Съвместното предприятие на Toyota и Panasonic, Prime Planet Energy & Solutions Inc., инвестира милиарди в технология за твърдотелни клетки. Вече са обявени сроковете за серийно производство.
Нови поколения литиево-йонни батерии
Основните технологични решения които японската компания разработва ще са както с течни, така и с твърди електролити. Батериите с клетки с течен електролит ще са три основни типа – „Performance“, „Popularised“ и „High Performance“.
Performance (батерии с по-високи динамични показатели) са предназначени за използване от следващото поколение електрически автомобили, което ще бъде представено през 2026 г., Performance Li-Ion батериите ще осигурят възможност за увеличаване на пробега им до над 800 км. Принос за него ще имат и подобрената аеродинамика и намалено тегло на автомобила, а времето за зареждане от 10 до 80 процента ще е 20 минути.
Popularised са предвидени за по-едросерийно производство, ще са с по-ниска себестойност и цена, с цел създаване на по-широки рамки на интерес към електрическите автомобили. Те ще са с литиево-желязо фосфатни (LiFePO) материали за катода, но конструирани на базата на биполярната технология, която Toyota създаде и утвърди при своите никел-метал хидридни (NiMh) батерии за хибридни електрически автомобили. Въпреки че са базирани на LFP те ще осигурят по-добри параметри от актуалните NMC батерии на bZ4X по отношение зареждане и разходи, а очакваният им старт е 2026-27 г.
Освен гореспоменатите, Toyota разработва високоефективни High-Performance батерии, които съчетават биполярната структура с литиево-йонна NMC електрохимия с катод с високо съдържание на никел. Така се постигат още по-високи качествени показатели на литиево-йонните клетки и по този начин може да осигури увеличаване на пробега до над 1000 км. Това става при съчетаване с подобрена аеродинамика и намалено тегло на автомобила. Очакваният старт на тези технологии е 2027-28 г
Пробив при твърдотелните батерии [литиево-йонни]
Особено впечатляващо звучи ясното намерение за въвеждане в серийно производство на твърдотелни батерии. Първоначално бе предвидено батериите базирани на Solid State твърдотелни клетки да бъдат въвеждани при автомобили с хибридно задвижване, но фокусът на Toyota сега се насочи основно върху въвеждането им в следващото поколение електрически автомобили.
Така, в стремежа си да подобри издръжливостта на твърдотелните литиево-йонни батерии, Toyota успя да направи качествен пробив в технология, смятана отдавна за възможност за промяна на цялостната картина в областта на електрическото задвижване.
Твърдотелните батерии използват твърд вместо течен електролит. По-добрата плътност на конструкцията води до подобряване на движението на йони, респективно енергийния пренос. Разбира се това е доста опростена формулировка, но като цяло може да се каже че този тип батерии има по-висока енергийна плътност, тоест те могат да имат по-малък обем при същия капацитет. Това от своя страна помага за намаляване на общото тегло на батерията.
За съжаление твърдотелните батерии на този етап не са пригодни за използване в автомобили. Принципно твърдият електролит позволява по-широка толерантност към високи напрежения, токове и високи вътрешни температури. Тези качества правят твърдотелните батерии подходящи за бързо зареждане и разреждане и осигуряват повече мощност и капацитет, респективно по-малък обем. Те обаче не се справят добре при наличие на големи температурни диапазони на околната среда, и съответно, не издържат дълго навън при ниски температури. Деградират по-бързо от стандартните батерии с течен електролит, съответно при по-малък брой заряди и разряди. Освен всичко останало те изискват използването на повече редкоземни материали, а този повишава себестойността на клетките.
Твърдотелните батерии на Toyota се разработват съвместно с Panasonic или по-точно от съвместното им предприятие Prime Planet Energy & Solutions Inc. Както споменахме, двете компании вече имат над 1000 патента в тази област, а и до края на 2021 г. инвестициите им в областта достигнаха 13,5 милиарда долара. През 2020 г. те експериментираха с серно базирани електролити, които спомага за по-бърз пренос на йони от другите електролити, но все още не са устойчиви. С подобни проблеми се сблъскват и други съвместни предприятия и компании, инвестиращи съвместно в трети предприятия – както Ford и BMW, които инвестираха в компанията Solid Power. Volkswagen от своя страна закупи дялове в QuantumScape, а Hyundai във factorial Energy.
Компромисът от всичко споменато досега водеше до очаквано по-кратък живот на батерията. Според Toyota и Panasonic последните технологични постижения на компаниите дават възможност за преодоляване на това предизвикателство, в резултат от което те пренасочиха фокуса си към създаване на условия за пускането на твърдотелни батерии в масово производство. Целта е технологията да бъде готова за серийно производство до 2027-28 г. Освен всичко това Toyota ще разработва всички следващи поколения батерии с идеята те да имат по-малка височина. Основата за това е фактът че батерията се монтира в подовата конструкция, а това налага увеличаване на височината на автомобила, напречната му площ и влошава аеродинамиката.
Текст: Георги Колев