Ученые удвоили срок службы легких литий-металлических батарей: в чем секрет

Компания Cuberg заявила о разработке недорогих и легких литий-металлических батарей. Подробности сообщает портал EVtol, ссылаясь на генерального директора предприятия Ричарда Ванга.

Ванг заявил, что разработчики "почти удвоили" количество циклов зарядки-разрядки, которое выдерживают элементы — это один из основных показателей срока службы любой современной батареи. Благодаря этому литий-металлические аккумуляторы Cuberg могут стать одними из самых долговечных и эффективных на рынке. Как показало независимое тестирование, емкость на уровне 80% сохраняется после 672 циклов (раньше было 370).

"Этого и меньшего веса теперь достаточно, чтобы обеспечивать необходимую дальность полета и другие требования к сроку службы всех типичных eVTOL (электрических самолетов с вертикальными взлетом и посадкой, — ред.), которые выходят на рынок", — заявил Ричард Ванг.

Литий-металлические батареи обладают высокой плотностью энергии и выходной мощностью, но они впервые опередили по сроку службу литий-ионные аналогичного размера. Их преимуществом также является дешевизна и меньший вес.

"Вопрос веса был чем-то вроде ахиллесовой пяты в мире авиационных аккумуляторов. С литий-ионными элементами eVTOL были бы слишком тяжелыми, чтобы летать на большие расстояния", — объяснил глава Cuberg. — "Многие фирмы планируют выйти на рынок с традиционной литий-ионной технологией, но она не удовлетворит большинство коммерческих вариантов использования".

Аккумулятор состоит из электродов катода и анода, между которыми ионы текут через сепаратор внутри электролита. Cuberg заменили тяжелый графит в аноде на металлически литий — он не только легче, но и обладает большей энергоемкостью. Она также создала собственный жидкий электролит, который не горит и стабилизирует литий, делая всю конструкцию более безопасной.

Из-за высокой химической активности литий разлагает электролит и вызывает рост металлических шипов под названием дендриты, которые могут повредить батарею и вывести ее из строя раньше срока. Многие исследователи пытаются решить эту проблему, заменив жидкий электролит на твердые вещества. По словам Ричарда Ванга, теоретически это работает, но производить твердотельные аккумуляторы в больших объемах сложно и дорого.

"Есть и вторая проблема — достижение производительности в ячейках коммерческого размера, а не демонстрация в специальных лабораторных условиях. На сегодняшний день этого достичь не удалось", — отметил он.

За последние 10 лет инженеры разработали много передовых технологий для литиевых батарей, но архитектура Cuberg поддерживает уже существующие методы производства батарей, поэтому их можно массово выпускать по доступной цене, в отличие от других аналогов. Компания планирует в 2026 году производить до 100 тысяч аккумуляторов коммерческого уровня емкостью 20 ампер-часов в месяц. Такого темпа хватит, чтобы за год обеспечить питанием 400 eVtol.

Это соответствует срокам сертификации и коммерческого производства многих компаний eVTOL. Среди клиентов Cuberg уже есть Beta Technologies и Boeing. Однако чтобы получить сертификат и начать полноценное коммерческое производство, компании предстоит проработать производственные процессы для соответствия высоким стандартам качества, которые действуют в авиационной отрасли.

В 2021 году стартап Cuberg купила Northvolt, увидевшая в технологии большой потенциал. Эта компания занимается переработкой аккумуляторов, восстановление и добычей сырья для них (литий, никель). Как утверждает Ричард Ван, у Northvolt большой опыт в организации поставок и сертификации продукции. При разработке батареи Cuberg также сотрудничала с другими компаниями, поставляя им продукцию для тестирования. Вместе с партнерами она работает над упаковкой новых аккумуляторных элементов в готовые модули.

"В настоящее время мы производим около 1000 аккумуляторов емкостью 5 Ач в месяц, рассылая их заказчикам для оценки, а также для наших собственных внутренних исследований и разработок. Мы также начали отгружать клиентам аккумуляторы емкостью 20 Ач", — сообщил Ричард Ванг.

Ранее ученые создали электролит из сжиженного газа, который совместим с литий-металлическими батареями. В отличие от других аналогов, вещество не горит, а тушит огонь.

Писали также, что ученые создали емкие и долговечные литий-серные аккумуляторы, которые выдерживают экстремальные температуры. Они использовали специальный электролит, который не разрушается даже при сильных жаре и холоде, что очень полезно для электротранспорта.