![](https://habrastorage.org/files/94b/0ba/f33/94b0baf330aa40808690ccff3893fef4.png)
Исследователи из Массачусетского технологического института и компании 24M разработали усовершенствованный процесс производства литий-ионных аккумуляторов нового дизайна. По расчётам инженеров, он как минимум вдвое уменьшает стоимость аккумуляторов за счёт упрощения самого процесса и снижения количества необходимых материалов, одновременно улучшая технические характеристики аккумуляторов.
Li-Ion аккумуляторы — это самая дорогая деталь электромобиля. Только за счёт этого «хака» розничная цена автомобиля значительно снизится.
«Мы пересмотрели весь техпроцесс», — рассказывает профессор Йет-Мин Чан (Yet-Ming Chiang), сооснователь компании 24M (ранее он также стал сооснователем производителя батарей A123). Нынешний процесс производства аккумуляторов, говорит он, практически не менялся в течение двух десятилетий с момента изобретения технологии. Он неэффективен и использует больше этапов, чем требуется.
К 2020 году, по оценке Чана, компания 24M сможет производить аккумуляторы по цене менее $100 за киловатт?час. По мнению экспертов, именно такая стоимость представляет собой ценовой порог для массового распространения электромобилей. Строящийся сейчас мегазавод Tesla Gigafactory 1 тоже надееся выйти на такую стоимость к 2017 году за счёт массового производства.
В данный момент, по оценкам, стоимость Li-Ion аккумуляторов составляет от $300 до $500 за киловатт?час.
«Полутвёрдые» аккумуляторы
Новый техпроцесс представляет собой гибридную модель между обычной твёрдой батареей и так называемой «текучей» батареей (flow battery), в которой роль электродов выполняют суспензии из крохотных частиц в жидкости, закачанной в различные отсеки батареи. Собственно, такой дизайн аккумулятора пять лет назад изобрёл сам профессор Чан с коллегами.
В варианте 24M, хотя материал электродов не текуч, он всё равно состоит из похожей «полутвёрдой» коллоидной суспензии. Собственно, что и назали «полутвёрдой» батареей.
Такой подход сильно упрощает производство аккумуляторов, а также добавляет им гибкости и прочности. В научной работе, которую профессор опубликовал в журнале "Journal of Power Sources" (doi:10.1016/j.jpowsour.2015.06.023), сказано, что новый дизайн подходит для батарей и с низкой плотностью энергии, и с высокой плотностью энергии, как в Li-Ion аккумуляторах.
Стандартный техпроцесс предусматривает послойное нанесение жидкости на рулоны подложки. Каждый слой должен просохнуть, прежде чем наносить следующий. Новый метод вообще не требует никакой просушки. Используя меньшее количество электродов с меньшей толщиной, он на 80% уменьшает количество необходимых слоёв в батарее, а также количество нерабочего материала внутри аккулятора.
Если электродами служат частицы в суспензии, то заряженным частицам нужно преодолевать меньшее расстояние — свойство, известное как «извилистость», что уменьшает количество необходимого материала для электродов.
На иллюстрации показано, что новые аккумуляторы можно гнуть и сворачивать, это никак не влияет на их свойства.
![](https://habrastorage.org/files/360/a90/42d/360a9042d02b4d6d9a6cf5604c4a7813.jpg)
Компания 24M уже изготовила на экспериментальном заводе около 10 000 аккумуляторов для тестирования. Фирма получила восемь патентов, на рассмотрении находится ещё 75 патентных заявок. Учитывая $50 млн полученных инвестиций от венчурных фирм плюс грант от министерства энергетики США, становится понятно, что бизнес тут серьёзный.
Изначально предполагалось использовать аккумуляторы как резервные источники питания в альтернативной энергетике, но сейчас профессор Чан с коллегами решили, что новые батареи вполне подходят для электромобилей.
Что важно, новый техпроцесс позволяет на маленьком заводе добиться такой же себестоимости производства, как и на громадной фабрике. Увеличение масштабов производства не даёт заметного экономического эффекта. Так что экономические перспективы Гигафабрики Tesla Motors становятся чуть более туманными. Впрочем, Илон Маск не обидится, если и без его помощи Li-Ion аккумуляторы подешевеют в несколько раз.
Комментарии (12)
gonzazoid
25.06.2015 15:43Ну в отличие от предыдущих прорывов вот это:
> уже изготовила на экспериментальном заводе около 10 000 аккумуляторов для тестирования.
внушает оптимизм. Если только это не вброс под гигафабрику Маска.
SpiritOfDarkDragon
25.06.2015 15:56Если серьёзно всё так хорошо — то вскоре Маск реализует свою мечту про дешёвый электромобиль. Жду его реакции на эту новость.
Grox
26.06.2015 04:55А вы думаете, что он про них ещё не знал? Я полагаю, что у Тесла Моторс налажены контакты с большим числом экспериментаторов в области батарей.
SHVV
25.06.2015 16:08+4Странно, что ничего не сказано об удельной мощности. Теоретически, при уменьшении площади электродов в 5 раз сравнимо должны упасть удельная мощность и скорость зарядки.
Mad__Max
26.06.2015 03:49В оригинальной статье пишут, что им удалось значительно увеличить подвижность ионов в электродах (видимо за счет того, что они теперь «полужидкие») и это как раз позволило пропорционально увеличить толщину слоев этих электродов без существенных потерь мощности.
А за счет меньшего кол-ва более толстых слоев снизить себестоимость — как за счет упрощения технологии производства, так и за счет резкого снижения расхода вспомогательных материалов (сепараторов и токосъемных пластин).
Т.е. новинка не в идее просто сделать электроды толще. А в новом материале электродов, который позволяет делать их толще без ущерба для параметров.
По-идее еще и на ресурсе (количестве циклов) должно положительно сказаться, т.к. одна из основных причин деградации батарей это постепенно разрушение структуры электродов в циклах заряд/разряд. А тут электроды это аморфная суспензия, у которой нет никакой упорядоченной структуры — разрушаться нечему.
Другие причины конечно никуда не денутся, но это обычно главный фактор сильнее всего влияющий на ресурс.
idiv
25.06.2015 21:35Как-то первый рисунок ни о чем. Такая же конструкция используется для высокоэнергетических ячеек. Главное, судя по всему, как раз материал электродов, но вот станет ли он заменой существующим батареям большой мощности — большой вопрос.
dunmaksim
26.06.2015 09:03+4Извините, но сразу цитата с баша (своими словами):
Читаю новости: «Учёные разработали аккумуляторы удвоенной ёмкости. Ну, всё, думаю, теперь все телефоны будут держать неделю, а не 2 дня. Да хрен там, „Теперь наши телефоны в 2 раза тоньше“».
evorios
26.06.2015 10:47Почему не сравнивают с липольками?
Самые долгоживущие аккумуляторы — это A123 (LiFePO4).
Почему бы не рассказать о них, как добились таких характеристик и в чем загвоздка дальнейшего увеличения емкости.DjOnline
26.06.2015 11:33Производителям невыгодны долгоживущие товары. Им лучше подстадить людей на абонентскую плату, заставляя людей каждый год-два менять вышедшие из строя вещи.
idiv
26.06.2015 19:12-1Так у LiFePO4 ограничение емкости в целях безопасности habrastorage.org/getpro/habr/post_images/152/34f/b45/15234fb45632b3762bc068d67b6b138f.gif
maksfff
Очередной прорыв… Когда же будет новость «в продажу поступили аккумуляторы со сравнимыми характеристиками и в два раза дешевле».
Кстати, напряжение на аккумуляторе говорит лишь о немногом. Куда интереснее насколько хорошо в новой батарее с емкостью, саморазрядом и количеством циклов зарядки, и зависят ли эти параметры от сгибания?
А еще было бы лучше знать, какие характеристики будут у аккумулятора, если впихнуть эту технологию в стандартный 18650 корпус.
Mad__Max
Вот вам новость. В продаже уже ЕСТЬ аккумуляторы со сравнимыми (или лучшими) характеристиками и в два раза дешевле!
Вы этого просто не заметили, что за последние несколько лет(около 5) они УЖЕ подешевели где-то в 2 раза. Причем несмотря на значительный рост цен собственно на сам литий. Но соответствующие новости были не сейчас, а несколько лет назад.
И поэтому продолжаете ждать, то что уже случилось.
Еще через лет 5 кто-нибудь тоже будет писать «Очередной прорыв…, когда же будет новость что они поступили в продажу?». Не обращая внимания на то, что в магазинах уже будут лежат аккумуляторы в 2 раза дешевле (на 1ед емкости), чем 5 лет назад(для нас — сейчас) и в 4 раза дешевле чем 10 лет назад.
P.S.
Начало экспоненциального роста объемов производства и продаж электромобилей большей частью связано как раз с этим. Никаких принципиально новых технологий вроде не появилось, но аккумуляторы стали значительно дешевле. Они все-равно еще дорогие, но уже не запредельно дорогие как раньше, а просто дорогие.