BYD розкрила перші подробиці про нову лезоподібну акумуляторну батарею

Blade Battery — це тип інноваційної літій-залізо-фосфатної (LiFePO₄) батареї, розроблений китайською компанією BYD (Build Your Dreams). У цій батареї компанія упакувала недорогу хімію LFP таким чином, що батареї досягають великої дальності ходу. Нове покоління акумуляторів Blade буде випущено на ринок у 2025 році. Воно буде ще дешевшим і матиме оптимізовану щільність енергії. Назва “Blade” походить від форми елементів батареї — довгих і тонких модулів, які розташовані поруч один з одним для створення батарейного блоку. Така конструкція дозволяє покращити щільність енергії на рівні пакету та зменшити розміри.

Китайська компанія BYD Group наразі стрясає вітчизняний ринок електромобілів своїми лезоподібними акумуляторами. Зараз китайці анонсують нове покоління спеціальної технології LFP.

Конструкція акумулятора в деталях

На відміну від звичайних літій-іонних тягових батарей для електромобілів, в основі яких лежить так звана хімія NMC (що розшифровується як нікель, марганець і кобальт), LFP-елементи взагалі не потребують цих рідкісних і критично важливих матеріалів. Замість них використовується літій-залізо-фосфат – звідси й абревіатура LFP. Досі надзвичайно довговічні та надійні LFP-акумулятори були в невигідному становищі, особливо з точки зору щільності енергії. Це змінюється з подальшим розвитком технології лез.

BYD упаковує 155 шарів фольги в алюмінієвий корпус шириною 96 сантиметрів, висотою 13,5 сантиметрів і товщиною всього 1,6 сантиметра, включаючи 38 катодних фольг, 39 з нанесеним анодним матеріалом (переважно графіт) і 78 шарів ізоляції. Акумуляторна батарея першої моделі BYD Han містить 175 таких «лез», які розташовані вертикально, так що при погляді зверху батарея трохи нагадує мокру бритву – звідси і назва.

Новий, коротший формат: Short Blade (коротке лезо)

Тим часом портал CarNewsChina повідомляє, що компанія BYD працює над впровадженням двох нових варіантів лезоподібної батареї. Перший варіант, як кажуть, буде короткого формату з щільністю енергії 160 Вт-год/кг. Для порівняння, нинішні лезоподібні батареї мають пікову щільність енергії близько 150 Вт-год/кг. Нові батареї також можуть працювати зі швидкістю заряду 8C і максимальною швидкістю розряду 16C. Таким чином, батарея ємністю 50 кВт-год теоретично може заряджатися при 400 кВт і розряджатися при 800 кВт.

Ціни на батареї з короткими лезами будуть на тому ж рівні, що й на попередні моделі. З іншого боку, очікується, що версія з вищою щільністю енергії коштуватиме на 15 відсотків дешевше, ніж нинішнє покоління. Йдеться про версію нового покоління з подовженим форматом леза. У цьому випадку батарея навіть повинна мати щільність енергії до 210 Вт-год/кг, а також швидкість зарядки 3С і швидкість розрядки 8С.

Довідка

C-рейтинг (C-Rate) – це коефіцієнт, що вказує на швидкість зарядки або розрядки акумулятора відносно його номінальної ємності.

Наприклад, якщо ємність батареї становить 1000 мА·год (1 А·год):

• • • • 1C означає зарядку або розрядку струмом 1 А (тобто вся батарея заряджається або розряджається за 1 годину).
      • 2C означає струм у 2 А (батарея заряджається або розряджається за 30 хвилин).
      • 0.5C означає струм у 0.5 А (батарея заряджається або розряджається за 2 години).

Швидкість зарядки 3C:

• • • Це швидкість зарядки в три рази вища за номінальну ємність батареї.
    • Наприклад, батарея на 1000 мА·год заряджається струмом 3 А, і повна зарядка триватиме близько 20 хвилин.

Швидкість розрядки 8C:

• • • Це швидкість розрядки вісім разів вища за номінальну ємність батареї.
    • Наприклад, батарея на 1000 мА·год розряджається струмом 8 А, і вона розрядиться повністю приблизно за 7.5 хвилин.

Хороша щільність енергії зі сприятливою хімією

Спеціальна конструкція – це трюк, за допомогою якого BYD змогла досягти достатньої щільності енергії для автомобілів, хоча сам хімічний склад елементів значно поступається звичайним літій-нікель-марганцево-кобальтовим (Li-NMC) батареям. Це пов’язано з тим, що BYD використовує літій-залізо-фосфат (LFP) для тягових батарей. Цей матеріал менш схильний до теплового випромінювання, тобто батареї мають менший ризик пожежі, що робить їх особливо придатними для домашніх сховищ, де щільність енергії менш важлива. BYD підкреслює, що акумуляторна батарея – єдина, яка витримує випробування цвяхом. У цьому тесті елемент пробивають цвяхом. У той час як призматичний Li-NMC-елемент практично вибухає, тест з лезовим акумулятором не вражає – нічого не відбувається.

Це, безумовно, вражає, навіть незважаючи на те, що ще в 2018 році експерт зазначив, що тест був недостатньо переконливим, щоб показати відмінності, принаймні в межах суворо попередньо відібраних комірок. Але цвях створює внутрішнє коротке замикання з початково дуже високим струмом. Там, куди входить цвях, створюється гаряча точка, і легкозаймистий електроліт виходить через місце проколу. Деякі елементи повільно охолоджуються, тоді як інші горять, поки не відбудеться тепловий удар, який важко загасити і який може статися з великою затримкою. BYD стверджує, що, в принципі, акумуляторні батареї з лезами також можуть загорітися, але з меншою ймовірністю – і особливо не під час тесту з цвяхами.

Довговічніші, менш чутливі до температури

Окрім безпеки, LFP має й інші переваги: BYD обіцяє, що навіть після 3 000 циклів ємність становитиме 90% і більше, а температурна чутливість значно нижча, ніж у Li-NMC. BYD стверджує, що лезова батарея добре працює в діапазоні температур від -35 до +55 градусів Цельсія. Однак головною перевагою, швидше за все, буде вартість: фосфат заліза можна отримати дешево, в той час як літій і, особливо, нікель і марганець є в обмеженій кількості.

Натрієві батареї ще дешевші у виробництві і навіть не потребують літію. BYD не може ігнорувати це: дочірня компанія BYD Findreams заснувала спільне підприємство з Huaihai Holding Group для створення виробництва натрій-іонних акумуляторів у місті Сюйчжоу в провінції Цзянсу. За повідомленнями ЗМІ, дві компанії підписали угоду про стратегічне співробітництво в Шеньчжені 8 червня 2023 року.

Експертиза у виробництві елементів, яку можна передати від NMC

Досягненням BYD є розробка структури лезової батареї, яку китайці вже використовують на наступному етапі процесу cell-to-body, тобто встановлення її безпосередньо в кузов транспортного засобу, як це анонсувала, наприклад, BMW для платформи “Новий клас“. Однак це станеться не раніше 2025 року з особливо великими круглими елементами від CATL, і ми продовжуватимемо покладатися на NMC – добре для щільності енергії, погано для вартості.

З точки зору виробництва, китайці змогли використати свій досвід роботи з Li-NMC, оскільки виробничий процес, здається, не дуже відрізняється. У цьому можна переконатися, відвідавши гігафабрику BYD. Етапи виробництва батареї – це, як завжди, змішування суспензії для анода і катода, покриття фольги, яку потім кілька разів пресують і сушать.

Фахівці постійно контролюють результати за допомогою чутливих датчиків і вимірювальних приладів. Потім машини розрізають фольгу за розміром. Вони зварюються в кілька етапів, але корпус леза залишається відкритим до кінця, оскільки електроліт все ще має впорскуватися під високим тиском, а його розчинник має випаровуватися під час подальшого сушіння. Сушильні печі вимагають найбільше електроенергії під час виробництва акумуляторів. На заводі BYD вона надходить з місцевої електромережі, тому викиди CO₂ від виробництва лезових акумуляторів практично однакові – виробництво електроенергії з відновлюваних джерел залишається центральним завданням для будь-якого типу виробництва акумуляторів.

Гігафабрика – попереду європейських автовиробників

Завод BYD Gigafactory розташований у Чунціні, за дві години польоту на північний захід від Шеньчженя. Неподалік від центру міста компанія BYD розпочала будівництво своєї гігафабрики 24 лютого 2019 року. Як повідомляється, це зайняло лише рік. За даними компанії, вона інвестувала в проект три мільярди євро. Час будівництва особливо вражає, якщо врахувати розміри об’єкта: 17 000 співробітників, у тому числі 7 000 інженерів, працюють і живуть тут на площі в 22 квадратних кілометри – BYD також побудувала житло.

Завдяки своїм розробникам з Findreams компанія BYD стверджує, що має 8 000 патентів лише в секторі акумуляторів, і 5 000 з них вона вже видала. Завод випускає батареї потужністю 22 ГВт-год на рік і 90 000 елементів на день у дві-три зміни – шість днів на тиждень. Що стосується BYD Han, це означає 500 акумуляторних блоків на день.