[В будущем плотность энергии литиевых батарей может достичь 1,5-2 раз большей, чем сейчас, что означает, что батареи станут меньше по размеру.]
[Снижение стоимости литий-ионных батарей составляет максимум от 10% до 30%. Снизить цену вдвое сложно.]
От смартфонов до электромобилей, аккумуляторные технологии постепенно проникают во все аспекты жизни. Так в каком же направлении будет развиваться будущее аккумуляторных технологий и какие изменения они принесут в общество? С учетом этих вопросов, корреспондент First Financial в прошлом месяце взял интервью у Акиры Йошино, японского ученого, получившего в этом году Нобелевскую премию по химии за разработку литий-ионных аккумуляторов.
По мнению Йошино, литий-ионные батареи будут по-прежнему доминировать в аккумуляторной индустрии в ближайшие 10 лет. Развитие новых технологий, таких как искусственный интеллект и Интернет вещей, принесет «немыслимые» изменения в перспективы применения литий-ионных батарей.
Невообразимые перемены
Когда Йошино узнал о термине «портативный», он понял, что обществу нужна новая батарея. В 1983 году в Японии появилась первая в мире литиевая батарея. Йошино Акира создал первый в мире прототип перезаряжаемой литий-ионной батареи и внесет выдающийся вклад в развитие литий-ионных батарей, широко используемых в смартфонах и электромобилях в будущем.
В прошлом месяце Акира Ёсино в эксклюзивном интервью изданию No. 1 Financial Journalist заявил, что после того, как узнал о присуждении ему Нобелевской премии, у него «не возникло никаких особых чувств». «Полные интервью отняли у меня много времени, и я не мог быть слишком рад», — сказал Акира Ёсино. «Но по мере приближения дня вручения награды в декабре, осознание реальности присуждения премии становится всё сильнее».
За последние 30 лет 27 японских ученых или исследователей из Японии были удостоены Нобелевской премии по химии, но только двое из них, включая Акиру Йошино, получили награды как корпоративные исследователи. «В Японии награды, как правило, получают исследователи из научно-исследовательских институтов и университетов, и лишь немногие корпоративные исследователи из промышленности удостаиваются наград», — сказал Акира Йошино изданию First Financial Journalist. Он также подчеркнул ожидания отрасли. Он считает, что в компаниях проводится много исследований нобелевского уровня, но японской промышленности следует улучшить свою работу в области управления и эффективности.
Йошино Акира считает, что развитие новых технологий, таких как искусственный интеллект и Интернет вещей, принесет «немыслимые» изменения в перспективы применения литий-ионных батарей. Например, совершенствование программного обеспечения ускорит процесс проектирования батарей и разработку новых материалов, что может повлиять на использование батареи, позволяя применять ее в оптимальных условиях.
Акира Йошино также очень обеспокоен тем, как его исследования способствуют решению глобальных проблем изменения климата. В интервью изданию First Financial Journalist он заявил, что был награжден по двум причинам. Во-первых, за вклад в развитие интеллектуального мобильного общества; во-вторых, за предоставление важных средств для защиты окружающей среды во всем мире. «Вклад в защиту окружающей среды будет становиться все более очевидным в будущем. В то же время, это также отличная возможность для бизнеса», — сказал Акира Йошино финансовому репортеру.
В ходе лекции в университете Мэйдзё, которую Ёсино Акира прочитал студентам, он заявил, что, учитывая высокие ожидания общественности в отношении использования возобновляемых источников энергии и аккумуляторов в качестве меры противодействия глобальному потеплению, он представит свою собственную информацию, включая размышления по экологическим вопросам.
Кто будет доминировать в аккумуляторной отрасли?
Развитие аккумуляторных технологий положило начало энергетической революции. От смартфонов до электромобилей, аккумуляторные технологии повсеместно распространены, меняя все аспекты жизни людей. Станут ли аккумуляторы в будущем более мощными и недорогими – это повлияет на каждого из нас.
В настоящее время отрасль стремится повысить безопасность батарей, одновременно увеличивая их энергетическую плотность. Улучшение характеристик батарей также способствует борьбе с изменением климата за счет использования возобновляемых источников энергии.
По мнению Йошино, литий-ионные батареи по-прежнему будут доминировать в аккумуляторной индустрии в ближайшие 10 лет, но развитие и внедрение новых технологий также будут способствовать укреплению стоимости и перспектив отрасли. Йошино Акира рассказал First Business News, что плотность энергии литиевых батарей в будущем может достичь 1,5-2 раз большей, чем сейчас, что означает уменьшение размеров батарей. «Это уменьшает количество материала и, следовательно, снижает стоимость, но существенного снижения стоимости материала не произойдет», — сказал он. «Снижение стоимости литий-ионных батарей составит максимум от 10% до 30%. Снизить цену вдвое будет сложнее».
Будут ли электронные устройства заряжаться быстрее в будущем? В ответ Акира Ёсино заявил, что мобильный телефон заряжается за 5-10 минут, чего удалось достичь в лабораторных условиях. Но быстрая зарядка требует высокого напряжения, что повлияет на срок службы батареи. Во многих реальных ситуациях людям может и не понадобиться особенно быстрая зарядка.
Начиная с первых свинцово-кислотных батарей и заканчивая никель-металлгидридными батареями, которые являются основой производства таких японских компаний, как Toyota, и литий-ионными батареями, используемыми в Tesla Roaster в 2008 году, традиционные жидкостные литий-ионные батареи доминировали на рынке силовых батарей в течение десяти лет. В будущем противоречие между плотностью энергии и требованиями безопасности, а также традиционными технологиями литий-ионных батарей будет становиться все более очевидным.
В ответ на эксперименты и разработку твердотельных батарей зарубежными компаниями Акира Йошино сказал: «Я думаю, что твердотельные батареи представляют собой перспективное направление, и в них еще много возможностей для совершенствования. Я надеюсь вскоре увидеть новые достижения».
Он также отметил, что твердотельные батареи по технологии схожи с литий-ионными батареями. «Благодаря усовершенствованию технологий скорость движения литий-ионных батарей в конечном итоге может достичь примерно в 4 раза большей, чем сейчас», — заявил Акира Йошино репортеру First Business News.
Твердотельные батареи — это литий-ионные батареи, использующие твердотельные электролиты. Поскольку твердотельные электролиты заменяют потенциально взрывоопасные органические электролиты в традиционных литий-ионных батареях, это решает две основные проблемы: высокую плотность энергии и высокую безопасность. Использование твердотельных электролитов позволяет батареям, заменяющим электролит, обладать более высокой плотностью энергии, большей мощностью и более длительным временем работы, что является тенденцией развития следующего поколения литий-ионных батарей.
Однако твердотельные батареи также сталкиваются с такими проблемами, как снижение стоимости, повышение безопасности твердых электролитов и поддержание контакта между электродами и электролитами во время зарядки и разрядки. В настоящее время многие мировые автомобильные гиганты вкладывают значительные средства в исследования и разработки твердотельных батарей. Например, Toyota разрабатывает твердотельную батарею, но ее стоимость не разглашается. Научно-исследовательские институты прогнозируют, что к 2030 году мировой спрос на твердотельные батареи приблизится к 500 ГВт·ч.
Профессор Уайтингем, разделивший Нобелевскую премию с Акирой Йошино, заявил, что твердотельные батареи могут стать первыми, которые будут использоваться в малогабаритной электронике, например, в смартфонах. «Потому что в применении к крупномасштабным системам все еще существуют серьезные проблемы», — сказал профессор Уайтингем.
Дата публикации: 16 декабря 2019 г.