Что такое твердотельные батареи и чем они хороши
Электромобили и носимая электроника нуждаются в качественных батареях, но существующая литий-ионная технология уже полностью раскрыла свой потенциал. Батареи на основе жидкого электролита уже не получится сделать лучше. Емкость современных аккумуляторов можно увеличивать только за счет увеличения физических размеров и веса батарей. Между тем, твердотельные батареи сегодня рассматриваются как лучшая альтернатива литий-ионным.
В этом году компания Toyota объявила, что с 2020 начнет выпускать электромобили на базе твердотельных батарей. Компания Dyson, прежде известная как производитель бытовых электроприборов, также намерена начать производить электромобили. Еще в 2015 году Dyson приобрел стартап Sakti3, разрабатывающий технологию твердотельных батарей.
Что же такое твердотельные батареи? Если говорить простым языком, это экспериментальные аккумуляторы, в которых совсем нет жидкости. Жидкий электролит, который используется во всех современных аккумуляторах, заменен твердым веществом. Проблема, впрочем, заключается в том, чтобы найти подходящий твердый материал, который был бы в достаточной степени проводящим для использования в батареях большого объема. К 2020 году Toyota и Dyson обещают эту проблему решить.
Преимущества твердотельных батарей
У твердотельных батарей довольно много преимуществ в сравнении с литий-ионными. Во-первых, они меньше и легче, но при этом обладают более высокой емкостью. А еще они должны быть гораздо дешевле в производстве. Еще в 2014 году представители Sakti3 анонсировали батарею, которая будет вмещать в два раза больше энергии, чем литий-ионный аналог сходных габаритов. При этом стоимость такой батареи должна составлять 20% от стоимости литий-ионного аналога.
Этим достоинства твердотельных батарей не ограничиваются. В теории, они должны выдерживать большее количество циклов заряда-разряда и быстрее заряжаться. А еще они совершенно не взрывоопасны.
Как показал прошлогодний опыт с Samsung Galaxy Note 7, маленькая ошибка в дизайне традиционных батарей может стать источником больших проблем. Во-первых, аккумуляторы с жидким электролитом становятся особенно чувствительными к деформации и иным повреждениям. Во-вторых, они могут перегреваться. Именно перегрев батарей во время зарядки приводил к воспламенению смартфонов Galaxy Note 7.
Твердотельные батареи этих проблем лишены. Они не перегреваются, а значит, перестают быть пожароопасными. В современных электромобилях существуют громоздкие системы охлаждения аккумуляторных отсеков. После перехода на твердотельные батареи от всего этого охлаждения можно будет смело избавиться. Это освободит место для более крупных батарей. А поскольку, как мы уже знаем, твердотельные аккумуляторы обладают еще и повышенной емкостью, дистанция, которую может пройти машина на одной зарядке, возрастет в разы. Если сегодня полного заряда среднестатистического электромобиля хватает примерно на 300-400 километров, то после перехода на новый тип аккумуляторов речь будет идти о тысячах километров.
Срок жизни твердотельных аккумуляторов тоже станет более долгим. Постоянные зарядки и разрядки постепенно убивают аккумулятор. Именно поэтому двухлетний смартфон разряжается ощутимо быстрее нового.
Сегодня средний срок эффективной жизни аккумулятора составляет три года. Конечно, батареей можно пользоваться и дольше, но заряжать ее придется чаще, и садиться она станет все быстрее. По словам разработчиков, ощутимые признаки подобной деградации светят твердотельным аккумуляторам лишь через десять лет использования.
Когда они будут доступны
Как уже говорилось, компании Toyota и Dyson обещают начать производство таких аккумуляторов к 2020 году. Тем не менее, следует понимать, что никаких гарантий пока не дается. Очень часто вещи, которые прекрасно демонстрируют себя в лабораториях, по тем или иным причинам оказываются непригодными для массового потребительского рынка.
Также пока непонятно, в случае успеха станут ли твердотельные батареи эксклюзивом для электромобилей, или стоит ожидать их появления и для рынка портативной электроники. Так или иначе, есть надежда, что уже в начале следующего десятилетия мы станем чуть меньше зависеть от розетки.
