Появление электромобилей стало поворотным моментом в борьбе с загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением. Однако одним из главных препятствий на пути их массового внедрения остается ограниченный срок службы батарей. Со временем они изнашиваются, теряя свою способность накапливать энергию и сокращая запас хода автомобиля. Однако технологический прогресс может произвести революцию в этой области: батареи с монокристаллическими электродами. Недавнее исследование показало, что они способны прослужить гораздо дольше, чем нынешние батареи, что может изменить индустрию электромобилей и не только.

Почему нынешние батареи служат недостаточно долго?

Срок службы батарей является ключевым фактором для внедрения электромобилей. С годами традиционные литий-ионные батареи постепенно деградируют, снижая свою способность накапливать энергию. Эта деградация - естественное явление. При каждом цикле заряда и разряда внутри электродов образуются микротрещины. Эти трещины возникают в результате движения ионов лития по электродам для накопления и высвобождения энергии. Эти небольшие трещины постепенно влияют на емкость батареи, пока она не потеряет значительную часть своей емкости.

В случае с батареями, используемыми в электромобилях, такой износ снижает запас хода автомобиля, и он может преодолеть лишь половину первоначально возможного расстояния. Водителям приходится заменять батарею через несколько лет эксплуатации. Сегодня средний срок службы батарей в электромобилях составляет около 322 000 километров (или около трех-пяти лет использования для среднестатистического водителя). Но замена таких батарей обходится дорого, не говоря уже об экологических последствиях их производства и переработки.

Батареи с монокристаллическими электродами: многообещающее достижение для электромобилей

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали новую технологию производства батарей, в которой используются монокристаллические электроды. В отличие от традиционных поликристаллических электродов, состоящих из множества мелких кристаллических частиц, монокристаллические электроды изготавливаются из одного твердого кристалла. Такая структура обеспечивает гораздо большую устойчивость к механическим нагрузкам, что уменьшает образование трещин внутри батареи в течение циклов зарядки и разрядки.

Исследование, проведенное учеными из Университета Далхаузи в Новой Шотландии в сотрудничестве с компанией Tesla, показало, что литий-ионная батарея с монокристаллическими электродами может сохранять до 80% своей первоначальной емкости после 20 000 циклов зарядки и разрядки, что эквивалентно шести годам непрерывного использования. Для сравнения, обычная батарея теряет около 20-30% своей емкости за несколько лет. Батарея с монокристаллическими электродами продемонстрировала впечатляющую долговечность: срок ее службы составляет восемь миллионов километров, что в восемь раз больше, чем у современных батарей, используемых в электромобилях.

Радикальные перемены в автомобильной промышленности

Потенциал этой технологии огромен для индустрии электромобилей. Аккумулятор, способный прослужить восемь миллионов километров, теоретически может прослужить весь срок службы автомобиля. Это означает, что вместо того, чтобы менять батарею через несколько лет, водители смогут пользоваться батареей, которая не так быстро теряет свою зарядную емкость. Это означает значительную долгосрочную экономию для владельцев электромобилей, а также сокращение объемов производства и переработки батарей.

Более того, такой длительный срок службы позволит ограничить воздействие батарей на окружающую среду. Увеличив срок службы батарей, индустрия электромобилей сможет снизить спрос на сырье и уменьшить количество отходов, связанных с частой заменой батарей. Эта разработка также может способствовать интеграции электромобилей в мировой автопарк - быстро развивающийся сектор, способствующий сокращению выбросов парниковых газов.

Применение за пределами электромобилей

Преимущества батарей с монокристаллическими электродами не ограничиваются электромобилями. Эти батареи также могут произвести революцию в области крупномасштабного хранения энергии. Одна из главных проблем возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, заключается в том, что они работают с перебоями. Это означает, что они производят энергию в зависимости от климатических условий, но не всегда доступны, когда спрос на энергию высок.

Если батареи с монокристаллическими электродами действительно смогут служить дольше, их можно будет использовать в крупных системах хранения энергии. Например, долговечные и надежные батареи могли бы хранить излишки энергии, вырабатываемой солнечными панелями или ветряными турбинами, для использования в периоды снижения производства энергии. Это позволило бы более стабильно управлять электросетями и способствовало бы энергетическому переходу, обеспечив более эффективное хранение возобновляемых источников энергии.