Твердотельные аккумуляторы уже несколько лет называют следующим шагом в развитии энергохранения. Они обещают большую емкость, быструю зарядку и повышенную безопасность по сравнению с привычными литийионными батареями. Но пока такие решения остаются на этапе испытаний — в реальных устройствах работают лишь прототипы. В этом материале разберем, что уже удалось сделать, какие проблемы мешают перейти к массовому производству.

Что уже работает: плюсы, которые впечатляют

За последние годы инженеры и ученые серьезно продвинулись в создании твердотельных источников питания. Главное достижение — материалы, которые проводят ионы лития почти так же эффективно, как жидкость в традиционных аккумуляторах. Это позволило разработать системы, хранящие больше энергии в меньшем объеме. Например, в начале 2025 года Mercedes-Benz испытала прототип электрокара с новым энергоблоком, который, по словам представителей компании, обеспечит пробег свыше 1000 километров без подзарядки. Это почти вдвое больше, чем у современных моделей. Секрет в замене тяжелого графитового анода на чистый металлический литий, способный вместить в десять раз больше энергии на грамм. Такие решения делают автомобиль легче, что снижает расход заряда на движение.

Безопасность — еще один сильный аргумент. В обычных литийионных системах жидкий электролит может вспыхнуть при аварии. Хоть современные конструкции и сокращают риск (всего 25 пожаров на 100 тысяч машин), полностью его не устранить. Новые технологии применяют твердый материал, который почти не горит и выдерживает высокие температуры. Это важно для электрокаров, где энергоблок занимает чуть ли не половину днища, — любой сбой может стать опасным. К тому же такие материалы устойчивы к высоким напряжениям, что снижает вероятность коротких замыканий и появления дендритов — металлических «иголок», которые в жидких системах пробивают разделитель и приводят к поломкам.

Самое впечатляющее — скорость зарядки. Сегодняшние электромобили требуют минимум полчаса на пополнение энергии, потому что сильный ток может повредить электролит или анод. Твердотельные материалы, особенно суперионные, пропускают ионы быстрее, и тесты показывают, что зарядка занимает 10 минут или меньше. Это почти как заправить бензиновую машину. Компании вроде QuantumScape демонстрируют прототипы, выдерживающие тысячи циклов без заметного износа. Такие характеристики делают новые системы идеальными для премиум-авто или мощных моделей, где дальность и удобство решают всё.

Лаборатории вроде Battery500 Consortium готовят твердотельные батареи для испытаний в машинах к 2027 году. Пока это только лабораторные образцы, но они уже показывают, что ионы лития могут свободно проходить через твердую среду и стабильно передавать энергию.

Проблемы «твердотельников»

Прогресс впечатляет, но есть и сложности. Первая — материалы. Суперионные проводники, открытые за последние 20 лет, позволяют ионам двигаться почти как в жидкости, но многие из них либо хрупкие, либо нестабильные. Сульфидные электролиты, например, выделяют токсичный газ при контакте с влагой, поэтому их собирают в помещениях с влажностью менее 1%. Керамические оксиды не боятся воздуха, но легко трескаются при изгибе или резке. Полимеры более гибкие и дешевле, но их проводимость ниже, что ограничивает мощность систем.

Еще одна сложность — инженерная. При зарядке металлический литий на аноде нарастает и растворяется, из-за чего энергоблок слегка меняет объем — как будто «дышит». Нужно создавать рамки или гибкие оболочки, чтобы конструкция не ломалась. В QuantumScape, к примеру, собирают ячейки из тонких керамических листов, уложенных в металлические каркасы и запакованных в вакуумные пакеты. Это работает, но усложняет сборку и увеличивает стоимость. Еще одна проблема — дендриты. Хотя твердый электролит должен их блокировать, при быстрой зарядке могут возникать микротрещины, которые со временем сокращают срок службы.

Третья проблема — производство. Литийионные батареи выпускают уже три десятилетия, и их цена к 2025 году снизилась примерно до 115 долларов за киловатт-час, а к 2030-му ожидают около 80. Твердотельные батареи требуют других условий: автоматизированных линий, сухих помещений и высокой точности сборки, почти как при выпуске микрочипов. Из-за этого производство обходится дорого, и цена не снизится, пока не начнут делать их в больших объемах. Стартапы вроде Solid Power и Ion Storage Systems пока строят пилотные линии, и до промышленных масштабов им далеко. Все хорошо, но автопроизводителям нужны решения, которые не только лучше, но и дешевле существующих.

Подходы и тесты: что пробуют автогиганты

Чтобы решить перечисленные проблемы, разные компании выбирают собственные подходы, и автопроизводители уже активно проверяют их на практике. Сегодня в лидерах — решения на основе сульфидных электролитов: их проще внедрить в существующие производственные линии, поскольку материал наносится в виде пасты и сворачивается в рулоны, как в обычных литийионных аккумуляторах. На этом направлении работают Toyota и Honda, а китайская CATL помогает создавать прототипы. Такие батареи способны заряжаться за считаные минуты и обеспечивать запас хода до 800 километров, но требуют сборки в помещениях с крайне низкой влажностью, что повышает стоимость. Toyota уже тестирует автомобили с подобными ячейками, близкими к серийному уровню, и планирует вывести модели на рынок к 2027 году. Этот подход выглядит наиболее реалистичным для массовых электрокаров, где решающими остаются цена и темпы производства.

Керамические оксиды — еще один вариант. Они прочные, не боятся воздуха и хорошо работают с металлическим литием на аноде, предотвращая появление дендритов. Стартап Ion Storage Systems, выросший из лаборатории Университета Мэриленда, обжигает такие материалы, как керамику в печи, получая источники питания, которые не горят и выдерживают высокое напряжение. Mercedes-Benz использовала их в испытаниях 2025 года, заявив о пробеге в 1000 километров, и готовит новые тесты к 2027-му. Но керамика хрупкая, и ее обрабатывают как полупроводники — с точной резкой и роботами, что усложняет массовый выпуск. Зато такие решения идеальны для премиум-машин, где безопасность и дальность важнее стоимости.

Полимерные электролиты — третий путь. Они гибкие, проще в производстве и дешевле, но их проводимость ниже, так что они больше подходят для гибридов или менее мощных автомобилей. Factorial Energy сотрудничает со Stellantis, показывая хорошую безопасность, но меньшую емкость по сравнению с керамикой или сульфидами. Испытания таких систем пока ограничены, но они могут стать бюджетной альтернативой для компактных электрокаров.

Что в итоге? 

Автопроизводители уже проверяют все эти технологии на практике. Volkswagen совместно с QuantumScape тестирует керамические ячейки, оценивая их поведение при длительной езде и перепадах температур. Mercedes-Benz провела дорожные испытания прототипа с оксидным энергоблоком, изучая его взаимодействие с электроникой автомобиля и устойчивость к изменениям объема при зарядке. Toyota делает ставку на сульфидные решения, стремясь вывести серийные модели уже через несколько лет. Эти испытания помогают доработать конструкцию, понять, как батареи ведут себя в реальных условиях, и подготовить технологии к массовому производству. Результаты пока выглядят обнадеживающе, хотя до промышленного уровня еще далеко.

Компании считают, что демонстрации новых источников питания в электрокарах начнутся к 2027 году, а массовое производство — ближе к 2030-му. Но реальность может сдвинуть сроки до 2035 года из-за сложностей с выпуском и стоимостью. 

В портативной электронике твердотельные решения тоже выглядят перспективно. Они позволят создавать более тонкие и безопасные ноутбуки, смартфоны и планшеты, которые не перегреваются и не теряют емкость после сотен циклов зарядки. Уже сейчас несколько производителей, включая Apple и Samsung, инвестируют в исследования твердотельных ячеек для потребительских устройств. Если технологии удастся адаптировать под массовое производство, первые модели с такими батареями могут появиться в течение ближайших пяти лет.

Кроме того, твердотельные аккумуляторы открывают возможности для носимой электроники и медицинских гаджетов. Компактность и устойчивость к перегреву делают их идеальными для умных часов, слуховых аппаратов и сенсоров здоровья, где безопасность и долговечность особенно важны. В долгосрочной перспективе такие источники питания могут стать стандартом не только для транспорта, но и для всей потребительской электроники.