Японцы синтезировали материал, который позволит выпускать безопасные аккумуляторы со сроком службы вплоть до 10 раз большим, нежели могут предложить современные литий-ионные батареи. Новая технология пока не позволяет производить тяговые батареи для электротранспорта и сфера ее применения ограничена носимой электроникой и другими миниатюрными приборами вроде кардиостимуляторов.

Японский электролит для крайне «живучих» аккумуляторов

Специалисты японской компании Koike и Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST; Япония) создали материал, который позволит создать аккумуляторы с рекордным сроком службы, пишет Nikkei Asian Review.

Новый материал представляет собой монокристалл, который предполагается использовать в качестве электролита в твердотельных аккумуляторах.

Электролит в аккумуляторе – это вещество которое проводит электрический ток путем переноса ионов от одного электрода устройства к другому, таким образом, осуществляя зарядку или разрядку накопителя энергии.

По сравнению с материалами на основе поликристаллов, применяемыми в типовых твердотельных аккумуляторах, представленный японскими учеными монокристалл характеризуется на 90% более низким электрическим сопротивлением. Благодаря этому току «легче» преодолевать электролитный слой, что положительно сказывается на максимальном сроке эксплуатации аккумулятора, отмечает Nikkei.

Электролит на основе нового монокристалла позволит увеличить срок службы аккумуляторов до 10 раз

Koike, в частности, занимается производство монокристаллических пластин, которые применяются в качестве подложек для интегральных микросхем. В 2017 г. долю в компании приобрела японская финансовая группа Orix. Впоследствии компания была трансформирована в полноценную «дочку» Orix.

Где планируется использовать новую технологию

Ожидается, что твердотельные аккумуляторы на основе нового электролита найдут применение в составе медицинских устройств, таких как электрокардиостимуляторы (искусственные водители ритма сердца), умные часы и прочие носимые или просто компактные устройства. По данным источника, использование новой технологии Koike позволит увеличить срок службы батарейки ЭКС до 50 лет с текущих 5-10 лет, что немаловажно в случае с имплантируемыми устройствами, установка и извлечения которых требует хирургического вмешательства.

Как отмечает Nikkei Asian Review, в Koike рассчитывают начать поставку образцов продукции производителям аккумуляторов в самое ближайшее время. Запустить массовое производство в компании планируют в 2027-2028 гг., предварительно заключив партнерства и создав совместные предприятия с производителями.

Пока не годится для электротранспорта

Освоение производства крупных монокристаллических структур является непростой задачей, с которой Koike пока не справилась. В настоящее время компания располагает технологией производства высококачественных монокристаллов диаметром до 25 мм, что позволяет получать на их основе аккумуляторы довольно скромных размеров и невысокой емкости. Таким образом, сфера применения новинки ограничивается компактными устройствами вроде ранее упомянутых ЭКС и смарт-часов.

В сотрудничестве с AIST Solutions («дочка» AIST) Koike намерена вести исследовательскую работу, целью которой станет повышение емкости аккумуляторов на основе нового электролита за счет улучшения свойств материалов катодов и увеличения физического размера батареи. Если поставленные цели будут достигнуты, то новый материал в отдаленной перспективе могут начать применять в изготовлении аккумуляторных батарей для электротранспорта.

Полноценные твердотельные аккумуляторы для отрасли автомобилестроения в Японии в настоящее время разрабатывает Toyota Motors в партнерстве с Idemitsu Kosan. В устройствах этих компаний электроды выполняются из сульфидов, однако, как отмечает Nikkei Asian Review, новый материал Koike считается более безопасным.

В апреле 2023 г. CNews писал о том, что Samsung хочет наладить массовое производство твердотельных аккумуляторов к 2027 г. Для выпуска твердотельных АКБ Samsung строит отдельную экспериментальную производственную линию в своем исследовательском центре в Сувоне (Южная Корея). Над ней она работает с марта 2022 г., и по завершении она без промедления начнет собирать первые тестовые образцы.

«Гибридная» технология

В широко распространенных сегодня литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторах применяются жидкие электролиты, которые имеют ряд существенных недостатков. Повреждение такого аккумулятора с последующим коротким замыканием может приводит к перегреву устройства и его воспламенению. С проблемой такого характера, в частности, сталкивались некоторые из владельцев смартфонов Samsung Galaxy Note 7. Некачественные АКБ обошлись южнокорейской компании по крайней мере в $5,3 млрд.

Твердотельные аккумуляторы, в свою очередь, устойчивы к физическому воздействию и не имеют свойства воспламеняться даже при сравнительно высоких температурах, и поэтому являются гораздо более безопасным решением.

Аккумуляторы, которые будут производиться на основе синтезированного японцами вещества, получат твердотельный электролит, а электроды будут обрабатываться специальным жидким составом, чтобы предотвратить преждевременную утрату их полезных свойств. Таким образом, эти аккумуляторы предлагается считать «полутвердотельными» (semisolid-state).

Перспективный рынок

По оценке аналитиков компании Emergen Research, объем мирового рынка твердотельных аккумуляторных батарей к 2021 г. должен был достигнуть $600 млн в год. Прогноз на 2030 г. предполагает его расширение до $10,1 млрд. Ожидается, что применение этой продукции найдется в производстве электрических транспортных средств и устройств, устойчивых к высоким температурам.

Дмитрий Степанов

Источник