Технологии для электрокаров: Как Bosch разрабатывает батарею будущего

Будущее автотранспорта – за электромобилями. Сейчас это не вызывает сомнений уже практически ни у кого. Но широкого распространения они все еще не приобрели по ряду объективных причин, среди которых маленькая сеть заправочных станций и малый запас хода по сравнению с автомобилями на традиционных видах топлива. Поэтому разработка аккумуляторов для электрокаров, которые были бы одновременно и емкими, и достаточно легкими, и при этом еще и достаточно недорогими для запуска их в серийное производство сегодня является одной из самых важных задач в этой сфере.

Компания Bosch занимается исследованиями в области аккумуляторных батарей для электромобилей, которые позволят проезжать большие расстояния без подзарядки, а стоить будут меньше, чем их сегодняшние аналоги. «Исследования наших экспертов играют ключевую роль в развитии электромобильной индустрии», – говорит д-р Михаэль Болле, президент инженерно-исследовательского подразделения Robert Bosch GmbH. К 2020 году батареи Bosch будут способны накапливать вдвое больше энергии, чем сейчас, а стоить будут существенно меньше. Рыночные прогнозы соответствуют ожиданиям Bosch: через 10 лет около 15% автомобилей, выпускаемых во всем мире, будут иметь электродвигатель. Поэтому компания ежегодно инвестирует в индустрию электромобилей более 400 миллионов евро.

Текущие характеристики: большой вес и небольшая плотность энергии

Д-р Торстен Охс, глава научно-исследовательского подразделения в области аккумуляторных технологий в исследовательском центре Bosch в Реннингене, объясняет, что необходимо для прорыва в индустрии батарей: «Чтобы электромобили получили широкое распространение, среднее по размеру транспортное средство должно иметь запас энергии около 50 киловатт-часов». Обычные свинцовые аккумуляторы с таким же запасом энергии будут весить 1,9 тонны, даже без проводки и вспомогательных устройств. Столько же весит и современный седан с пассажирами и грузом. Стандартная 19-килограммовая свинцовая батарея, обеспечивающая запуск двигателя в любом автомобиле, отдает в нагрузку 0,5 киловатт-часа энергии.

Цель: вес – 190 кг, время зарядки – 15 минут

Современные литий-ионные аккумуляторные батареи в этом отношении не имеют равных. На килограмм веса они хранят в 3 раза больше энергии. При весе в 230 кг аккумулятор современного электромобиля обеспечивает от 18 до 30 киловатт-часов. Но чтобы достичь требуемого значения в 50 киловатт-часов, вес батареи должен быть 380-600 кг. Господин Охс и его коллеги по всему миру работают над решением проблемы снижения веса аккумуляторов. Их задача – «упаковать» 50 киловатт-часов энергии в один блок весом 190 кг. Еще одной задачей для специалистов является уменьшение времени зарядки электромобилей. «Наши новые аккумуляторы должны накопить 75% заряда за 15 минут», – отметил господин Охс.

Д-р Торстен Охс и его команда твердо уверены, что развитие литий-ионных технологий позволит достичь этой цели. «Хотя в этой области еще очень много нужно сделать»,– говорит исследователь. Чтобы добиться результатов, его команда в Реннингене плотно сотрудничает с экспертами Bosch в Шанхае и Пало-Альто. Для того чтобы расширить исследования в области литий-ионных технологий, компания Bosch создала Lithium Energy and Power GmbH & Co. – совместное предприятие, соучредителями которого также являются GS Yuasa и Mitsubishi Corporation.

Дорогу электроэнергии дает стартап из Кремниевой долины

«В теории решение простое: чем больше концентрация ионов лития в вашей батарее, тем больше электронов (и, следовательно, энергии) в ней хранится», – говорит д-р Охс. Но сейчас исследователи заняты решением сложной задачи перестройки аккумуляторных ячеек на атомном и молекулярном уровнях. Чтобы ее решить, необходимо уменьшить количество графита в аноде (части батареи с положительным зарядом) или же обойтись и вовсе без графита. Использование лития вместо графита позволит увеличить емкость батареи более чем в 3 раза. Команда доктора Охса уже добилась определенных результатов в решении проблемы замены графита в аккумуляторах другими материалами. Генеральный директор Bosch Фолькмар Деннер недавно представил прототип такого решения на Международном Автосалоне в Германии.

Компания Bosch приобрела Seeo Inc. – стартап из Кремниевой долины, и благодаря этому получила практический опыт в создании твердотельных аккумуляторов. У батарей такого типа есть еще одно преимущество: в них не используется жидкий электролит. Обычные литий-ионные батареи, содержащие электролиты, при определенных условиях могут представлять опасность для пользователей.

Преимущества новых аккумуляторов в разных сферах

Литий-ионные батареи, произведенные по улучшенной технологии, будут эффективно применяться не только в электромобилях, но и в других отраслях производства: смартфоны, лэптопы, планшеты, беспроводная бытовая техника и другие устройства не смогут обойтись без современных, легких и емких аккумуляторов.