Литий-ионные батареи питают почти каждый новый телефон, ноутбук и электромобиль. Но в отличие от процессоров или солнечных панелей, состояние которых растет в геометрической прогрессии, развитие литий-ионных аккумуляторов происходит только постепенно.

В течение последнего десятилетия разработчики твердотельных аккумуляторных систем обещали продукты, которые намного безопаснее, легче и мощнее. . Эти обещания в значительной степени растворились в эфире, оставив после себя поток разочаровывающих продуктов, неудачных стартапов и откатывающихся дат выпуска.

Новая волна компаний и технологий, наконец, созревает и привлекает финансирование, необходимое для питания крупнейшего рынка аккумуляторов: транспорта. На электромобили приходится около 60% всех производимых сегодня литий-ионных аккумуляторов, и IDTechEx прогнозирует, что к 2030 году твердотельные аккумуляторы будут стоить 6 миллиардов долларов. только примерно на одну из 25 автомобилей, проданных в мире (и еще меньше в Соединенных Штатах). Глобальный опрос 10 000 водителей в 2020 году, проведенный Castrol, вызвал те же постоянные жалобы на то, что электромобили слишком дороги, слишком медленные для зарядки и имеют слишком малый запас хода.

Castrol определила три переломных момента, которые потребуются электромобилям для решительного сдвига. от их конкурентов по внутреннему сгоранию: радиус действия не менее 300 миль, зарядка всего за полчаса и стоимость не более 36 000 долларов.

Теоретически твердотельные батареи (SSB) могут обеспечить все три.

Есть много разных вариантов. разновидности SSB, но во всех них отсутствует жидкий электролит для перемещения электронов (электричества) между положительным (катод) и отрицательным (анод) электродами. Жидкие электролиты в литий-ионных батареях ограничивают материалы, из которых могут быть сделаны электроды, а также форму и размер батареи. Поскольку жидкие электролиты обычно легко воспламеняются, литий-ионные батареи также склонны к неконтролируемому нагреву и даже взрыву. SSB гораздо менее воспламеняемы и могут использовать металлические электроды или сложные внутренние конструкции, чтобы накапливать больше энергии и перемещать ее быстрее, что дает более высокую мощность и более быструю зарядку.

Игроки

«Если вы проведете вычисления, вы можете получить действительно потрясающие результаты. – сказала Эми Прието, основатель и технический директор твердотельного стартапа Prieto Battery в Колорадо, – сказала в недавнем интервью. «Просто добиться этого на практике очень сложно».

Прието, основавшая свою компанию в 2009 году после карьеры профессора химии, видела, как стартапы SSB приходят и уходят. Только в 2015 году Dyson приобрел стартап Sakti3 в Анн-Арборе, а Bosch купила дочернюю компанию Berkeley Lab SEEO в рамках отдельных проектов развития автомобилей. Обе попытки потерпели неудачу, и с тех пор Дайсон отказался от некоторых патентов Sakti3.

Prieto Battery, чьи стратегические инвесторы включают Intel, Stout Street Capital и Stanley Ventures, венчурное подразделение производителя инструментов Stanley Black & Decker, впервые разработали SSB с внутренней трехмерной архитектурой. это должно обеспечить высокую мощность и хорошую плотность энергии. В настоящее время Prieto ищет финансирование для увеличения производства автомобильных аккумуляторных батарей. Первым клиентом, вероятно, станет производитель электрических пикапов Hercules, чей дебютный автомобиль под названием Alpha должен появиться в 2022 году (Fisker также сообщает, что он разрабатывает 3D SSB для своего дебютного внедорожника Ocean, который, как ожидается, появится в следующем году. .)

Еще одна компания SSB из Колорадо – Solid Power, которая получила инвестиции от производителей автомобилей, включая BMV, Hyundai, Samsung и Ford, после серии A стоимостью 20 миллионов долларов в 2018 году. Solid Power не имеет амбиций производить аккумуляторные блоки или даже элементы. , по словам генерального директора Дуга Кэмпбелла, и делает все возможное, чтобы использовать только стандартные литий-ионные инструменты и процессы.

Когда компания завершит разработку элементов в 2023 или 2024 году, она передаст полномасштабное производство своим партнерам по коммерциализации .

«Это просто снижает барьер для входа, если существующие продюсеры могут принять его с минимальными усилиями», – сказал Кэмпбелл.

QuantumScape, пожалуй, является сегодня самым известным производителем SSB на сцене. Десять лет назад секретный QuantumScape, возникший из Стэнфордского университета, привлек финансирование Билла Гейтса и 300 миллионов долларов от Volkswagen. В ноябре QuantumScape стала публичной через специализированную компанию по приобретению с оценкой в ​​3,3 миллиарда долларов. Затем он вырос в цене более чем в 10 раз после того, как генеральный директор Джагдип Сингх заявил, что решил проблемы с коротким сроком службы и медленной зарядкой, которые преследовали SSB.