Беседа с Сюй Ханъюй из Wei Lan New Energy: массовое производство твердотельных батарей может начаться после 2030 года, жидкие, гибридные твердо-жидкие и полностью твердотельные батареи будут долгосрочно сосуществовать

«Широкомасштабное внедрение твердых аккумуляторов, скорее всего, произойдет после 2030 года». Недавно технический директор Beijing Weilan New Energy Technology Co., Ltd. Ху Ханьюй в ходе выставки по технологиям аккумуляторов и энергосбережения в Азии поделился своим прогнозом в интервью газете «Ежедневные экономические новости».

Источник изображения: предоставлено организаторами

За последний год твердые аккумуляторы достигли значительных успехов. В цепочке поставок и производстве решаются вопросы интерфейса твердый-твердый, предлагаются различные решения, включая введение ионов йода в электролит LiPSCl, постоянные итерации оборудования для равномерного прессования, технологии ALD (атомное осаждение из паровой фазы) для модификации интерфейса и др. По мере зрелости технологий и снижения затрат в цепочке поставок, процесс массового производства твердых аккумуляторов может ускориться.

По информации, сейчас твердые аккумуляторы находятся на критическом этапе перехода от лабораторных исследований и малых опытных партий к пилотным серийным образцам.

На взгляд Ху Ханьюя, в настоящее время отрасль в основном решает ряд ключевых вопросов производства твердых элементов. Что касается оборудования, то производители уже способны предоставлять прототипы, однако некоторые этапы требуют дальнейшей доработки. Важной задачей является интеграция всех систем оборудования в единую цепочку. Также снижение стоимости сырья и накопление опыта масштабного производства требуют времени и практических усилий со стороны всех участников цепочки.

«Некоторые сегменты, такие как интеллектуальные системы, медицинская электроника, менее чувствительны к стоимости и могут быть первыми, кто начнет применять твердые аккумуляторы. Массовая индустриализация твердых аккумуляторов зависит от их характеристик, стоимости и рыночных условий. Пока что это лишь предварительные оценки, и успех зависит от совместных усилий всей отрасли», — отметил Ху Ханьюй.

Основной путь — «оксиды + полимеры»

Твердый электролит — ключевой материал для твердых аккумуляторов. В зависимости от состава выделяют сульфиды, оксиды, полимеры, галогениды, нитриды и другие типы твердых электролитов. На базе различных материалов разрабатываются разные технологические направления.

Обсуждая преимущества и недостатки различных технологий, Ху Ханьюй считает, что сульфидные электролиты обладают самой высокой ионной проводимостью, что дает преимущества в мощности и скорости заряда. Теоретически, такие аккумуляторы показывают лучшие показатели в целом, однако стоимость чистого сульфида лития очень высока, а технологические процессы отличаются от традиционных жидкостных батарей, требуют специального оборудования и имеют высокие начальные издержки.

«Технология на основе полимеров и оксидов, а также других неорганических электролитов, предполагает объединение преимуществ этих материалов. Хотя ионная проводимость полимерных электролитов при комнатной температуре уступает традиционным жидким, их преимущества — легкий вес и гибкость — облегчают решение проблем интерфейса твердый-твердый», — пояснил Ху Ханьюй.

Также он отметил, что полимерные электролиты в стоимости имеют определенное преимущество. «Несмотря на то, что в начале стоимость полимерных и оксидных электролитов была высокой, с развитием технологий и расширением производства их цены значительно снизились. С точки зрения стоимости, композитные электролиты на основе полимеров обладают конкурентными преимуществами», — добавил он.

По информации, компания Weilan New Energy в основном использует путь «оксиды + полимеры» для разработки твердых аккумуляторов. Для решения проблем контакта интерфейса применена технология «внутреннего твердофазного осаждения», которая обеспечивает атомарный контакт между слоями.

Источник изображения: официальный микроблог Weilan New Energy

Ху Ханьюй сообщил: «Мы также ведем разработки сульфидных твердых аккумуляторов и создали дочернюю компанию в Шэньчжэне — Zhongke Chaoneng, которая занимается их разработкой и уже обладает возможностями пилотных испытаний».

Кроме того, Weilan New Energy работает и в области гибридных твердо-жидких аккумуляторов. «Наши гибридные аккумуляторы сочетают оксидные и полимерные электролиты с традиционными жидкими электролитами. С 2020 года такие аккумуляторы начали применяться в области беспилотных летательных аппаратов, электромобилей (например, NIO ET7, ES6 и другие модели с заменой батареи), новых систем хранения энергии», — рассказал Ху Ханьюй.

Пока что — не условия для коммерциализации

На сегодняшний день стоимость гибридных твердо-жидких аккумуляторов выше, чем у традиционных литий-ионных. Однако большинство экспертов считают, что стоимость таких батарей будет снижаться по аналогии с историей развития литий-ионных аккумуляторов.

«Ранее стоимость оксидных и полимерных электролитов, а также новых анодных и катодных материалов (например, сверхвысокоемкие никелевые катоды 9-й серии, наносиликоновые аноды) была высокой из-за ограниченного объема производства и применения в узком сегменте — например, в беспилотных летательных аппаратах и элитных мотоциклах. Сейчас, благодаря массовому выпуску, объемы выросли, и стоимость значительно снизилась», — отметил Ху Ханьюй. Он добавил: «Стоимость электролитов продолжает снижаться, новые материалы анодов и катодов дешевеют, а повышенная производственная эффективность позволяет снижать общие издержки. В области хранения энергии наши гибридные аккумуляторы на базе литий-железофосфатных катодов и графитовых анодов уже очень близки по стоимости к традиционным жидким батареям».

Он также признал, что «масштаб производства гибридных аккумуляторов пока невелик, и большинство компаний, включая нашу, значительно уступают гигантам, таким как CATL и BYD, по объему и ценам. Однако по мере расширения производства и снижения затрат, путь к снижению стоимости становится ясным».

Что касается стоимости, Ху Ханьюй считает, что развитие цепочки поставок и технологий для твердых аккумуляторов еще требует времени. В настоящее время технология еще не достигла стадии массового производства, и пока что невозможно точно оценить себестоимость на масштабных сериях. «Например, для рынка электромобилей, если использовать только для демонстрационных целей (например, для проверки в сборочных линиях), возможно, к 2027 году удастся реализовать. Но для полноценного коммерческого внедрения потребуется гораздо больше времени», — отметил он. По его мнению, хотя технически уже есть возможность создавать твердые аккумуляторы, их текущие характеристики и стоимость при существующих материалах и оборудовании еще не конкурентоспособны. Поэтому в настоящее время твердые аккумуляторы не готовы к коммерческому массовому производству.

«Жидкие, гибридные и твердые аккумуляторы — сосуществование в будущем»

Некоторые эксперты считают, что массовое производство твердых аккумуляторов рано или поздно станет реальностью, а гибридные аккумуляторы — лишь переходная стадия. Исходя из этого, некоторые компании выбирают сразу разработку твердых аккумуляторов, обходя стадию гибридных.

На это Ху Ханьюй ответил, что такой подход позволяет сосредоточиться на конкретной цели и выбрать ясную стратегию. Это кажется эффективным «одним махом», избегая лишних ошибок. Однако с точки зрения индустриализации, постепенный путь, выбранный многими отечественными компаниями, тоже имеет свои преимущества.

«Например, Weilan с 2016 года пошла по пути постепенного перехода от гибридных к полностью твердым аккумуляторам, что обусловлено осторожностью в управлении затратами и зрелостью цепочки. Без опыта в гибридных аккумуляторах было бы сложно сейчас добиться такого уровня доверия и инвестиций в полностью твердые батареи. Вспомните, что десять лет назад очень мало компаний в Китае заявляли о планах по промышленной реализации твердых аккумуляторов», — отметил он.

Источник изображения: официальный микроблог Weilan New Energy

Ху Ханьюй добавил, что с точки зрения цепочки поставок, твердые аккумуляторы могут унаследовать множество технологий и материалов, разработанных для гибридных аккумуляторов. «В части электролитов — оксиды и полимеры, а также связанные с ними технологии, уже развиты на стадии гибридных батарей. Также развиваются и материалы для анодов, такие как кремнийсодержащие, и их связующие компоненты», — пояснил он.

«Что касается катодных материалов, то новые высокоемкие материалы, такие как сверхвысокоемкий никель 9-й серии, развиваются вместе с рынками беспилотных летательных аппаратов, элитных электромобилей и гибридных батарей, что способствует их масштабированию и снижению стоимости», — добавил Ху Ханьюй. Он подчеркнул, что постепенное накопление технологий и материалов создает необходимую основу для окончательного внедрения твердых аккумуляторов.

Ху Ханьюй также признал, что перед коммерциализацией твердых аккумуляторов их характеристики и стоимость еще остаются неопределенными. В сравнении с этим, гибридные аккумуляторы уже достаточно развиты и показывают преимущества в определенных сегментах, создавая эффективную дифференциацию. «В будущем, скорее всего, будет долгосрочное сосуществование трех технологий: жидких, гибридных и твердых аккумуляторов. Каждая из них будет занимать свою нишу, в зависимости от требований к энергоемкости, мощности и безопасности. Например, для крупной авиации, где важны максимальная плотность энергии и безопасность, традиционные батареи или гибридные еще не смогут полностью заменить твердые», — отметил он.