
24M, стартап по производству аккумуляторов, основанный как ответвление Массачусетского технологического института, утверждает, что совершил прорыв в создании полутвердых литий-ионных аккумуляторных ячеек с плотностью энергии, превышающей 350 Вт·ч на кг.
Профессор Массачусетского технологического института Мин Чианг придумал идею смешивания активных материалов в электролитах перед формированием ячейки, а не «впрыскивания» электролита в суспензию, что считается гораздо более эффективным процессом создания ячеек.
Другими словами, создаются католиты и анолиты с различным составом, которые разделяются ионнопроводящим, непроницаемым сепаратором.
«В отличие от традиционной технологии, где используется растворитель и как бы наносится материал, а затем все это выбрасывается, а затем в конце впрыскивается электролит, мы смешиваем электролит в начале», — сказал Джо Адилетта, старший директор по продукции компании 24M.
«Конечно, мы смешиваем анод и катод отдельно, чтобы можно было поместить в анод другой электролит, называемый анолитом, а в катод – католитом. Обычно сепаратор не только пропускает ионы, но и пропускает электролит. Поэтому, если вы используете традиционный сепаратор, в конечном итоге материалы будут диффундировать, и вы получите однородную смесь, а это именно то, чего вы не хотите в этой конструкции».
Раздельное хранение анолита и католитов, сказал Адилетта, может открыть «огромные возможности» в выборе электролитов, то есть отдельные батареи или системы могут быть адаптированы к «конкретным подходам в батарее». Это означает, что технология «двойного электролита» может быть применена к ячейкам LFP, которые чаще используются в стационарных хранилищах, или к ячейкам NMC, которые имеют более высокую плотность энергии и обычно используются в электромобилях, и это два ярких примера.
24M откроет свою первую пилотную производственную линию к концу этого года, которая, как подчеркнул Адилетта, небольшая, на 100 МВт-ч, но, тем не менее, это первое крупносерийное производство этого типа технологии. Этот способ производства версий литиевых батарей с более высокой плотностью энергии также позволит «настраивать электролит, улучшать напряжение, делать технологии быстрой зарядки, медленной разрядки — есть огромное количество вариантов», — сказал Адилетта.
жидкое-твердое против твердого-на-твердом
Первые проекты, которые появятся с использованием этой технологии, скорее всего, будут пилотными проектами и демонстрациями. На небольшой пилотной производственной линии 24M в Кембридже, штат Массачусетс, компания уже изготовила партии ячеек, которые прошли «тысячи и тысячи циклов», но, конечно, пока не имела возможности работать непосредственно над прикладными проектами.
Полутвердый подход существенно отличается от твердотельной технологии, которую сейчас рассматривают некоторые исследователи. Были сделаны крупные инвестиции в твердотельную технологию, которая рассматривается так же, как твердотельные жесткие диски, которые произвели революцию в вычислительной технике.
«Мы не твердотельные в традиционном смысле. Технология твердотельных аккумуляторов существует уже около 20 лет. Концепция заключается в использовании твердого электролита вместо жидкого. Ключевое достижение, которого люди хотят достичь с помощью этого, — сделать активным материалом литий-металл в анодах», — сказал Адилетта.
Производители твердотельных аккумуляторов столкнулись с трудностями в поиске твердых материалов с достаточной электропроводностью, а также с проблемами, связанными с катодно-анодными сепараторами. По утверждениям 24M, эти проблемы решены или находятся в процессе решения.
«По мере того, как аккумулятор заряжается и разряжается, активный материал меняет размер и форму, поэтому он расширяется и сжимается в процессе заряда-разряда. Что произошло и, насколько мы можем судить, продолжает происходить — вот почему твердотельные аккумуляторы появятся через пять лет или больше, по самым оптимистичным прогнозам — так это то, что на этой границе формируется интерфейс, потому что у вас твердое тело на твердом. Со временем образуется зазор, и этот зазор становится своего рода огромной проблемой, большой проблемой, потому что есть сопротивление интерфейса, и вы как бы теряете доступ к активному материалу. Это навсегда стало проклятием твердотельных аккумуляторов. Обещание — литий-металлическая батарея, которая циклируется», — сказал Адилетта.
Вместо этого 24M разработала жидкостно-твердый интерфейс, отсюда и «полутвердый». По данным компании, 24M может выбирать и выбирать определенные материалы для анодных и катодных сторон ячеек батареи, подходящие для каждого применения. Компания заявила, что решение Dual Electrolyte может улучшить срок службы, безопасность и стоимость в результате. Признавая, что коммерциализация этой технологии, вероятно, произойдет через несколько лет, 24M особенно воодушевлена перспективой использования полутвердой технологии для обслуживания растущих приложений с более длительным сроком службы для хранения энергии, что позволит литий-ионным батареям комфортно хранить энергию дольше, чем обычно 1-4 часа, для которых они используются.