Батарея, которая обеспечивает пробег электроавтомобиля в миллион миль без замены батареи – вот главная идея недавно опубликованного патент от Tesla. Предложено использовать многочисленные электролитные добавки для увеличения долговечности и производительности литий-ионных элементов. Удобство, производительность и долговечность - три вещи, на которые нацелены продукты Tesla.
Количество электроавтомобилей стремительно увеличиваетя, поскольку с одной стороны, автопроизводители, такие как Toyota, BMW и Volkswagen, революционизируют свой парк, постепенно внедряя гибридные и полностью электрические транспортные средства. С другой стороны, государства проводят агрессивные стратегии по декарбонизации транспортного сектора. Например, к 2025 году Китай установил целевой показатель в 7 миллионов электромобилей, Европейская комиссия недавно предложила законодательный пакет, поощряющий использование электромобилей, а такие государства-члены, как Франция и Великобритания, объявили об окончании продажи бензина для автомобилей к 2040 году.
Li-Ion на сегодняшней день, является доминирующей технологией для батарей, и, вероятно, так будет и в ближайшем будущем. Это связано с хорошими характеристиками батареи (особенно высокой плотностью энергии), а также уровнем технологического развития и эффектом масштаба, что делает его гораздо более конкурентоспособным, чем альтернативные технологии.
При создании новых моделей электромобилей Tesla особое внимание уделяет совершенствованию известных и разработке перспективных аккумуляторных батарей.
Новый патент Tesla
Tesla представила патент на «Диоксазолоны и нитрильные сульфиты в качестве электролитных добавок для литий-ионных аккумуляторов». Патент направлен на улучшение систем аккумуляторных батарей компании путем корректировки химического состава элементов.
«Для дальнейшего прогресса в применении электромобилей и систем хранения энергии от сети желательно разработать химию литий-ионных элементов, которая обеспечивает более длительный срок службы при высоких температурах и высоких напряжениях элементов без значительного увеличения стоимости», - говорится в новой заявке на патент Tesla. Компания утверждает, что ни один из существующих патентов или исследований не соответствует системе с двумя добавками, которую она хочет запатентовать. Тесла также заявляет, что описываемая технология может быть распространена не только на литий-ионные аккумуляторы.
В патенте утверждается, что добавление электролитных добавок, таких как литиевая соль, может значительно улучшить долговечность и производительность аккумуляторных систем в сочетании с неводным раствором. Неводный раствор не включает воду в качестве растворителя, а использует иную жидкость.
Для дальнейшего прогресса в применении электромобилей и систем хранения энергии в сети желательно разработать химию на литиево-ионных элементах с более длительным сроком службы при высоких температурах и высоких напряжениях элемента, без значительного увеличения стоимости. Введение электролитных добавок порядка нескольких массовых процентов является практическим способом формирования защитных межфазных слоев твердого электролита (SEI), которые ограничивают разложение электролита во время хранения и эксплуатации элемента. В последние годы значительные усилия позволили получить большое количество таких добавок, которые можно использовать для улучшения характеристик для различных применений. Примерами являются виниленкарбонат (VC), фторэтиленкарбонат (FEC), пропен-1,3-султон (PES), этиленсульфат (1,3,2-диоксатиолан-2, 2-диоксид, DTD) и дифторфосфат лития (LFO)
Идея состоит в том, что Тесла экспериментирует с комбинациями двух известных добавок в десятках комбинаций процентов, чтобы найти высокоэффективные формулы с двумя добавками. Патент сфокусирован на диоксазолонах и нитрильных сульфитах, но в заявке указывается, что мало что известно о том, как эти и другие добавки работают вместе и в определенных типах литий-ионных батарей. «В некоторых случаях идентичность некоторых систем основана на пробах и ошибках и не может быть предсказана заранее», - говорится в патенте.
Патент подробно описывает выбор добавок-кандидатов из одной из трех групп на основе химического состава и смешивание их в различных процентах от 0,01 до 2,0%. Не ясно, будет ли вообще такой патентоспособный подход к патентам - это всего лишь приложение Tesla. Но само приложение может быть заявлением. В прошлом Tesla публично обнародовала свои патенты как способ увеличения инноваций на рынке электромобилей. Данная патентная заявка представляет собой дорожную карту для экспериментов по комбинированию добавок для увеличения срока службы батареи.
Тесла признает, что повышенные температуры вредны для срока службы аккумуляторной системы. В предыдущем патенте Tesla описал систему охлаждения, которая может привести к созданию системам накопления энергии с более длительным периодом использования. Хотя нагревание неизбежно, поскольку оно является ключевым фактором при использовании литий-ионных аккумуляторов, особенно когда владельцы автомобилей Tesla работают в рабочих режимах, инженеры понимают, что растворители могут обеспечить повышение производительности и срока службы без значительного увеличения затрат.
В некотором смысле, значительная часть лидерства Tesla в области электромобилей заключается в батареях компании, или, более конкретно, в химическом составе клеток. Именно эти факторы позволяют Tesla максимизировать аккумуляторные батареи своих транспортных средств, и это является основной причиной, по которой модель S Long Range способна проехать 373 мили за одну зарядку с аккумулятором 100 кВт-ч, и почему Porsche Taycan может проехать только 201 милю за зарядку на упаковке, которая почти такая же большая. Полученный патент подтверждает, что Tesla продолжает работать над улучшением своих батарей, что позволяет компании сохранить или даже приумножить свое лидерство в сегменте электромобилей.
На Дне автономии Tesla в апреле 2019 года Элон Маск пообещал владельцам, что компания скоро обеспечит свои автомобили батареями, которые могут использоваться при пробеге протяженностью более одного миллиона миль в течение всего срока службы автомобиля
Ключевым моментом в заявлении Tesla является «электромобили и хранение энергии в сети», что указывает на то, что основатель и генеральный директор Элон Маск намерен продолжать работать над такими важными идеями, как хранение энергии, полученной от солнца.
