Новий акумулятор на 90% дешевший, ніж літій-іонний

Літій-іонні акумулятори відіграють центральну роль у світі технологій, живлячи все, від смартфонів до розумних автомобілів, і тепер один з людей, які допомогли комерціалізувати їх, говорить, що у нього є спосіб скоротити витрати на масове виробництво на 90 відсотків і значно підвищити їх безпеку.

Хідеакі Хорі, що раніше працював в компанії Nissan Motor Co. заснував Токійська корпорація АПБ у 2018 році, щоб зробити "все-полімерні акумулятори" (звідси і назва компанії).

Раніше цього року компанія отримала підтримку від групи компаній, включаючи генерального підрядника корпорації Обаяші, виробник промислового обладнання Йокогава Електрик Corp і виробник вуглецевого волокна Teijin Лтд.

"Проблема з виробництвом літієвих батарей зараз полягає в тому, що це виробництво пристроїв, таких як напівпровідники", - сказав Хорі в інтерв'ю. "Наша мета - зробити його більш схожим на виробництво сталі.”

Виготовлення елемента, основного блоку всередині кожної батареї, являє собою складний процес, що вимагає умов "чистої кімнати" - з повітряними шлюзами для контролю вологості, постійної фільтрацією повітря і високою точністю для запобігання забруднення високореактивних матеріалів. Установка може бути настільки дорогою, що тільки жменька кращих гравців, таких як Південнокорейська LG Chem Ltd., Китайська CATL і японська Panasonic Corp., можуть витратити мільярди доларів на будівництво відповідного заводу.

Інновація Horie полягає в заміні основних компонентів батареї, які являють собою металеві електроди і рідкі електроліти, на конструкцію зі смоли. Він каже, що цей підхід значно спрощує і прискорює виробництво, роблячи його таким же простим, як "намазування маслом тостів.”

За його словами, модифікація дозволяє укладати 10-метрові батарейні листи один на одного "як подушки сидінь", щоб збільшити місткість. Важливо відзначити, що батареї на основі смоли також стійкі до загоряння при проколі.

У березні APB залучила 8 мільярдів ієн (74 мільйони доларів), що є крихітним за більш широкими галузевими стандартами, але буде достатньо, щоб повністю оснастити один завод для масового виробництва, яке має розпочатися в наступному році. За оцінками Хорі, ці кошти дозволять вивести його завод в центральній Японії на потужність 1 гігават-годину до 2023 року.

Літій-іонні акумулятори пройшли довгий шлях з того часу, як вони були вперше комерціалізовані майже три десятиліття тому. Вони служать довше, упаковують більше енергії і коштують на 85 відсотків менше, ніж 10 років тому, служачи тихою робочою конячкою, рушійною зростання смартфонів і планшетів з все більш потужними внутрішніми пристроями. Але безпека залишається проблемою, і батареї були причиною пожеж у всьому, починаючи з Tesla Inc. машини для Boeing Co. "S Dreamliner jets і Samsung Electronics Co - це смартфони.

- Просто з точки зору фізики літій-іонна батарея - це найкращий нагрівач, який коли-небудь створювало людство, - сказав Хорі.

У традиційній батареї прокол може викликати стрибок напруги в сотні ампер - в кілька разів більше струму електрики, що подається у звичайний будинок. Температура може тоді злетіти до 700 градусів Цельсія.

Батарея APB уникає таких катастрофічних умов, використовуючи так звану біполярну конструкцію, усуваючи сучасні вузькі місця живлення і дозволяючи всій поверхні батареї поглинати скачки напруги.

"Через численні інциденти безпека була на вершині розуму в галузі", - сказав Міталі Гупта, старший аналітик з енергозбереження в Wood Mackenzie. "Це може стати проривом як для систем зберігання даних, так і для електромобілів, за умови, що компанія зможе досить швидко масштабуватися.”

Але технологія не позбавлена своїх недоліків. За словами Менахема Андермана, президента каліфорнійської компанії Total Battery Consulting Inc, полімери не такі електропровідні, як метал, і це може значно вплинути на пропускну здатність батареї.

Крім того, одним з недоліків біполярної конструкції є те, що клітини з'єднані спина до спини послідовно, що ускладнює управління кожною з них окремо, сказав Андерман. Він також поставив питання, чи буде економія коштів достатньою для того, щоб конкурувати з тими, хто займає ці посади.

"Капітал не вбиває вартість літій-іонного акумулятора", - сказав Андерман. "Літій-іонний з рідким електролітом залишиться основним застосуванням ще на 15 і більше років. Він не ідеальний і не дешевий, але за межами літій-іона є кращий літій-іон.”

Хорі визнає, що APB не може конкурувати з гігантами акумуляторних батарей, які вже отримують вигоду від економії масштабу після інвестування мільярдів доларів. Замість того щоб орієнтуватися на "червоний океан" автомобільного сектора, APB спочатку зосередиться на стаціонарних батареях, що використовуються в будівлях, офісах і електростанціях.

За оцінками Wood Mackenzie, до 2025 року цей ринок буде коштувати 100 мільярдів доларів у всьому світі — більш ніж у п'ять разів більше, ніж минулого року. Тільки США, які разом з Китаєм будуть основним джерелом збільшення попиту на енергоресурси, ймовірно, побачать 10-кратне зростання до 7 мільярдів доларів протягом цього періоду.

63-річний Хорі почав свою кар'єру з літій-іонних акумуляторів на самому їх початку. У лютому 1990 року, на самому початку своєї кар'єри в Nissan, він почав зароджуються дослідження автовиробника в області електричних і гібридних автомобілів.

Всього через кілька тижнів корпорація Sony потрясла індустрію, яка робила ставку на нікель-гідридні технології, оголосивши про плани комерціалізації літій-іонної альтернативи. Хорі каже, що він відразу побачив обіцянку і наполягав на тому, щоб дві компанії об'єднали дослідницькі зусилля в тому ж році.

До 2000 року, однак, Nissan кинув свій акумуляторний бізнес, щойно врятований Renault SA. Хорі мав єдиний шанс переконати свого нового боса Карлоса Гона, що електромобілі того варті.

Після 28-хвилинної презентації помітно схвильований Гон оголосив роботу Хорі важливою інвестицією і дав зелене світло проєкту. Nissan Leaf стане найбільш продаваним електромобілем протягом десятиліття.

Хорі придумав ідею для повністю полімерної батареї ще в Nissan, але не зміг отримати інституційну підтримку, щоб зробити її реальною. У 2012 році, коли він викладав в Токійському університеті, до нього звернулася компанія Sanyo Chemical Industries Ltd., відомий своїми суперабсорбуючими матеріалами, використовуваними в підгузниках.

Разом вони розробили першу у світі батарею, що використовує провідний гель-полімер. У 2018 році Хорі заснував APB, і Sanyo Chemical стала одним з його перших інвесторів.

За словами Хорі, APB вже визначила свого першого клієнта - велику японську компанію, чия нішева продукція з високою доданою вартістю продається в основному за кордоном. Він відмовився повідомити подальші подробиці, але сказав, що APB планує зробити оголошення вже в серпні.

“Це буде доказом того, що наші батареї можуть бути серійно вироблені", - сказав Хорі. - "Виробники акумуляторів стали збирачами. Ми повертаємо хімії провідну роль.”