейскими промышленными гигантами, такими как LG Chem или SK Innovation, по-прежнему ориентированы на производство никелевой химии.

«Чтобы США могли воспользоваться преимуществами LFP, потребуется производство в Северной Америке», — пояснил Яффе. «Все, кто строит сегодня гигафабрики в США, планируют производить продукты с высоким содержанием никеля. Существует огромная неудовлетворенная потребность в аккумуляторах LFP местного производства ».

Роулз сказал, что он ожидает, что в ближайшие годы появятся некоторые мощности LFP в Северной Америке и Европе, особенно после истечения срока действия патентов. Он отметил, что CATL и SVOLT, еще один производитель аккумуляторов, предпринимают шаги в Германии, но обе эти компании являются китайскими, что оставляет открытым вопрос о том, смогут ли другие азиатские или западные компании конкурировать на рынке LFP.(Stellantis выбрала SVOLT в качестве одного из своих поставщиков аккумуляторов с 2025 года.)

Что касается накопителей энергии, Джефф сказал, что, по его мнению, «большинство стационарных систем хранения неизбежно в конечном итоге станут LFP».

Однако не все потеряно для отечественного производства в Соединенных Штатах. «Хорошая новость для создания местного производства LFP заключается в том, что цепочка поставок проста: помимо лития, это железо и фосфорная кислота, два дешевых материала, которые уже производятся [в США] в больших количествах», — добавил Джаффе.

В конце концов, речь не идет о химии одной батареи по сравнению с другой. Более вероятно, что мы уже начали видеть от автопроизводителей, включая Tesla: батареи на основе железа будут использоваться преимущественно в более дешевых автомобилях начального уровня, а элементы на основе никеля будут использоваться в автомобилях более высокого класса и в высокопроизводительных автомобилях. Многие потребители, вероятно, будут довольны автомобилем с пробегом от 200 до 250 миль, который на тысячи долларов дешевле, чем автомобиль с пробегом от 300 до 350 миль.

Автопроизводители также начали предпринимать шаги, чтобы взять под свой контроль поставки аккумуляторов, будь то через вертикальное производство или совместные предприятия с известными производителями аккумуляторов.Это означает, что увеличение емкости LFP в Северной Америке и Европе не только вероятно, но и неизбежно.

как мир будет производить достаточно?

Эра электромобилей приближается. Ранее в этом году американский автомобильный гигант General Motors объявил, что он намерен прекратить продажу бензиновых и дизельных моделей к 2035 году. Audi, базирующаяся в Германии, планирует прекратить производство таких автомобилей к 2033 году. Многие другие автомобильные транснациональные корпорации выпустили аналогичные дорожные карты. .Внезапно, медленные попытки крупных автопроизводителей электрифицировать свои автопарки превратились в спешку к выходу.

Электрификация личной мобильности набирает обороты, о чем несколько лет назад не могли и мечтать даже самые ярые ее сторонники. Во многих странах правительственные поручения ускорят перемены. Но даже без новой политики или правил половина мировых продаж легковых автомобилей в 2035 году будет приходиться на электроэнергию, согласно данным консалтинговой компании BloombergNEF (BNEF) в Лондоне.

Это масштабное промышленное преобразование знаменует собой «переход от топливоемкой к материалоемкой энергетической системе», как заявило Международное энергетическое агентство (МЭА) в мае 1 . В ближайшие десятилетия сотни миллионов транспортных средств выйдут на дороги с массивными батареями внутри (см. «Переход на электричество»). И каждая из этих батарей будет содержать десятки килограммов материалов, которые еще предстоит добыть.

Источник: исх. 2

Предвидя мир, в котором будут преобладать электромобили, материаловеды работают над двумя большими проблемами.Один из них — как сократить количество металлов в батареях, которые являются дефицитными, дорогими или проблематичными, поскольку их добыча сопряжена с серьезными экологическими и социальными издержками. Другой — улучшить переработку аккумуляторов, чтобы ценные металлы в отработанных автомобильных аккумуляторах можно было эффективно повторно использовать. «Вторичная переработка будет играть ключевую роль в этом процессе», — говорит Кваси Ампофо, горный инженер, ведущий аналитик BNEF по металлургии и добыче полезных ископаемых.

Производители аккумуляторов и автомобилей уже тратят миллиарды долларов на снижение затрат на производство и переработку аккумуляторов электромобилей (EV) — отчасти благодаря государственным стимулам и ожиданию предстоящих нормативных актов.Национальные спонсоры исследований также основали центры по изучению более эффективных способов производства и переработки батарей. Поскольку добыча металлов в большинстве случаев все еще обходится дешевле, чем их переработка, ключевая цель состоит в разработке процессов извлечения ценных металлов с достаточно низкой стоимостью, чтобы они могли конкурировать с только что добытыми металлами. «Больше всего говорят о деньгах», — говорит Джеффри Спангенбергер, инженер-химик из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который руководит финансируемой США инициативой по переработке литий-ионных аккумуляторов под названием ReCell.

Литиевое будущее

Первой задачей исследователей является сокращение количества металлов, которые необходимо добывать для аккумуляторов электромобилей. Количество различается в зависимости от типа аккумулятора и модели автомобиля, но один автомобильный литий-ионный аккумулятор (типа, известного как NMC532) может содержать около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальт, согласно данным Аргоннской национальной лаборатории.

Аналитики не ожидают в ближайшее время отказа от литий-ионных батарей: их стоимость упала настолько резко, что они, вероятно, станут доминирующей технологией в обозримом будущем.Сейчас они в 30 раз дешевле, чем тогда, когда они впервые вышли на рынок в качестве небольших портативных батарей в начале 1990-х годов, даже несмотря на то, что их производительность улучшилась. BNEF прогнозирует, что стоимость литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей к 2023 году упадет ниже 100 долларов США за киловатт-час, что примерно на 20% ниже, чем сегодня (см. «Резкое снижение стоимости аккумуляторов»). В результате электромобили, которые по-прежнему дороже обычных, должны достичь паритета цен к середине 2020-х годов. (По некоторым оценкам, электромобили уже дешевле, чем автомобили с бензиновым двигателем, в течение всего срока их службы, благодаря меньшей стоимости питания и обслуживания.)

Для производства электричества литий-ионные батареи перемещают ионы лития из одного слоя, называемого анодом, в другой, катод. Они разделены еще одним слоем — электролитом. Катоды — это главный ограничивающий фактор в характеристиках аккумуляторов, и именно в них находятся самые ценные металлы.

Катод типичного литий-ионного аккумуляторного элемента представляет собой тонкий слой слизи, содержащей микрокристаллы, которые часто похожи по структуре на минералы, встречающиеся в естественной коре или мантии Земли, такие как оливины или шпинели.Кристаллы соединяют отрицательно заряженный кислород с положительно заряженным литием и различными другими металлами — в большинстве электромобилей это смесь никеля, марганца и кобальта. Перезарядка батареи вырывает ионы лития из этих кристаллов оксида и притягивает ионы к аноду на основе графита, где они хранятся, зажатые между слоями атомов углерода (см. «Электрическое сердце»).

Источник: адаптировано из G. Harper et al. Natur e 575 , 75–86 (2019) и G. Предложение et al.Природа 582 , 485–487 (2020).

Литий сам по себе не в дефиците. В июньском отчете BNEF 2 подсчитано, что текущие запасы этого металла — 21 миллион тонн, по данным Геологической службы США — достаточны для перехода на электромобили до середины века. А запасы — это податливая концепция, потому что они представляют собой количество ресурса, который можно экономично добыть при текущих ценах и с учетом текущих технологий и нормативных требований.Для большинства материалов, если спрос возрастет, в конечном итоге тоже появятся запасы.

По словам Ампофо, по мере того, как автомобили электрифицируются, проблема заключается в увеличении производства лития для удовлетворения спроса. «В период с 2020 по 2030 год он вырастет примерно в семь раз».

Это может привести к временному дефициту и резким колебаниям цен, говорит он. Но икота на рынке не изменит картину в долгосрочной перспективе. «По мере наращивания производственных мощностей этот дефицит, вероятно, исчезнет сам», — говорит Хареш Камат, специалист по хранению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто, Калифорния.

Отложения соли на заводе по производству лития на солончаках Уюни в Потоси, Боливия Фото: Карлос Бесерра / Bloomberg / Getty

Увеличение добычи лития несет в себе собственные проблемы для окружающей среды: существующие формы добычи требуют большого количества энергии (для лития, извлекаемого из породы) или воды (для извлечения из рассолов). Но более современные методы извлечения лития из геотермальной воды с использованием геотермальной энергии для управления процессом считаются более безопасными.И, несмотря на этот ущерб окружающей среде, добыча лития поможет заменить разрушительную добычу ископаемого топлива.

Исследователей больше беспокоит кобальт, который является наиболее ценным ингредиентом современных аккумуляторов электромобилей. Две трети мировых запасов добываются в Демократической Республике Конго. Активисты-правозащитники выразили обеспокоенность по поводу условий там, в частности по поводу детского труда и вреда для здоровья рабочих; как и другие тяжелые металлы, кобальт токсичен при неправильном обращении.Можно использовать альтернативные источники, такие как богатые металлами «конкреции», обнаруженные на морском дне, но они представляют свою собственную опасность для окружающей среды. Никель, еще один важный компонент аккумуляторов электромобилей, также может столкнуться с нехваткой 3 .

Управление металлами

Чтобы решить проблемы с сырьем, ряд лабораторий экспериментировали с катодами с низким содержанием кобальта или без кобальта. Но материалы катода должны быть тщательно спроектированы так, чтобы их кристаллическая структура не разрушалась, даже если более половины ионов лития удаляется во время зарядки.А полный отказ от кобальта часто снижает удельную энергию батареи, говорит ученый-материаловед Арумугам Мантирам из Техасского университета в Остине, потому что он изменяет кристаллическую структуру катода и то, насколько прочно он может связывать литий.

Мантирам принадлежит к числу исследователей, которые решили эту проблему — по крайней мере, в лаборатории — показав, что кобальт можно удалить с катодов без ущерба для рабочих характеристик. 4 . «Материал, не содержащий кобальта, о котором мы сообщаем, имеет ту же кристаллическую структуру, что и оксид лития-кобальта, и, следовательно, такую ​​же плотность энергии» или даже лучше, — говорит Мантирам.Его команда добилась этого, отрегулировав способ производства катодов и добавив небольшие количества других металлов, сохранив при этом кристаллическую структуру оксида кобальта катода. Мантирам говорит, что внедрение этого процесса на существующих заводах должно быть несложным, и основал новую фирму под названием TexPower, чтобы попытаться вывести ее на рынок в течение следующих двух лет. Другие лаборатории по всему миру работают над безкобальтовыми батареями: в частности, новаторский производитель электромобилей Tesla из Пало-Альто, Калифорния, заявил, что планирует исключить металл из своих аккумуляторов в ближайшие несколько лет.

Сунь Янг-Кук из Университета Ханян в Сеуле, Южная Корея, — еще один ученый-материаловед, добившийся аналогичных показателей в работе с бескобальтовыми катодами. Sun говорит, что при создании новых катодов могут остаться некоторые технические проблемы, потому что процесс основан на переработке богатых никелем руд, для чего может потребоваться дорогая атмосфера чистого кислорода. Но многие исследователи теперь считают проблему кобальта практически решенной. Мантирам и Сан «показали, что можно делать действительно хорошие материалы без кобальта, и [они] работают очень хорошо», — говорит Джефф Дан, химик из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канада.

Рабочие добывают кобальт возле шахты между Лубумбаши и Колвези в Демократической Республике Конго Фото: Федерико Скоппа / AFP / Getty

Никель, хотя и не такой дорогой, как кобальт, тоже не дешев. Исследователи тоже хотят его удалить. «Мы решили проблему нехватки кобальта, но из-за того, что мы так быстро масштабируемся, мы идем прямо к проблеме никеля», — говорит Гербранд Седер, ученый-материаловед из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния.Но удаление как кобальта, так и никеля потребует перехода на совершенно другие кристаллические структуры катодных материалов.

Один из подходов — использовать материалы, называемые неупорядоченными каменными солями. Они получили свое название из-за своей кубической кристаллической структуры, которая похожа на структуру хлорида натрия, где кислород играет роль хлора, а смесь тяжелых металлов заменяет натрий. За последнее десятилетие команда Седера и другие группы показали, что определенные богатые литием каменные соли позволяют литию легко входить и выходить — это важное свойство, обеспечивающее возможность повторной зарядки 5 .Но, в отличие от обычных катодных материалов, неупорядоченные каменные соли не требуют, чтобы кобальт или никель оставались стабильными во время этого процесса. В частности, они могут быть сделаны из марганца, который дешев и в большом количестве, говорит Седер.

Утилизация лучше

Если батареи будут производиться без кобальта, исследователи столкнутся с непредвиденными последствиями. Металл является основным фактором, который делает переработку аккумуляторов экономичной, поскольку добыча других материалов, особенно лития, в настоящее время обходится дешевле, чем переработка.

На типичном заводе по переработке аккумуляторы сначала измельчаются, в результате чего элементы превращаются в порошкообразную смесь всех используемых материалов. Затем эта смесь распадается на элементарные составляющие либо путем ее сжижения в плавильном заводе (пирометаллургия), либо путем растворения в кислоте (гидрометаллургия). Наконец, металлы осаждаются из раствора в виде солей.

Механический измельчитель аккумуляторных модулей, показанный на этом фото, на заводе по переработке отходов в Дузенфельде в Германии Фото: Вольфрам Шролл / Duesenfeld

Исследования были сосредоточены на улучшении процесса, чтобы сделать переработанный литий экономически привлекательным.Подавляющее большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, Японии и Южной Корее; соответственно, возможности рециркуляции там растут быстрее всего. Например, расположенная в Фошане компания Guangdong Brunp — дочерняя компания CATL, крупнейшего в Китае производителя литий-ионных элементов — может перерабатывать 120 000 тонн батарей в год, по словам представителя компании. Это эквивалент того, что будет использоваться в более чем 200 000 автомобилей, и компания способна восстановить большую часть лития, кобальта и никеля. Политика правительства способствует этому: в Китае уже есть финансовые и нормативные стимулы для компаний, производящих аккумуляторные батареи, которые получают материалы у компаний по переработке, а не импортируют только что добытые, — говорит Ханс Эрик Мелин, управляющий директор консалтинговой компании Circular Energy Storage в Лондоне.

Европейская комиссия предложила строгие требования по переработке аккумуляторов, которые могут быть введены поэтапно с 2023 года — хотя перспективы блока по развитию отечественной индустрии переработки являются неопределенными. 6 . Администрация президента США Джо Байдена, тем временем, хочет потратить миллиарды долларов на развитие отечественной индустрии производства аккумуляторов для электромобилей и поддержку утилизации, но еще не предложила правила, выходящие за рамки существующего законодательства, классифицирующие аккумуляторы как опасные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. .Некоторые начинающие компании в Северной Америке заявляют, что они уже могут извлекать большую часть металлов из аккумуляторных батарей, включая литий, по затратам, которые конкурентоспособны с затратами на их добычу, хотя аналитики говорят, что на данном этапе общая экономическая выгода только потому, что кобальт.

Измельченный аккумуляторный порошок, или «черная масса», очищается от пластин на предприятии по переработке аккумуляторов Li-Cycle в Кингстоне, Онтарио, Канада. Фото: Christinne Muschi / Bloomberg / Getty

Более радикальный подход состоит в том, чтобы повторно использовать катодные кристаллы, а не разрушать их структуру, как это делают гидро- и пирометаллургия.ReCell, совместное предприятие стоимостью 15 миллионов долларов США, которым управляет Спангенбергер, включает три национальных лаборатории, три университета и множество игроков отрасли. Он разрабатывает методы, которые позволят переработчикам извлекать катодные кристаллы и перепродавать их. Одним из важнейших шагов после того, как батареи были измельчены, является отделение катодных материалов от остальных с помощью тепла, химикатов или других методов. «Причина, по которой мы с таким энтузиазмом относимся к сохранению кристаллической структуры, заключается в том, что для ее создания потребовалось много энергии и ноу-хау.В этом заключается большая ценность », — говорит Линда Гейнс, физико-химик из Аргонна и главный аналитик ReCell.

Эти методы обработки работают с различными кристаллическими структурами и составами, говорит Гейнс. Но если центр переработки получает поток отходов, который включает в себя многие типы батарей, различные типы катодного материала в конечном итоге попадут в котел для переработки. Это может усложнить попытки выделить различные типы катодных кристаллов. Хотя процессы, разработанные ReCell, позволяют легко отделить никель, марганец и кобальт от других типов ячеек, таких как, например, те, которые используют фосфат лития-железа, им будет трудно разделить два типа, которые оба содержат кобальт и никель, но в разных пропорции.По этой и другим причинам, для аккумуляторов будет крайне важно иметь какой-то стандартизированный штрих-код, который сообщает переработчикам, что находится внутри, говорит Спангенбергер.

Рабочий автомобильной фирмы Renault готовится разобрать аккумулятор. Компания заявляет, что перерабатывает все свои аккумуляторы для электромобилей — на данный момент всего пару сотен в год Фото: Оливье Геррен, Photothèque Veolia

Еще одно потенциальное препятствие заключается в том, что химический состав катодов постоянно развивается.Катоды, которые производители будут использовать через 10–15 лет — в конце жизненного цикла современных автомобилей — вполне могут отличаться от нынешних. Самый эффективный способ получить материалы — это для производителя собрать свои собственные батареи в конце жизненного цикла. И батареи должны разрабатываться с нуля так, чтобы их было легче разбирать, добавляет Гейнс.

Специалист по материалам Эндрю Эбботт из Университета Лестера, Великобритания, утверждает, что переработка будет намного более прибыльной, если она пропускает стадию измельчения и напрямую разбирает клетки.Он и его сотрудники разработали метод разделения катодных материалов с помощью ультразвука 7 . Это лучше всего работает с аккумуляторными элементами, которые упакованы плоско, а не свернутыми (как обычные «цилиндрические» элементы), и, добавляет Эбботт, может сделать переработанные материалы намного дешевле, чем первичные добытые металлы. Он участвует в правительственной программе Великобритании по исследованию устойчивости батарей под названием ReLiB стоимостью 14 миллионов фунтов стерлингов (19 миллионов долларов США).

Увеличьте объем

Какие бы процессы рециркуляции не стали стандартными, поможет масштабирование.По словам Мелина, хотя в сообщениях СМИ надвигающийся поток разряженных батарей описывается как надвигающийся кризис, аналитики видят в этом большие возможности. Как только у миллионов больших батарей закончится срок службы, появится эффект масштаба, который сделает переработку более эффективной, а экономическое обоснование этого — более привлекательным.

Трубопровод для производства электромобилей на заводе Nio в Хэфэе, Китай Фото: Qilai Shen / Bloomberg / Getty

Аналитики говорят, что пример свинцово-кислотных аккумуляторов — тех, которые запускают бензиновые автомобили — дает повод для оптимизма.Поскольку свинец токсичен, эти батареи классифицируются как опасные отходы и подлежат безопасной утилизации. Но вместо этого была создана эффективная промышленность, в которой их перерабатывают, даже несмотря на то, что свинец дешев. «Более 98% свинцово-кислотных аккумуляторов восстанавливаются и перерабатываются», — говорит Камат. «Ценность свинцово-кислотного аккумулятора даже ниже, чем у литий-ионного аккумулятора. Но из-за объема в любом случае есть смысл утилизировать », — говорит Мелин.

Может пройти некоторое время, прежде чем рынок литий-ионных аккумуляторов достигнет своего полного размера, отчасти потому, что эти аккумуляторы стали исключительно долговечными: нынешние автомобильные аккумуляторы могут прослужить до 20 лет, говорит Камат.В типичном электромобиле, продаваемом сегодня, аккумуляторная батарея переживет автомобиль, в который он был встроен, говорит Мелин.

Это означает, что когда старые электромобили отправляются на металлолом, аккумуляторы часто не выбрасывают и не перерабатывают. Вместо этого их вынимают и повторно используют для менее требовательных приложений, таких как стационарные накопители энергии или приводы лодок. После десяти лет использования автомобильный аккумулятор, такой как Nissan Leaf, который первоначально имел 50 киловатт-часов, потеряет максимум 20% своей емкости.

Еще один майский отчет МЭА, организации, известной своими исторически осторожными прогнозами, включал дорожную карту 8 по достижению к середине века чистых нулевых выбросов, которая включает переход на электрический транспорт в качестве краеугольного камня. Уверенность в том, что это достижимо, отражает растущий консенсус среди политиков, исследователей и производителей в отношении того, что проблемы электрификации автомобилей теперь полностью решаемы — и что если мы хотим иметь хоть какую-то надежду удержать изменение климата на управляемом уровне, нельзя терять время. .

Но некоторые исследователи жалуются, что электромобили, кажется, соответствуют невыполнимым стандартам с точки зрения воздействия их батарей на окружающую среду. «Было бы неудачно и контрпродуктивно отказываться от хорошего решения, настаивая на идеальном решении», — говорит Камат. «Это, конечно, не означает, что мы не должны активно работать над вопросом утилизации батарей».

Эта безкобальтовая батарея полезна для планеты — и она действительно работает.

Грег Лесс, технический директор лаборатории батарей Мичиганского университета, говорит, что катодный материал Manthiram «подает большие надежды.Он говорит, что необходимо провести дополнительные испытания для решения проблем, наблюдаемых с другими подобными химическими составами катодов, таких как склонность марганца к растворению при повышенных температурах, но результаты первоначальных испытаний батареи обнадеживают. «Альтернатива без кобальта, которая может конкурировать с кобальтсодержащими электродами, очень интересна», — говорит Лесс.

Чтобы это произошло, Мантирам и его команда использовали специальные методы для смешивания ингредиентов именно в наномасштабе.Это включает перекачку растворов, содержащих ионы никеля, марганца и алюминия, в реактор, где они смешиваются с другим раствором, который соединяется с ионами металлов. В результате получается тонко перемешанный порошок гидроксидов металлов, который спекается с гидроксидом лития для создания материала, используемого для катода. Скорость откачки и температуру необходимо точно контролировать на протяжении всего процесса, чтобы гарантировать, что получаемый катодный материал имеет правильную структуру и состав. «Для разработки состава катода требовалось хорошее знание основ химии», — говорит Мантирам.«И мы нашли способ контролировать процесс, чтобы вы могли смешивать в атомарном масштабе».

Когда Мантирам и его команда смешали эти элементы вместе, они поместили катод в экспериментальную литий-ионную ячейку с обычным графитовым анодом. В ходе испытаний они обнаружили, что его характеристики соответствуют характеристикам имеющихся в продаже литий-ионных аккумуляторов с кобальтовыми катодами при разных скоростях зарядки и сотнях циклов зарядки. Хотя катод без кобальта имел немного более низкую плотность энергии, что означало, что он мог хранить меньше ионов лития, Мантирам считает, что этот пробел можно закрыть путем дальнейшего уточнения его химического состава.

Тем временем он сосредоточился на переносе батареи из лаборатории в реальный мир. Недавно он основал TexPower для коммерциализации катода и говорит, что его будет легко интегрировать в существующие процессы производства батарей. Его можно использовать в аккумуляторах для ряда приложений, таких как бытовая электроника, электромобили и накопители для энергосистемы.

Мантирам надеется, что его катод без кобальта появится на рынке в течение нескольких лет.И он не единственный. Стартап под названием Sparkz недавно получил лицензию на использование катода без кобальта в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики для коммерциализации технологии. Более авторитетные игроки, такие как Panasonic, стремятся снизить содержание кобальта в своих батареях. Илон Маск годами хотел, чтобы в Teslas были безкобальтовые батареи, и многие отраслевые аналитики ожидают, что он объявит о прорыве в литий-ионных элементах с низким содержанием кобальта во время мероприятия компании «День батареи» в следующем месяце.

Тем не менее, кобальтовые катоды могут существовать еще какое-то время, говорит Дэвид Вес, бывший президент и нынешний советник Cobalt Institute, некоммерческой торговой группы, представляющей производителей.Помимо преимуществ в стабильности и производительности, которые металл дает литий-ионным батареям, компании, производящие их, потратили годы и миллиарды долларов на совершенствование химического состава своих катодов. Это означает, что любому новому игроку придется преодолеть значительную инерцию отрасли. «Мы должны заглянуть в будущее, прежде чем химические системы, не требующие кобальта, станут коммерческой реальностью», — говорит Вес. «Переход к совершенно новым технологиям не произойдет в одночасье. В обозримом будущем кобальт будет использоваться в батареях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *