В прошедшем году доминирующее положение Китая в производстве аккумуляторов проявилось особенно отчетливо. Мировой лидер CATL, контролирующий более 30% рынка, наращивает производство и выпускает инновационные батареи различных типов. Также появились многообещающие варианты твердотельных и натрий-ионных аккумуляторов. И все же, несмотря на ограничения в емкости и прочие недостатки, литий-ионные батареи остаются пока основным источником питания электромобилей.
Пекин контролирует большую часть полезных ископаемых, необходимых для выпуска элементов питания, в частности, графит, который используется практически во всех анодах батарей для литий-ионных аккумуляторов. Судя по докладу, который представили Сенату США в ноябре, Штаты отстают от Китая в производстве аккумуляторов на 10–20 лет. При этом мировой спрос на литий-ионные батареи к 2035 году увеличится в семь раз.
Весной стало известно, что крупнейший в мире производитель аккумуляторов для электротранспорта, компания CATL приступает к массовому выпуску батареи на технологии Cell-to-pack третьего поколения. Благодаря рекордной эффективности использования объема этот литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор обеспечивает наивысший показатель плотности энергии среди серийных элементов питания — 255 Вт*ч/кг — и заряжается с 10 до 80% за 10 минут.
Мало того, чтобы упрочить свое положение CATL ввела в эксплуатацию новый завод по производству аккумуляторов, расположенный на юго-западе Китая. Его особенность — в высоком темпе выпуска: весь процесс от подачи материала до готового аккумуляторного изделия сокращается до одного элемента в секунду и одного целого аккумуляторного блока за 2,5 минуты. Ожидается, что после завершения второго этапа мощность производства аккумуляторов CATL в Гуйчжоу удвоится до 60 ГВт·ч.
Аккумуляторы CATL устанавливаются в электрокарах местных — Geely, Li Auto, Lotus — а также зарубежных автокомпаний: BMW, VW, Daimler, Tesla, Hyundai Motor. Вдобавок CATL создала собственный стартап по производству электромобилей совместно с китайской технологической компанией Huawei. В августе компания представила литий-железо-фосфатный аккумулятор (LFP) под названием ShenXing, способный восстановить запас хода на 400 км за одну 10-минутную быструю зарядку.
В апреле CATL представила батарею с другой химией процесса — полутвердотельную батарею на основе конденсированного вещества, которая сможет обеспечить плотность энергии 500 Вт*ч/кг. Ее планируется использовать прежде всего в авиации, впрочем, не только. Например, китайская Nio собирается использовать полутвердотельные батареи с плотностью 360 Вт*ч/кг, разработанные Beijing Welion New Energy Technology, в автомобилях ET7. Возможности аккумулятора лично испытал гендиректор NIO, севший за руль ET7 с полностью заряженной батареей емкостью 150 кВт*ч и проехавший 1044 км. Средний расход составил 13,2 кВт‧ч на 100 км пути.
Занимается разработкой твердотельной батареи и американский стартап QuantumScape при поддержке VW и фонда Билла Гейтса. Пока есть только прототип. Независимые испытания показали, что в многослойном варианте он сохраняет свыше 95% емкости даже после 1000 полных циклов разрядки в условиях стандартной температуры и давления. Емкость будущей батареи QSE-5, по расчетам разработчиков, достигнет примерно 5 А*ч, как и у распространенных литий-ионных аналогов, но QSE-5 меньше, легче и безопаснее.
Твердотельные аккумуляторы с быстрой зарядкой и запасом хода до 1200 км — ключевой пункт в стратегии японской компании Toyota, которая надеется таким образом догнать конкурентов на рынке электромобилей. Опытная линия уже запущена, объемы выпуска достигли показателей традиционных аккумуляторов. На рынке твердотельные аккумуляторы должны появиться в 2027 году.
Совместное предприятие FinDreams, подразделения китайского автомобильного конгломерата BYD, и Huaihai Holding Group станет крупнейшим в мире поставщиком натрий-ионных аккумуляторов для электромобилей. У этих батарей более низкая плотность энергии, чем у традиционных литий-ионных элементов, зато они дешевле и безопаснее. Батареи на основе натрия идеально подходят для небольших электромобилей, которым не нужен большой запас хода.
Натрий-ионный аккумулятор разработал также стартап Altris, получивший инвестиции от шведской компании Northvolt. Плотность энергии батареи первого поколения — свыше 160 Вт*ч/кг, но инженеры рассчитывают поднять этот показатель до 200 Вт*ч/кг. Northvolt убеждена, что со временем натрий-ионная технология станет более выгодной, чем литий-железо-фосфатные (LFP) батареи.
На это же надеется и индийская компания KPIT, которая представила свою технологию натрий-ионной батареи. Инженеры разработали несколько вариантов прототипов с разной плотность энергии, от стандартных 100 до прорывных 170 Вт*ч/кг.
Что касается Tesla, то компании Илона Маска в 2023 году удалось выйти на новый уровень производства собственной батареи формата 4680, более эффективной и дешевой, чем прежние модели. Впервые аккумулятор 4680 (диаметр 46 мм, высота 80 мм) был представлен в 2020 году, а осенью этого года объем производства достиг примерно 80 МВт*ч в неделю. При емкости аккумулятора 65 кВт*ч этого достаточно, чтобы обеспечить 1200 электромобилей. Или 600 пикапов Cybertruck.
Актуальную для северных широт проблему аккумуляторов решил китайский стартап-единорог Guangzhou Juwan Technology Research. Мало того, что батареи «Феникс» быстро заряжаются и лучше защищены от ударов — они всего за пять минут нагреваются с −20 до +25 градусов Цельсия, сохраняя высокую работоспособность в холода. Этот аккумулятор уже устанавливают в электрический внедорожник V Plus бренда Aion.
Альтернативой стандартным литий-ионным батареям могут стать литиевые двухионные батареи, но их минусом является короткий срок службы. В 2023 году корейские ученые создали двухионные батареи, которые сохраняют высокую производительность даже после 3500 циклов полной разрядки. При этом они быстро заряжаются и восстанавливают около 88% первоначального заряда всего за 2 минуты.
