Чи готова «Свята Грааль акумуляторів» нарешті з’явитися на ринку?

Фінський стартап Donut Lab стверджує, що досягнув прориву в технології твердотільних акумуляторів. Чи дійсно це так, чи це лише реклама?

На початку цього року маловідомий стартап з Фінляндії оголосив, що нарешті вирішив проблему твердотільних акумуляторів. Donut Lab, що є спін-офом Verge Motorcycles, заявив, що його твердотільний акумулятор — довгий час вважався «Святою Грааллю акумуляторів» через свою високу щільність, довговічність та швидкість зарядки — почне вироблятися вже цього року.

Експерти з акумуляторів були, зрозуміло, скептичні. Адже твердотільні акумулятори — це одна з тих технологій, які, разом з штучним загальним інтелектом та гіперлупом, здаються постійно на відстані двох років від реальності. Більшість серйозних зусиль у цій галузі, будь то академічні чи комерційні, мають певний рівень опублікованих досліджень або відомі імена, але Donut Lab, здавалося, з’явився нізвідки, без відомих дослідників або попередньої присутності в цій галузі. Ця відсутність слідів викликала занепокоєння щодо надійності стартапу.

«Я не можу сказати, що вони цього не зробили», — сказав Ерік Вахсман, директор Інституту інновацій в енергетиці Меріленда та експерт з твердотільних акумуляторів. «Все, що я можу сказати, це те, що вони не продемонстрували, що це так».

Скептицизм здається виправданим, особливо якщо врахувати, скільки інших людей переслідували мрію про твердотільні акумулятори. Чи дійсно ми повинні вірити, що цей маловідомий стартап обійшов Toyota, Stellantis і всю країну Китай? Шанси були проти них.

Donut Lab, здається, передбачив сумніви, запустивши сайт idonutbelieve.com, який слугує платформою для публікації незалежних тестів, що підтверджують, що їхній твердотільний акумулятор дійсно існує і є вражаючим. Протягом кількох тижнів стартап публікував результати сторонніх тестів від державного Науково-дослідного центру VTT Фінляндії, які, за їхніми словами, доводять, що їхній акумулятор є швидкозарядним, високощільним твердотільним акумулятором, який не є насправді суперконденсатором під прикриттям.

«Супротив не зникне, коли ми представимо докази», — сказав генеральний директор Donut Lab і співзасновник Марко Лехтімаки у відео. «Він лише посилиться, оскільки ця нова технологія є загрозою для встановлених гравців у галузі».

Але Donut Lab все ще приховує деяку ключову інформацію. На CES у січні стартап заявив, що його твердотільний акумулятор має щільність енергії 400 Вт·год на кілограм — приблизно вдвічі більше, ніж у звичайних літій-ферум-фосфатних акумуляторів, що виробляються. Більше того, він може заряджатися до повного за п’ять хвилин, має практично безмежний термін служби в 100 000 циклів зарядки, не підлягає впливу тепла і холоду (мінус 30 градусів Цельсія і 100°C) і не містить рідких електролітів, рідкоземельних елементів або дорогоцінних металів.

Багато з цього залишається непідтвердженим. Навіть після публікації п’яти незалежних звітів тестування від VTT, стартап ще не продемонстрував три з найважливіших показників: хімію, щільність і заяви про термін служби циклів.

Ставки надзвичайно високі. Уявіть собі електромобіль, який може проїхати 700–800 миль на одному заряді, і який не ризикує загорітися, оскільки горючі електроліти були замінені на тверду речовину.

У літій-іонних акумуляторах рух рідких електролітів генерує тепло, і в певних ситуаціях це може призвести до ефекту «термічного розгону», що призводить до пожежі. У порівнянні з цим, твердотільні акумулятори зроблять безпечнішим швидке витягування енергії з акумулятора (або повернення її назад), що теоретично означає, що ви зможете заряджати електромобіль швидше. Це також може означати, що структурно менше місця потрібно для контролю температури, що дозволить компаніям втиснути більше акумуляторних елементів у той же розмір пакета.

Після перегляду тестів акумулятора Donut, Вахсман зазначив, що все ще існують значні занепокоєння. Наприклад, під час тестів на екстремальне тепло пакет, що оточує акумулятор Donut, втратив свою вакуумну герметичність. Генерація газу всередині акумуляторів — викликана такими процесами, як розклад електроліту або вивільнення кисню — може призвести до розширення і розриву пакета акумулятора. Але без знання точної хімії елемента важко сказати, наскільки значним є те, що акумулятор Donut зазнав цього збою.

Відставивши акумулятор Donut на мить, твердотільні акумулятори зіткнулися з труднощами переходу з лабораторії на конвеєр через добре задокументовані проблеми. Ці акумулятори часто страждають від утворення металевих тріщин, званих дендритами, які викликають коротке замикання. Уявіть собі їх як тріщини, які утворюються на тротуарі, коли під ним росте корінь дерева.

Дендритами займаються розробники акумуляторів з 1970-х років. Одна з причин, чому літій-іонні акумулятори стали настільки поширеними, в той час як інші підходи зазнали невдач, полягає в тому, що їх звичайні графітові аноди менш схильні до утворення дендритів.

Але нові відкриття можуть допомогти інженерам нарешті подолати ці перешкоди. Дослідницька група з MIT нещодавно опублікувала дослідження в Nature, яке виявило, що хімічні реакції, викликані високими електричними струмами, які послаблюють електроліт, також роблять його більш сприйнятливим до росту дендритів. Ось чому розробка більш міцних електролітів сама по собі не вирішила багаторічну проблему дендритів. І це може вказувати на важливість розробки більш хімічно стабільних матеріалів, щоб нарешті виконати обіцянку твердотільних акумуляторів.

Прогрес вже відбувається — де ще? — у Китаї. Минулого місяця CATL, який контролює майже 40 відсотків світового ринку акумуляторів, подав заявку на патент на твердотільні акумулятори з заявленою щільністю енергії 500 Вт·год. За даними CarNewsChina, виробник акумуляторів вже планує маломасштабне виробництво у 2027 році. Але акумулятори автомобільного класу, ймовірно, не будуть готові до кінця десятиліття.

Інші китайські компанії також поспішають вперед. Автовиробник FAW нещодавно заявив, що його «рідина-твердотільний» літій-багатий мангановий елемент з 500 Вт·год/кг готовий до інтеграції в автомобілі.

Китай вже закладає основу для масового виробництва до кінця десятиліття, до якого часу сподівається, що технологія буде зріла. І чому б і ні? Це країна, яка серйозно ставиться до електромобілів і розвитку акумуляторів протягом багатьох років, що дозволило їй зайняти провідні позиції на ринку постачання.

Різні компанії обирають різні підходи. Наприклад, Honda зобов’язалася до сірчаних електролітів, незважаючи на нові альтернативи. У жовтні минулого року Toyota оголосила про «перше практичне використання твердотільних акумуляторів у BEV» до 2027 або 2028 року. А Mercedes, використовуючи прототип акумулятора від стартапу Factorial, змогла забезпечити електричному седану EQS реальний пробіг 749 миль.

«Компаніям, ймовірно, ще потрібно багато працювати», — сказала Алівітина Смірнова, директор NSF Industry-University Cooperative Research Center for Solid-State Electric Power Storage. «Оскільки немає жодного порівняння між тим, що відбувається зараз у Китаї, і тим, що відбувається тут, у США».

Donut Lab, у свою чергу, не зважає на скептицизм щодо своїх заяв. 1 квітня Лехтімаки опублікував нове відео, в якому відповів на деякі суперечки навколо своїх твердотільних акумуляторів. Він також розкрив, що Donut Lab створив другу, більш готову до виробництва версію свого акумулятора, яка почне постачатися клієнтам пізніше цього року.

Було важливе визнання: широко обговорювана цифра «100 000 циклів» була цільовим показником дизайну, сказав він, а не експериментально перевіреним результатом. Фактичні випробування проводилися на коротших циклах, з прогнозами, екстрапольованими на основі відомих змінних, таких як швидкість зарядки, температура та умови використання.