Плотность хранения энергии в литий-ионных батареях увеличена в 10 раз

У американского стартапа, обещающего внедрить революционные «батареи будущего», есть два важных отличия от конкурентов. Во-первых, прозрачная технология, защищенная патентами. Во-вторых — опора на уже широко используемые материалы и процессы, пусть и из другой сферы.

Нынешние литий-ионные батареи, требующие долгой зарядки — самое слабое место электромобилей. Однако их дешевизна ставит крест на иных технологиях, по крайней мере в среднесрочной перспективе. Digital Trends рассказывает о стартапе XNRGI, который утверждает, что совершил невозможное: там разработали безопасные, емкие и быстро впитывающие энергию литий-ионные батареи на базе уже широко используемых решений.

Сейчас литий-ионные аккумуляторы разного размера используются повсеместно — от смартфонов до электромобилей. Для их изготовления задействованы огромные мощности, и, тем не менее, эксперты советуют готовиться неминуемому дефициту при условии сохранения нынешних технологий.

XNRGI утверждает, что нашла выгодный для всех поход — и, в отличие от многих других компаний, там готовы рассказать о нем намного подробнее обычных ссылок на «прорывной техпроцесс» или «революционные материалы». Тем более что и процессы, и материалы компания использует вполне привычные — просто из другой сферы. А их применение для изготовления аккумуляторов защищено рядом патентов.

Основа прорывной батареи Powerchip — обычная кремниевая подложка с пористой структурой, которую десятки лет используют при изготовлении микросхем. Вернее — использовали некоторое время назад. Сейчас техпроцессы шагнули вперед, а вот слишком крупные и толстые для нынешней электроники подложки недавнего прошлого можно использовать для хранения энергии — очень эффективного и безопасного. Их буквально производят по всему миру.

XNRGI утверждает, что, «залив» 12-дюймовую подложку металлом, получает батарею на 1 кВт. Разумеется, это лишь начало истории.

Подложка, изоляционный и металлический слои — все это уже изготавливают для нужд электроники, подчеркивает глава компании Крис Дикуото. Это значит, что для организации производства не нужно строить фабрику полного цикла за миллиарды долларов. Для начала хватит и скромного «сборочного» производства.

Однако потенциальная простота конструкции — лишь одно из преимуществ. В каждой такой 12-дюймовой структуре до 160 млн пор. «Каждая работает словно микроскопическая батарейка», — говорит Дикуото. При этом общая поверхность трехмерной батареи в 70 раз выше, чем у современных двумерных решений. А каждая пора отделена от других, что, во-первых, предотвращает короткое замыкание, а во-вторых, позволяет заряжать батарею в разы быстрее.

Аноду батареи пористая структура тоже дает серьезные преимущества.

Дикуото утверждает, что обычный для Li-Ion батарей графит не используется. Заливая пористую основу чистым литием, в XNRGI получают плотность хранения энергии в 10 раз выше.

По расчетам авторов, такой анод может «переварить» за 15 минут достаточно энергии, чтобы зарядиться на 80%. А батарея Powerchip при равном весе обеспечит прирост «дальнобойности» электрокара на 280%, то есть примерно до 1100 км.

Новая технология обеспечивает прорыв и еще в одной сфере: батареи будут не только быстро заряжаться, но и дольше служить. Главная причина естественной деградации после сотен подзарядок — дендриты. Это кристаллические образования, под микроскопом напоминающие ветви растений. Они проникают в катод и разрушают аккумулятор. Опыты показали, что благодаря кремниевым стенкам дендритам сложно распространяться за пределы отдельных пор. А отказ одной микробатарейки-поры не влияет на характеристики аккумулятора, где их миллионы.

Сейчас, помимо частных инвестиций, XNRGI получила деньги от Минэнерго США и выстраивает планы по захвату мира. В 2020 году, обещает Дикуото, батареи Powerchip появятся на скутерах и дронах. К 2022 или 2023 году он надеется предложить решения для электромобилей: их производители, наконец, смогут выбрать, ставить дальнобойную батарею обычного веса или ограничиться обычными 300-400 км, но сэкономить пару центнеров веса. В 2024 году он прогнозирует широкое внедрение.

Стоит отметить, что исследованием в области улучшения характеристик литий-ионных батарей заняты сотни команд по всему миру: аккумулятор нового поколения создают в самой секретной лаборатории Tesla, в США разработали революционный катод, а в Японии — материал для самовосстанавливающихся батарей. На фоне этого обещания XNRGI улучшить абсолютно все характеристики выглядят очень смело. Однако Digital Trends предлагает взглянуть на это с другой стороны: раз уж над этим работают десятки тысяч специалистов, может, не стоит так удивляться, что у кого-то, похоже, получилось.