Литий-ионные аккумуляторы играют центральную роль в мире технологий, запитывая все, от смартфонов до умных автомобилей, и один из тех, кто помогал коммерциализировать их, говорит, что у него есть способ сократить расходы на массовое производство на 90% и значительно повысить их безопасность.
Hideaki Horie, ранее принадлежавший Nissan Motor Co., основал в 2018 году в Токио APB Corp. для производства «полностью полимерных батарей» - отсюда и название компании. Ранее в этом году компания получила поддержку от группы японских фирм, в которую входят генеральный подрядчик Obayashi Corp., производитель промышленного оборудования Yokogawa Electric Corp. и производитель углеродного волокна Teijin Ltd.
«Проблема с изготовлением литиевых батарей сейчас заключается в том, что их устройства производят как полупроводники», - сказал Хори в интервью. «Наша цель - сделать его более похожим на производство стали».
Изготовление элемента, базового элемента каждой батареи, является сложным процессом, требующим чистых помещений - с воздушными шлюзами для контроля влажности, постоянной воздушной фильтрацией и высокой точностью для предотвращения загрязнения высокореактивных материалов. Установка может быть настолько дорогой, что горстка лучших игроков, таких как южнокорейская LG Chem Ltd., китайская CATL и японская Panasonic Corp., тратят миллиарды долларов на строительство подходящего завода.
Инновация Horie заключается в замене основных компонентов батареи - электродов с металлическим покрытием и жидких электролитов - на конструкцию из смолы. Он говорит, что такой подход значительно упрощает и ускоряет производство, делая его таким же легким, как «поджаривание тостов». По его словам, он позволяет использовать 10-метровые листы батарей, которые можно укладывать друг на друга «как подушки сидений», чтобы увеличить емкость. Важно отметить, что батареи на основе смолы также устойчивы к возгоранию при проколе.
В марте APB привлекла 8 миллиардов иен (74 миллиона долларов), что является крошечным по общепринятым отраслевым стандартам, но этого будет достаточно, чтобы полностью оборудовать один завод для массового производства, которое планируется запустить в следующем году. Хори подсчитал, что к 2023 году фонды получат его завод в центральной Японии с мощностью 1 гигаватт-час.
Литий-ионные аккумуляторы прошли долгий путь с момента их первой коммерциализации почти три десятилетия назад Они служат дольше, обладают большей мощностью и стоят на 85% дешевле, чем 10 лет назад, и служат тихой рабочей лошадкой, стимулирующей рост смартфонов и планшетов с еще более мощными внутренними компонентами. Но безопасность остается проблемой, и батареи стали причиной пожара во всем - от автомобилей Tesla Inc. до самолетов Boeing Co. Dreamliner и смартфонов Samsung Electronics Co.
«С точки зрения физики, литий-ионная батарея - лучший обогреватель, который когда-либо создавал человечество», - сказал Хори.
В традиционной батарее прокол может создать скачок, измеряющий сотни ампер, в несколько раз превышающий ток, подаваемый в обычный дом. Температура может затем подскочить до 700 градусов по Цельсию. Аккумулятор APB позволяет избежать таких катастрофических условий, используя так называемую биполярную конструкцию, устраняя узкие места в современных источниках питания и позволяя всей поверхности батареи поглощать скачки напряжения.
«Из-за множества инцидентов безопасность была на первом месте в отрасли», - говорит Митали Гупта, старший аналитик по хранению энергии в Wood Mackenzie. «Это может стать прорывом как для хранения, так и для применения на электромобилях, при условии, что компания сможет довольно быстро масштабироваться».
Но технология не лишена своих недостатков. По словам Менахема Андермана, президента калифорнийской компании Total Battery Consulting Inc. Менахема Андермана, полимеры не так электропроводны, как металлы, и это может существенно повлиять на их емкость. Андерман сказал, что сериал, усложняющий управление отдельными, затруднителен. Он также поставил под сомнение, будет ли экономия средств достаточной, чтобы конкурировать с действующими сотрудниками.
«Капитал не убивает стоимость литий-ионной батареи», - сказал Андерман. «Литий-ионный с жидким электролитом останется основным приложением еще 15 лет и более. Она не идеальна и не дешева, но литий-ионная лучше, чем ион лития ».
Хори признает, что APB не может конкурировать с производителями аккумуляторов, которые уже получают выгоду от эффекта масштаба после инвестирования миллиардов. Вместо того, чтобы ориентироваться на «красный океан» автомобильного сектора, APB сначала сосредоточится на стационарных батареях, используемых в зданиях, офисах и электростанциях.
По оценкам Wood Mackenzie, к 2025 году этот рынок будет стоить 100 миллиардов долларов во всем мире, более чем в пять раз больше, чем в прошлом году. Только в США, которые вместе с Китаем станут основным источником увеличения спроса на энергоносители, в этот период, вероятно, увеличится в 10 раз до 7 миллиардов долларов.
Хори, 63 года, начал с литий-ионных батарей в самом их начале. В феврале 1990 года, в начале своей карьеры в Nissan, он начал зарождающиеся исследования в области электрических и гибридных автомобилей. Несколько недель спустя Sony Corp. потрясла индустрию, которая делала ставку на никель-гидридную технологию, объявив о планах коммерциализации альтернативы иону лития. Хори говорит, что он сразу же увидел обещание и призвал обе компании объединить усилия в этом же году.
Однако к 2000 году Nissan отказался от бизнеса по производству аккумуляторов, только что был спасен Renault SA. У Хори был один шанс убедить своего нового босса Карлоса Гон в том, что электромобили того стоят. После 28-минутной презентации явно взволнованный Гон объявил работу Хори важной инвестицией и дал зеленый свет проекту. Лист Nissan стал бы самым продаваемым EV в течение десятилетия.
Хори придумал идею использования полностью полимерной батареи еще в Nissan, но не смог получить институциональную поддержку, чтобы воплотить ее в жизнь. В 2012 году во время учебы в Токийском университете к нему обратилась компания Sanyo Chemical Industries Ltd., известная своими сверхпоглощающими материалами, используемыми в подгузниках. Вместе они разработали первую в мире батарею с использованием проводящего гелевого полимера. В 2018 году Хори основал APB, и Sanyo Chemical стал одним из его первых инвесторов.
По словам Хори, APB уже выстроила своего первого клиента - крупную японскую компанию, чья ниша и продукты с высокой добавленной стоимостью продаются в основном за рубежом. Он отказался предоставить более подробную информацию и заявил, что APB планирует сделать объявление уже в августе.
«Это будет доказательством того, что наши батареи могут быть произведены серийно», - сказал Хори. «Производители аккумуляторов стали сборщиками. Мы возвращаем химию в ведущую роль».