Battery Show Detroit 2024: «электрички» на стероидах

На прошедшей в Детройте выставке автомобильного электрооборудования были представлены ключевые достижения в области производства электрокаров: обновленные твердотельные батареи, материалы для них и многие другие технологии, которые позволят электромобилям будущего ездить дальше, дешевле и безопаснее.

Как сообщает Motortrend.com, в октябре на выставке Battery Show Detroit 2024, собравшей 19 тыс. посетителей, было продемонстрировано около 1150 самых разных технологий современного «электромобилестроения» – как уже успешно опробованных и использующихся, так и имеющих большие шансы на внедрение. Все они нацелены на улучшение электромобилей.

Как известно, одной из главных проблем «электричек» остается риск возгорания аккумуляторов. Причина кроется в электролитах. При высоких температурах, взаимодействуя с другими веществами, они могут выделять кислород, что затрудняет тушение возгораний.

С этим борются: уже введен стандарт для материалов корпусов батарей, которые должны препятствовать распространению пламени в течение хотя бы 5 минут. Считается, этого времени достаточно для того, чтобы люди успели выбраться из загоревшейся машины.

Несколько стендов Battery Show Detroit 2024 были посвящены именно таким огнестойким материалам с антипиреновыми добавками.

Горит, не горит?

Обычный алюминиевый корпус батареи электрокара толщиной 1 мм при температуре пламени в 1200⁰C прогорает примерно за 20-30 секунд. На выставке был показан 4-мм композитный материал для батарей Nexeo STAMAX от SABI Petchem, который выдерживает адскую температуру в течение 5 минут и уже применяется в электрокарах Lucid.

Кроме того, инженеры разработали тепловой барьер Nagase на основе термостойкой силиконовой резины, который сможет выдерживать до получаса температуру в 1500⁰C – из него предлагается делать кожухи для корпуса аккумулятора. На данный момент эту технологию уже используют в некоторых моделях GM, SAIC и Geely в Китае.

Еще один теплопроводящий материал, NanoTIM, сопротивляется горению (2000⁰C) 20 минут. Этот 2-миллиметровый состав из вспененного силикона с добавками предназначен для использования в качестве сепаратора, устанавливаемого между ячейками аккумуляторов, чтобы предотвращать тепловой разгон от одной ячейки к другой. Он уже используется в авто Hyundai Group.

Абсолютной новинкой среди материалов стал Highland Kelvinite – огнестойкий полипропиленовый композит, который можно модифицировать под любые температуры и время горения, изменяя пропорции его ингредиентов. Уникальность полимера в том, что он не содержит ядовитых галогенидов (соединений фтора, хлора, брома или йода) и хорошо поддается термоформованию.

Новая негорючая «охлаждайка»

Компания Prestone представила на выставке линейку из трех новых охлаждающих жидкостей, предназначенных для электромобилей и авто на топливных элементах. Большинство современных электромобилей используют те же охлаждающие жидкости, что и автомобили с ДВС, имеющие высокую электропроводность.

Это нормально, если антифриз никогда не соприкасается с аккумуляторами, но в случае утечки (например, вследствие аварии), он может попасть на клеммы аккумулятора, что приведет к пожару. Китай уже обязал своих автопроизводителей поэтапно вводить охлаждающие жидкости с низкой электропроводимостью и завершит этот процесс к середине 2026 года.

Показанные на выставке новые «охлаждайки» BEV (Battery Electric Vehicle – электромобиль) имеют в 30 раз более низкую проводимость тока, чем стандартные антифризы, и основаны на силикате или на органической фосфатной кислоте. Температура замерзания у них снижена до -49,5⁰C.

И главное – их можно использовать в любых существующих электромобилях, предварительно слив старую жидкость и промыв систему деионизированной водой. Ожидается, что инновационные жидкости появятся на рынке уже в конце этого года.

Аккумуляторы из отходов нефти? Реально!

Stellantis инвестировала серьезные средства в вывод на рынок литий-серных аккумуляторов Lyten, которые на 20% дешевле в производстве обычных литий-ионных, при этом плотность энергии обеспечивают гораздо выше (до 315 Вт·ч/кг). Ожидается, что к 2030 году их цена упадет еще в 2 раза.

А вот долговечность при глубоком разряде у них пока остается прежней – на уровне 300 циклов (и на уровне 600 – при более низких уровнях разряда). Инженеры обещают улучшить этот показатель к началу массового производства новых батарей.

Компания Zeta Energy из Хьюстона также рекламировала свою конструкцию серных аккумуляторов, близкую к показателям Lyten: плотность 300–450 кВт·ч/кг, но срок службы побольше – 1500 циклов.

В батареях Zeta используют серу, удаляемую на техасских НПЗ из местной нефти. Пилотную производственную линию мощностью 1 МВт·ч для производства супераккумуляторов компания планирует построить в 2025 году.

Натрий-ионные аккумуляторы: не только для сада

Когда-то на натрий-ионные аккумуляторы возлагали большие надежды как на дешевого конкурента литий-ионным, но по ряду причин не сложилось. Тем не менее, отдельные исследователи продолжают работать над их усовершенствованием и их адаптацией к современным транспортным средствам. К примеру, компания Alium Batteries разрабатывает твердотельные Na-Ion аккумуляторы, которые предлагает использовать не только в промышленности или садово-парковом хозяйстве, но и в коммерческих транспортных средствах. Сообщается, что подобные разработки имеются также у компаний CATL и BYD.

Меньше, мощнее, холоднее: прорыв двигателей с осевым потоком

Мощные электродвигатели с осевым потоком обладают более высокой плотностью мощности по сравнению с традиционными радиальными. Компания Torev придумала способ сделать их более доступными, чтобы использовать не только в суперкарах, но и в обычных электромобилях.

Прорыв удался благодаря разработке композитного магнитного материала SMC, использование которого значительно снижает количество необходимых при производстве двигателей редкоземельных материалов, а также уменьшает вихревые токи. Это, в свою очередь, уменьшает нагрев мотора и упрощает его охлаждение.

Прототип двигателя мощностью 200 л. с. имеет КПД в 97,8% (!), компактные размеры – 24 см в диаметре и 17,5 см в длину – и весит всего 35 кг. Разработки Torev привлекли большой интерес OEM-производителей и венчурное финансирование, так что об этих движках мы еще наверняка услышим.

Гениальная «нейтралка»

Компания Amsted Automotive продемонстрировала недавно запатентованное, гениально простое отключение двигателя. В основе новинки – конструктив односторонней муфты, уже используемой в АКПП Honda. Технология работает примерно так же, как ножной тормоз на велосипеде. Когда привод не требуется, электродвигатель может остановиться, и муфта продолжит вращаться на холостом ходу. Подача мощности на двигатель снова мгновенно включит сцепление.

Для рекуперативного торможения или движения задним ходом достаточно просто включить переключатель, который заблокирует сцепление. Это намного проще и плавнее, чем фрикционные муфты отключения, которые используются сейчас.

Непроводящие ток втулки подшипников

Электродвигатели имеют вращающиеся детали и поэтому им не обойтись без подшипников. Однако, когда блуждающий ток шунтирует подшипники, со временем возникает так называемая «электрокоррозия», которая может преждевременно повредить важную деталь.

Решение проблемы – в новом материале под названием Dupont Vespel, непроводящем (изолирующем) композите, который не имеет ни точки плавления, ни точки стеклования (т. е. низкие температуры не делают его хрупким). Его применяют в ракетных двигателях, при создании космических кораблей и самолетов. Теперь, как вы поняли, будут использовать и в автомобилестроении.

Dupont показала на выставке втулки для электромоторов, выполненные из этого материала. Ожидается, что они обеспечат длительный срок службы деталей электромобилей. Внедрение материала Vespel в массовое производство уже активно обсуждается.

Словарь новых слов

Возможно, некоторые слова вы встретили в этой статье впервые. К ним определенно надо привыкать: будущее громко стучит в двери.

Твердотельные батареи – тип аккумуляторов, в которых вместо жидкого электролита используется твердый материал, что делает их более безопасными и долговечными.

Тепловой разгон – процесс, при котором аккумулятор перегревается и может спровоцировать неконтролируемое повышение температуры, что приводит к возгоранию или взрыву.

Антипиреновые добавки – специальные химические вещества, добавляемые в материалы для повышения их огнестойкости.

Сепаратор – изоляционный элемент внутри аккумулятора, который разделяет ячейки и предотвращает короткие замыкания и тепловой разгон.

Термоформование – процесс обработки пластмасс, при котором материал нагревают и формуют в желаемую форму.

Натрий-ионные аккумуляторы – аккумуляторы, использующие натрий вместо лития, предлагаемые как более дешевая альтернатива литий-ионным батареям.

Осевой поток – тип конструкции электродвигателя, где поток магнитного поля направлен вдоль оси вращения, что повышает эффективность и компактность двигателя.

Вихревые токи – электрические токи, возникающие в проводниках при изменении магнитного поля, которые вызывают потерю энергии и нагрев.

SMC (Soft Magnetic Composite) – композитный материал с мягкими магнитными свойствами, уменьшающий потери на вихревые токи в электродвигателях.

Рекуперативное торможение – система, при которой энергия, высвобождающаяся при торможении, возвращается обратно в батарею, повышая ее эффективность.

Электрокоррозия – процесс разрушения металлов или сплавов под воздействием электрического тока, что может приводить к повреждению подшипников и других элементов двигателя.

Dupont Vespel – высокотехнологичный изоляционный композит, устойчивый к экстремальным температурам, используемый для подшипников и других деталей в электромоторах.

Источники: Motortrend.com, Thebatteryshow.com