Около пяти лет назад компания 24M Technologies отделилась от своей материнской компании A123 с планами сотворить аккумуляторную революцию с помощью загадочного «полутвердого» материала аккумулирования энергии.
Тогда сооснователь 24M Technologies и профессор материаловедения Массачусетского технологического института (MIT) Цзян Йе-Мин впервые рассказал о принципиально новом подходе, сочетающем перспективные идеи по направлениям топливных элементов и так называемых «проточных/жидких батарей» (батареи с жидким электролитом и твердыми электродами), и подразумевающем улучшение архитектуры современных литий-ионных аккумуляторов путем исключения неэффективных компонентов и сложных производственных этапов.
За эти годы компания доктора Цзян Йе-Мина получила $50 млн инвестиций, включая $10 млн от венчурных фондов Charles River Ventures и North Bridge Venture Partners и около $6 млн от Агентства передовых исследований в области энергетики (Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E) только в 2010 году. И вот на днях она представила общественности результаты своих пятилетних трудов: литий-ионный аккумулятор с удельной стоимостью $100 за 1 кВт⋅ч. Это вдвое ниже стоимости традиционных литий-ионных аккумуляторов, доступных сейчас в продаже. Кроме того, в сравнении с имеющимися на рынке конкурирующими батареями решение 24M Technologies надежнее, обладает определенной гибкостью, а временные затраты на производство сокращены на 80%.
«Современный литий-ионный аккумулятор — замечательное изобретение. Ее главный недостаток — цена», — отметил Цзян Йе-Мин. — «Мы сделали любимый аккумулятор человечества еще лучше, упростив его конструкцию».
Компания называет свой новый аккумулятор «наиболее значительным прогрессом в технологии производства литий-ионных аккумуляторов с момента ее появления более 20 лет назад».
Ключом к снижению удельной стоимости и повышению удельной плотности литий-ионных аккумуляторов стала более простая конструкция и использование нового «полутвердого» материала в основе. Изначально Цзян Йе-Мин и второй сооснователь 24M Technologies — профессор материаловедения и инженерного дела MIT В. Крейг Картер — хотели использовать этот тип электрода в проточных батареях, но затем осознали, что он больше подходит для применения в литий-ионных аккумуляторах. Тогда Цзян Йе-Мин определил две основные проблемы в структуре современных литий-ионных батарей: избыточность материала, не задействованного для хранения энергии, в слоях между электродами и слишком маленькая толщина последних. Маленькая толщина электродов обусловлена необходимостью обеспечения незначительного расстояния от катода к аноду, которое проходят ионы лития. Напомним, если этот процесс (заряд-разряд) протекает медленно, аккумулятор не сможет дать нужный для работы устройства ток. По словам Цзян Йе-Мина, фирменная технология создания «полутвердых» электродов позволяет обойти это ограничение и создать аккумулятор с электродами потолще и существенно сократить количество неактивного материала. Более наглядное представление дает иллюстрация ниже.
По сути, быстрый заряд-разряд обеспечивается путем тесной компоновки шихтового материала с электродами (анодом и катодом) и электролитом между ними. Сообщается, что электролит имеет очень вязкую консистенцию подобно пластилину и способен держать форму. На выходе получается аккумуляторный элемент, который использует аналогичные материалы, но при этом характеризуется более высокими показателями удельной емкости и удельной мощности.
Приведенный ниже график показывает мощность тестового образца аккумуляторного элемента 24M Technologies во время циклов заряда-разряда в сравнении с типичными литий-ионными аккумуляторными батареями для электроинструментов, планшетов и электрических транспортных средств.
Компания 24M Technologies нацеливается на литий-ионный сегмент рынка средств хранения энергии, который уже давно находится под пристальным вниманием Tesla Motors, Boston-Power, и Alevo, а также укрепившихся аккумуляторных гигантов вроде Samsung, Panasonic и LG Chem.
Компания 24M Technologies также сообщает, что ее заводы будут стоить в 10 раз меньше современных предприятий, на которых сейчас производят батареи.
Ну и самое главное — в начале 2017 года 24M Technologies обещает выпуск ограниченного количества аккумуляторов для использования на производстве, используя литий-железо-фосфат в качестве катода и графит в качестве анода. А уже к 2020 году планирует приступить к производству собственных аккумуляторов в промышленных масштабах.
Источник: greentechmedia, MIT Technology Review и Quartz