Прогресс аккумуляторов для электромобилей: ключ к будущему транспорта

Электромобили — не новое изобретение: они существуют с конца XIX века и недолго на равных конкурировали с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), прежде чем уступить им на более чем столетие. Так почему же сейчас всё должно быть иначе? Ответ кроется в одном ключевом компоненте — тяговом аккумуляторе. Чтобы электромобили (ЭМ) всерьёз вытеснили традиционные автомобили, необходимо совпадение трёх факторов:

• Высокая ёмкость аккумулятора
• Масштабируемое массовое производство
• Доступная цена

Сегодня все три условия выполняются — и революция в сфере электромобилей уже идёт полным ходом.

Краткая история: от аптечного топлива до современных электромобилей

Прогресс в развитии зарядной инфраструктуры и сетей замены аккумуляторов — отдельная, не менее важная тема. Но история напоминает нам, что инфраструктурные трудности никогда не останавливали целеустремлённых первопроходцев. Когда в 1888 году Берта Бенц совершила первое в мире дальнее автомобильное путешествие, бензин продавался только в аптеках — в качестве чистящего средства. Это её не остановило. Нынешние проблемы с зарядными сетями, добычей сырья и утилизацией отработанных аккумуляторов активно решаются, и за последние годы в этой области достигнут значительный прогресс.

Что погубило первый массовый электромобиль?

Документальный фильм 2006 года «Кто убил электромобиль?» рассказывает историю General Motors EV1 — пожалуй, первого массово выпущенного электромобиля современной эпохи. Вот ключевые факты:

• Производился с 1996 по 1999 год
• Выпущено 1 117 единиц, все — исключительно в аренду
• Программа закрыта в 2003 году; почти все автомобили были отозваны и уничтожены
• Лишь единицы EV1 уцелели — в музейных коллекциях
• Варианты аккумуляторов: от 16,5 до 26,4 кВт·ч
• Пересчитанный по стандарту EPA запас хода: от 89 до 169 км на одном заряде

Сторонники теорий заговора указывали на нефтяное лобби. Какова бы ни была истинная причина, исчезновение EV1 отбросило развитие массового рынка электромобилей более чем на десятилетие.

Ёмкость аккумулятора: от десятков до сотен киловатт-часов

Сравните скромные характеристики аккумулятора EV1 с передовыми электромобилями, доступными сегодня. Ряд современных моделей предлагает аккумуляторы ёмкостью от 100 до более чем 200 кВт·ч, а сертифицированный запас хода составляет 600–1 600 км — в зависимости от применяемого стандарта испытаний (EPA, WLTP, NEDC). Среди примечательных примеров:

• Tesla Model S — до 405 миль (EPA)
• Lucid Air — более 500 миль (EPA), действующий мировой рекорд
• Aptera — с солнечной поддержкой запас хода превышает 1 600 км
• Nio ET7 — вариант с твердотельным аккумулятором ёмкостью 150 кВт·ч
• Zhiji L7 — аккумулятор 115 кВт·ч с увеличенным запасом хода
• Aito M5 — гибридный вариант с увеличенным запасом хода
• GMC Hummer EV — аккумуляторный блок ёмкостью 212,7 кВт·ч

Помимо официальных характеристик, рекорды пробега в реальных условиях наглядно демонстрируют, насколько далеко продвинулись технологии аккумуляторов. Водители-энтузиасты доказали, что такие автомобили, как Tesla Model S и Hyundai Kona Electric, способны преодолеть более 1 000 км на одном заряде при экономичном стиле вождения.

Массовое производство: масштабы уже огромны

Мировое производство тяговых аккумуляторов резко выросло. Ежемесячный мировой выпуск достигает почти 22 ГВт·ч — это эквивалент примерно 550 000 хэтчбеков Nissan Leaf второго поколения (каждый с аккумулятором 40 кВт·ч), сходящих с конвейера каждый месяц.

Производители электромобилей получают литий-ионные элементы и аккумуляторные блоки двумя основными способами:

• Сторонние поставщики — закупка элементов и модулей у специализированных производителей аккумуляторов, таких как CATL, LG Energy Solution и Panasonic
• Собственные гигафабрики — строительство фирменных производственных мощностей, нередко в партнёрстве с теми же производителями аккумуляторов; именно так Tesla сотрудничает с Panasonic

Цены на аккумуляторы: десятикратное снижение за десятилетие

Пожалуй, наиболее весомый аргумент в пользу перехода на электромобили — резкое падение стоимости аккумуляторов. По данным Bloomberg NEF:

• 2010 год: $1 200 за кВт·ч (среднеотраслевой показатель)
• 2021 год: $132 за кВт·ч (среднеотраслевой показатель для электрогрузовиков, автобусов и стационарных систем хранения)
• 2021 год: $118 за кВт·ч (конкретно для пассажирских электромобилей)

Это более чем десятикратное снижение стоимости за одиннадцать лет. Хотя рост цен на сырьё — в особенности на литий, кобальт и никель на фоне резкого скачка спроса в 2021 году — создал определённое давление в сторону удорожания, оно несопоставимо с общей нисходящей тенденцией.

Что дальше? Более умная зарядка, более лёгкие аккумуляторы

Дальнейшее существенное снижение стоимости аккумуляторных блоков может оказаться непростой задачей. Однако у отрасли есть альтернативные пути развития. Более густая сеть зарядных станций — в городах и на шоссе — способна снизить потребность в постоянно растущих по ёмкости аккумуляторах, позволив производителям перейти к меньшим, более лёгким и дешёвым решениям без ущерба для удобства использования.

Среди перспективных технологий, способных изменить расстановку сил:

• Беспроводная зарядка в движении — дороги, оснащённые индукционными зарядными устройствами, пополняющими аккумулятор прямо во время езды
• Твердотельные аккумуляторы — более высокая удельная энергоёмкость, более быстрая зарядка и повышенная безопасность по сравнению с нынешними литий-ионными технологиями
• Аккумулятор как услуга (BaaS) — подписочные модели замены аккумуляторов, уже реализованные в масштабе компанией Nio в Китае
• Интеграция с энергосетью (V2G) — использование аккумуляторов электромобилей в качестве распределённых накопителей энергии для поддержания стабильности электросети

Остаются открытые вопросы об экономической целесообразности массовой зарядной инфраструктуры, наращивании мощностей электросети, безопасности, надёжности и общем энергобалансе, обеспечивающем работу этих транспортных средств. Но направление движения очевидно — и импульс в развитии аккумуляторов для электромобилей никогда ещё не был таким мощным.

Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/kunst/61b35118155032c35768508a.html