У американского стартапа, обещающего внедрить революционные «батареи будущего», есть два важных отличия от конкурентов. Во-первых, прозрачная технология, защищенная патентами. Во-вторых — опора на уже широко используемые материалы и процессы, пусть и из другой сферы.

Нынешние литий-ионные батареи, требующие долгой зарядки — самое слабое место электромобилей. Однако их дешевизна ставит крест на иных технологиях, по крайней мере в среднесрочной перспективе. Digital Trends рассказывает о стартапе XNRGI, который утверждает, что совершил невозможное: там разработали безопасные, емкие и быстро впитывающие энергию литий-ионные батареи на базе уже широко используемых решений.

Сейчас литий-ионные аккумуляторы разного размера используются повсеместно — от смартфонов до электромобилей. Для их изготовления задействованы огромные мощности, и, тем не менее, эксперты советуют готовиться к неминуемому дефициту при условии сохранения нынешних технологий.

XNRGI утверждает, что нашла выгодный для всех подход — и, в отличие от многих других компаний, там готовы рассказать о нем намного подробнее обычных ссылок на «прорывной техпроцесс» или «революционные материалы». Тем более что и процессы, и материалы компания использует вполне привычные — просто из другой сферы. А их применение для изготовления аккумуляторов защищено рядом патентов.

Основа прорывной батареи Powerchip — обычная кремниевая подложка с пористой структурой, которую десятки лет используют при изготовлении микросхем. Вернее — использовали некоторое время назад. Сейчас техпроцессы шагнули вперед, а вот слишком крупные и толстые для нынешней электроники подложки недавнего прошлого можно использовать для хранения энергии — очень эффективного и безопасного. Их буквально производят по всему миру.

XNRGI утверждает, что, «залив» 12-дюймовую подложку металлом, получает батарею на 1 кВт. Разумеется, это лишь начало истории.

Подложка, изоляционный и металлический слои — все это уже изготавливают для нужд электроники, подчеркивает глава компании Крис Дикуото. Это значит, что для организации производства не нужно строить фабрику полного цикла за миллиарды долларов. Для начала хватит и скромного «сборочного» производства.

Однако потенциальная простота конструкции — лишь одно из преимуществ. В каждой такой 12-дюймовой структуре до 160 млн пор. «Каждая работает словно микроскопическая батарейка», — говорит Дикуото. При этом общая поверхность трехмерной батареи в 70 раз выше, чем у современных двумерных решений. А каждая пора отделена от других, что, во-первых, предотвращает короткое замыкание, а во-вторых, позволяет заряжать батарею в разы быстрее. Аноду батареи пористая структура тоже дает серьезные преимущества.

Дикуото утверждает, что обычно для Li-Ion батарей графит не используется. Заливая пористую основу чистым литием, в XNRGI получают плотность хранения энергии в 10 раз выше.

По расчетам авторов, такой анод может «переварить» за 15 минут достаточно энергии, чтобы зарядиться на 80%. А батарея Powerchip при равном весе обеспечит прирост «дальнобойности» электрокара на 280%, то есть примерно до 1100 км.

Новая технология обеспечивает прорыв и еще в одной сфере: батареи будут не только быстро заряжаться, но и дольше служить. Главная причина естественной деградации после сотен подзарядок — дендриты. Это кристаллические образования, под микроскопом напоминающие ветви растений. Они проникают в катод и разрушают аккумулятор. Опыты показали, что благодаря кремниевым стенкам дендритам сложно распространяться за пределы отдельных пор. А отказ одной микробатарейки-поры не влияет на характеристики аккумулятора, где их миллионы.

Сейчас, помимо частных инвестиций, XNRGI получила деньги от Минэнерго США и выстраивает планы по захвату мира. В 2020 году, обещает Дикуото, батареи Powerchip появятся на скутерах и дронах. К 2022 или 2023 году он надеется предложить решения для электромобилей: их производители, наконец, смогут выбрать, ставить дальнобойную батарею обычного веса или ограничиться обычными 300–400 км, но сэкономить пару центнеров веса. В 2024 году он прогнозирует широкое внедрение.

Стоит отметить, что исследованием в области улучшения характеристик литий-ионных батарей заняты сотни команд по всему миру: аккумулятор нового поколения создают в самой секретной лаборатории Tesla, в США разработали революционный катод, а в Японии — материал для самовосстанавливающихся батарей. На фоне этого обещания XNRGI улучшить абсолютно все характеристики выглядят очень смело. Однако Digital Trends предлагает взглянуть на это с другой стороны: раз уж над этим работают десятки тысяч специалистов, может, не стоит так удивляться, что у кого-то, похоже, получилось.