«Вундервафля в мире накопителей энергии»: твердотельные аккумуляторы от компании TDK
Источник.
На Хабре почти каждый месяц публикуют материалы о новых типах аккумуляторов. Но большинство разработок так и остаются новостями — 99% новинок не становятся реальными технологиями. Часто проблема в том, что это лишь научные изыскания, где главное для автора — само изобретение и статья в авторитетном журнале.
Возможно, сейчас ситуация иная. На днях TDK Corporation объявила новое слово в технологии твердотельных аккумуляторов. Уже 19 лет японский производитель электронных компонентов поставляет литий-ионные аккумуляторы для Apple, а также сотрудничает с другими крупными клиентами, например с корпорацией Samsung. Возможно, именно TDK удастся что-то изменить на рынке накопителей энергии. Подробнее — под катом.
Основные подробности о новинке
Речь идет о новом материале для твердотельных аккумуляторов, разработанном TDK. Он позволяет значительно повысить производительность таких устройств, как беспроводные наушники, слуховые аппараты и смарт-часы. В TDK утверждают, что новый материал обеспечивает плотность энергии 1000 Втч/л — примерно в 100 раз больше, чем у всех прочих моделей твердотельных батарей.
Производитель отмечает, что технология может быть использована в устройствах, которые непосредственно контактируют с телом человека. Новые аккумуляторы будут производиться из керамического материала. Электролит — твердое вещество на основе оксидов, тогда как аноды создаются из литиевого сплава. Эти компоненты обеспечивают высокую безопасность и эффективность. Твердый электролит предотвращает утечки и коррозию, а литиевый сплав увеличивает плотность энергии.
Преимущества аккумуляторов от TDK
- По словам компании оксидные твердые электролиты делают аккумуляторы «чрезвычайно безопасными». Материалы устойчивы к перегреву и утечкам.
- Оксидные электролиты более стабильны и не подвержены разложению.
- Благодаря меньшему размеру, аккумуляторы могут быть использованы в компактных устройствах. Например в беспроводных наушниках, слуховых аппаратах и смарт-часах. Иными словами — в любых устройствах, где каждый миллиметр пространства на счету.
- Увеличенная емкость обеспечивает более продолжительное время работы устройства без частой подзарядки.
TDK Corporation планирует начать производство новых твердотельных батарей под брендом CeraCharge. Процесс производства будет включать разработку конструкции аккумуляторов и пакетов, а также улучшение емкости батарей с использованием многослойной ламинации.
К сожалению, точные сроки начала производства и продаж пока не объявили официально. Но речь идет уже о готовой технологии, которую компания собирается внедрить в реальный производственный цикл.
Безопасность превыше всего
Устройства с аккумулятором от TDK будут максимально безопасными для использования благодаря оксидному твердому электролиту. Они не содержат жидких компонентов, которые могут протекать или испаряться. Риски возгораний минимальны, в отличие от традиционных литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом. Последние не так уж и редко воспламеняются, к тому же тушить их крайне сложно. А вот твердые оксидные электролиты еще и более устойчивы к высоким температурам.
Источник.
Кроме того, в твердотельных аккумуляторах с оксидными электролитами значительно снижен риск образования дендритов — игольчатых наростов лития, которые тоже могут привести к короткому замыканию и возгоранию. В традиционных литий-ионных аккумуляторах дендриты могут пробивать сепараторы и представлять опасность для человека.
Цель TDK — использовать новую технологию для замены существующих батареек-таблеток, обеспечивающих питание портативных устройств. Более того, новые аккумуляторы уже соответствуют регламентам ЕС, требующим замены первичных батарей на перезаряжаемые. Это способствует снижению воздействия на окружающую среду.
Не только TDK
Есть и другие разработки. Профессор Соджин Парк из Корейского института науки и технологий (KAIST) и его команда провели исследования, результаты которых были опубликованы 15 февраля 2024 года в журнале Small. Команда профессора Парк разработала метод создания стабильных твердотельных аккумуляторов с использованием ультратонких литиевых анодов. Эти аккумуляторы показали стабильную электромеханическую производительность, что значительно повышает безопасность и долговечность устройств: от электронных часов до электромобилей.
Ученые из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) под руководством профессора Ли создали многослойный аккумулятор, который предотвращает образование дендритов — наростов лития, которые могут снижать эффективность и безопасность аккумуляторов. Технология многослойного аккумулятора подразумевает, что разные материалы с различной стабильностью расположены между анодом и катодом.
Аккумуляторы, созданные по этой технологии, могут заряжаться всего за 10 минут и сохранять 80% своей емкости после 6000 циклов зарядки-разрядки. Это значительно превышает показатели традиционных литий-ионных аккумуляторов. Технология ученых была лицензирована стартапом из Гарварда, Adden Energy, для коммерческого использования. Adden Energy уже работает над масштабированием технологии и созданием аккумуляторов для электронных устройств.
Источник.
Над усовершенствованием твердотельных аккумуляторов работают не только ученые. Корпорация Toyota несколько лет развивает технологии твердотельных аккумуляторов для электромобилей, пытаясь увеличить дальность пробега до 1200 км и сократить время зарядки до 10 минут. Планируется, что массовое производство начнется в 2027 году.
Южнокорейская Samsung SDI не отстает. Компания представила свою дорожную карту по массовому производству твердотельных аккумуляторов, нацеленных на достижение высокой плотности энергии до 900 Втч/л. Samsung SDI планирует запустить производство в ближайшие годы.
Также над твердотельными аккумуляторами работают тайваньская компания ProLogium, немецкий автоконцерн Volkswagen, нидерландский стартап LionVolt и другие. Все они осознают значительный потенциал твердотельных аккумуляторов для улучшения производительности, безопасности и долговечности как для носимых устройств, так и электромобилей. Вероятно, кто первым сможет выйти на рынок — станет победителем в этой гонке.
