Большинство тяговых аккумуляторов для электромобилей сегодня служат 100 000 — 200 000 миль до замены (160 000 — 320 000 км), в то время как большинство современных автомобилей с бензиновым двигателем имеют пробег до 150 000 миль (240 000 км) до капитального ремонта двигателя или отправке его на металлолом. Так почему же производители электромобилей ищут батарею на миллион миль?
Ответ заключается в том, что они готовятся к будущему, а именно разрешить электромобилям иметь вторую жизнь в стационарных энергосистемах, позволяя транспортному средству отдавать энергию обратно в сеть через двунаправленное зарядное устройство. С аккумулятором, способным работать «на миллион миль», поставщикам не придется беспокоиться об ускоренном износе аккумулятора и необходимости скорейшей замены аккумуляторного блока в автомобиле. Для покупателей электромобилей принятие участия в программе «Электросеть» (V2G) также может снизить первоначальную стоимость батарей.
Принимая во внимание прерывистую генерирующую способность возобновляемых источников энергии, таких как ветряная и солнечная энергия, балансировка энергосистемы — согласование спроса и предложения — становится критически важной для поддержания надежности энергосистемы.
Вместо использования дорогих генераторов, которые сжигают ископаемое топливо, в отрасли существует предположение, что электромобили могут быть использованы в качестве источника энергии для гашения всплесков спроса на электроэнергию таким образом, чтобы сэкономить коммунальные услуги (и, следовательно, деньги потребителей) и вознаградить владельцев электромобилей за их участие (например, электроэнергия для вашего дома может быть получена от аккумулятора вашего же электрокара). Для этого транспортные средства должны быть интегрированы в сеть с помощью специальных преобразователей, которые управляют скоростями зарядки и разрядки (двусторонний поток энергии).
Ultium: питание для всех будущих электромобилей General Motors
Со своей стороны, General Motors недавно сообщила о своих усилиях по производству аккумуляторов с улучшенным запасом хода и увеличенным сроком службы (рисунок ниже). Компания назвала эти батареи «Ultium». Новое совместное предприятие GM и LG Chem под названием Ultium Cells LLC начало расчистку площадки для аккумуляторного завода в Огайо, который будет поставлять блоки питания для будущих электромобилей.
Аккумуляторы Ultium являются уникальными в отрасли, потому что широкоформатные элементы в виде сумок можно устанавливать вертикально или горизонтально внутри батарейного блока (рисунок ниже). Это позволяет инженерам оптимизировать накопление энергии аккумулятора и компоновку для каждой конструкции автомобиля. Электроприводы на базе Ultium предназначены для быстрой зарядки уровня 2 от сети постоянного тока. Большинство будет иметь аккумуляторы на 400 В и возможность быстрой зарядки до 200 кВт. Грузовая платформа под аккумуляторные батареи от GM будет иметь возможность установки аккумуляторов на 800 В и возможность быстрой зарядки 350 кВт. Новые батареи Ultium имеют форму мешочка, а не более традиционную цилиндрическую форму, принятую большинством производителей.
Аккумуляторные ячейки большого формата используют химический состав из никель-кобальт-марганец-алюминия, разработанную в рамках General Motors. По сравнению с существующими ячейками, они содержат меньше кобальта, но добавляют алюминий в структуру катода для увеличения срока службы. Производители электромобилей обычно используют никель-кобальто-алюминиевые (NCA) или никель-марганцево-кобальтовые (NMC) аккумуляторы на пассажирских транспортных средствах из-за их более высокой плотности энергии, что имеет решающее значение для определения того, как далеко электромобиль может проехать на одном заряде.
Электромобили следующего поколения от GM будут построены вокруг этих широкоформатных ячеек, расположенных горизонтально или вертикально в модули, с 6-24 ячейками в модуле, увеличивающими мощность до 50-200 кВтч. Эта схема может обеспечить приблизительную дальность поездки до 650 км (400 миль) или более при полной зарядке. Пассажирские автомобили будут использовать горизонтально расположенные элементы в низкопрофильных корпусах и модулях, в то время как грузовые автомобили будут иметь возможность вертикального расположения элементов — в некоторых версиях с двумя пакетами, позволяющими выдавать напряжение в 800 В.
Еще до запуска этих аккумуляторов в серийное производство компания уже стремится увеличить срок их службы для использования в будущих автономных транспортных средствах и подключенных автомобилях. Одним из таких транспортных средств является Cruise Origin, самодвижущийся электромобиль и первый продукт, представленный на платформе электромобилей третьего поколения от GM и аккумуляторах Ultium. Это было показано публике в январе в Сан-Франциско.
Следующим будет роскошный внедорожник Cadillac Lyriq, за которым следует GMC Hummer EV с аккумуляторами Ultium. Ожидается, что производство начнется осенью 2021 года на сборочном заводе GM в Детройте-Хамтрамке, первом сборочном заводе General Motors, полностью посвященном производству электромобилей.
Ячейки с нулевым содержанием кобальта и с нулевым содержанием никеля испытываются GM, а также электролитическими добавками, которые, как известно, улучшают характеристики литий-ионных ячеек. «У нас действительно миллионы миль автономной работы, особенно при совместном использовании мобильности», — сказал Тим Греве, глава глобальной системы электрификации и аккумуляторных батарей в GM.
Другая цель, по словам президента GM Марка Реусса, состоит в том, чтобы производить батареи Ultium по цене менее 100 долларов за киловатт-час. Текущие блоки питания компании стоят приблизительно 145 долларов за кВт-ч для Chevrolet Bolt EV, когда он был выпущен несколько лет назад. Компания планирует получить менее 100 долларов США за киловатт-час частично за счет использования более крупных элементов, для работы которых требуется меньше разъемов, и частично за счет сокращения использования дорогостоящего кобальта в своих батареях.
Сокращение количества кобальта
Тем временем работа Tesla в миллионах миль разрабатывается в сотрудничестве с китайским производителем аккумуляторов Contemporary Amperex Technology Ltd., или CATL. Tesla планирует представить новую недорогую батарею с длительным сроком службы в своем седане Model 3 в Китае, которая, как ожидается, приведет к выравниванию стоимости электромобилей в соответствии с бензиновыми моделями и позволит электромобилям иметь вторичный ресурс энергосистемы (рисунок ниже).
Судя по некоторым сообщениям, новые батареи будут иметь химический состав с низким содержанием кобальта или вообще без кобальта, а использование добавок и покрытий позволит им накапливать больше энергии в течение более длительных периодов времени. Кобальт является самым дорогим металлом в электромобилях по цене около 30 000 долларов за тонну (по сравнению с почти 100 000 долларов за тонну в 2018 году). Tesla является сторонником технологии NCA, которая требует менее трети количества кобальта по сравнению с типами NMC первого поколения. Предположительно, Tesla будет использовать литий-железо-фосфатные батареи CATL, которые не используют кобальт.
Нынешние батареи NCA Tesla производятся совместно с компанией Panasonic на «гигафабрике» Tesla в Неваде, и компания покупает батареи NMC у LG Chem в Китае. CATL также планирует поставлять в Tesla улучшенную долговечную батарею NMC, катод которой составляет 50% никеля, и содержит всего 20% кобальта.
Tesla работает над переработкой и восстановлением таких дорогих металлов, как никель, кобальт и литий, через Redwood Materials, которой управляет бывший технический директор Tesla JB Straubel, а также разрабатывает новые приложения «второй жизни» для электромобилей в таких системах хранения электроэнергии, как Tesla построила в Южной Австралии в 2017 году. На этом объекте используется Tesla Powerwall, стационарный продукт для хранения литий-ионных аккумуляторов компании, предназначенный для хранения солнечной энергии от солнечных панелей на крышах 1000 домов и отдачи энергии обратно в сеть по мере необходимости.
Оставьте комментарий