Пока речь идёт лишь об экспериментальных ячейках, но если разработку удастся довести до конвейера, электромобили смогут существенно расширить запас хода при одновременном сокращении стоимости комплекта тяговых аккумуляторов.

Американская компания Envia Systems объявила, что построила перезаряжаемую литиевую ячейку с выдающимися параметрами.

Независимый тест, проведённый центром вооружений ВМС США (Naval Surface Warfare Center Crane Division), показал, что опытная батарея от Envia c номинальной вместимостью © 45 А-ч (для нагрузки C/3) обладает удельной ёмкостью в диапазоне от 378 до 418 ватт-часов на килограмм при нагрузке от C/3 до C/10.

Средний показатель новой батареи, таким образом, составляет примерно 400 Вт-ч/кг. Это существенно выше, чем у любого серийного литиевого аккумулятора. Сами исследователи из Envia в качестве референсной точки упоминают ячейку Panasonic NCR18650A с расчётными 245 Вт-ч/кг.

Секрет батареи Envia заключается в инновационных электродах. Оба выполнены по оригинальной методике.

Рис. 1. Катод и анод от Envia Systems под микроскопом.

Катод представляет собой слоистый композит Li₂MnO₃•LiMO₂, называемый авторами «высокоёмким, богатым марганцем» — HCMR. Его собственная удельная ёмкость составляет около 300 мА-ч/г. Это примерно вдвое лучше, чем у серийных катодов для литиевых аккумуляторов (LiCoO₂, LiMn₂O₄ или LiFePO₄) при меньшей стоимости.

Правда, в экспериментах мы видели и более впечатляющие катоды, скажем, для литиево-серных аккумуляторов, но у тех имеются проблемы с живучестью. А вот HCMR, по словам разработчиков, способен выдержать тысячу циклов при глубине разряда 80%.

Анод новой батареи – это композит из углерода и кремния. Как и в ряде других опытов, авторы батареи соблазнились очень высокой теоретической ёмкостью кремния (способностью удерживать много атомов лития). Но и тут проблемой было создание электрода, способного долго работать без радикальной потери свойств.

Вариант кремниевого анода от Envia показал удельную ёмкость в 1530 мА-ч/г. При этом после 300 циклов заряда/разряда он сохранил 91% своей начальной ёмкости.

Рис. 2. «Будущее уже здесь», — утверждает Envia Systems, осталось только показать, что рекордные параметры будут присутствовать и в серийной версии разработанной ею батареи.

В дополнение к электродам компания придумала электролит, остающийся стабильным при более высоком напряжении, чем стандартный (5,2 вольта против 4,3 В), и это стало ещё одним фактором роста общей ёмкости.

Готовая литиевая ячейка показала вполне удовлетворительную живучесть. При нагрузке C/3 и глубине разряда 80% она преодолела порядка 400 циклов, ёмкость же её при этом упала приблизительно с 45–46 до 27–28 А-ч.

Это ещё далеко не идеал для автомобильного применения, но тут нужно учесть, что с новой батареей электромобиль сможет проходить в 2,5–3 раза больше километров на одной зарядке при том же весе аккумуляторов.

Следовательно, и заряжать их придётся реже. Может, далеко не каждый день.

Рис. 3. Компания уверяет, что материалы новой батареи не грозят её возгоранием даже при аварии. На снимках – обычная (вверху) и новая литиевые батареи после пробития гвоздём (фотографии Envia Systems).

Envia Systems ещё продолжит уточнять начинку и детали строения своей батареи, надеясь на успешное внедрение новации.

Калифорнийская компания утверждает, что при массовом производстве её ячейки должны стоить $180 за кВт-ч, а в перспективе (к 2016 году) и вовсе $125. Для сравнения, используемые в электромобилях литиевые батареи ныне стоят $250–350 за киловатт-час, а их удельная ёмкость – 80–150 Вт-ч/кг.

Добавим, что работа над новым накопителем велась на средства агентства по передовым исследованиям министерства энергетики США (ARPA-E).