Полутвердотельные аккумуляторы MG обещают повысить производительность и безопасность

Твердотельные аккумуляторы были Святым Граалем электромобилей в течение многих лет, но так и не приблизились к запуску. И вот, наконец, в этом году должен появиться первый серийный электромобиль. MG4 EV Urban появится на европейском рынке в 2026 году, хотя его аккумулятор не полностью твердотельный, а только полупроводниковый. О чем весь этот шум? На первом Европейском технологическом дне компании главный научный сотрудник MG по аккумуляторным батареям доктор Ли Чжэн объясняет, почему полутвердотельные аккумуляторы обеспечивают еще один шаг вперед для электромобилей.

Почему полутвердотельные батареи?

Твердотельные аккумуляторы оказались в центре внимания, поскольку обещают повышенную плотность, более быструю зарядку и большую безопасность. BMW даже считает, что эта технология может помочь вернуть рынок электромобилей в пользу Европы. Дополнительная плотность может означать увеличение энергоемкости на 30–50% при том же весе или ту же емкость при использовании на 30–50% более легких батарей. Зарядка может быть на 80 % быстрее, а эрозия катода и анода будет меньше, что продлит срок службы. Отсутствие жидких электролитов обещает превосходные характеристики при экстремальных температурах, а меньшая летучесть значительно снижает вероятность возгорания.

Однако MG еще не дошла до полностью твердотельной батареи. Вместо этого его батарея является «полутвердотельной», поскольку электролит только на 95% состоит из твердого вещества. «Это означает, что у нас все еще есть 5% жидкие электроды», — говорит доктор Чжэн. «Но традиционные батареи содержат около 20% жидкости. Мы уменьшили долю лития, потому что меньше лития означает меньше жидкости, для более высоких показателей безопасности». Однако Чжэн утверждает, что оставшиеся 5% жидкости по-прежнему необходимы для обеспечения проводимости твердого тела с катодом и анодом.

Первым автомобилем, выбранным для получения этой технологии, которую MG называет SolidCore, стал MG4 EV Urban, представленный в Великобритании в начале года. Первоначально он был представлен как более дешевый вариант оригинального MG4 EV, но до сих пор MG не объяснила, какое место в линейке вписывается модель с полутвердым аккумулятором. В Китае на автосалоне в Шанхае в 2025 году был представлен MG4 EV Urban с полутвердотельной батареей емкостью 53,95 кВтч и запасом хода 530 км (329 миль). Но это в цикле CLTC, который даже более оптимистичен, чем WLTP. На практике запас хода будет скорее 420 км (262 мили) по WLTP или 350 км (218 миль) по EPA. Тем не менее, MG также обещает «зарядку 2C», позволяющую пополнить заряд на 30–80% за 21 минуту с помощью достаточно быстрого зарядного устройства постоянного тока.

Преимущества производительности от полутвердотельных батарей

Доктор Чжэн перечисляет еще несколько преимуществ. «Отдача электроэнергии будет лучше», — говорит он. «Наряду с более быстрым временем зарядки будут улучшены характеристики при низких температурах, а также ускорение транспортного средства по сравнению с литий-железо-фосфатными батареями (LFP)». Доктор Чжэн объясняет, что полутвердотельные катоды имеют трехмерную шпинельную структуру по сравнению с двухмерной структурой никель-кобальт-марганца (NCM) и одной LFP, что дает батареям SolidCore улучшенные характеристики. Утверждается, что надежность выросла на 20%, скорость зарядки — на 15% при низких температурах, а подача энергии улучшилась на 20% — все по сравнению с нынешней аккумуляторной технологией.

Однако полутвердотельные батареи не требуют какого-либо химического состава. Вместо этого ряд опций может обеспечивать разные характеристики. «Мы использовали оксид лития-марганца (LMO) для MG4 EV Urban», — говорит доктор Чжэн. «Во втором поколении мы добавим немного никеля для замены части марганца, поэтому этот химический состав называется литий-никель-марганцевый оксид (LNMO)». Это еще больше улучшает плотность энергии и производительность зарядки. «В будущем мы будем использовать литий-марганцевую химию (LMR)». Это еще больше увеличит плотность по сравнению с LFP. Как и последний, ни один из этих химических процессов не требует кобальта.

MG планирует использовать наиболее подходящий материал в зависимости от диапазона и стоимости, необходимых для данного автомобиля. Эти химические процессы также позволяют использовать более высокие напряжения, которые изменяют доступную плотность. «Для нашего первого поколения напряжение составляет 3,8 В», — говорит доктор Чжэн. «Второе поколение LNMO составляет около 4,5 В. Если мы увеличим номинальное напряжение для одной ячейки, это означает, что мы сможем использовать меньше лития. Для MG4 EV Urban плотность энергии аналогична LFP, потому что мы ориентируемся на баланс затрат». Однако MG нацелена на плотность энергии 400 Втч на кг в будущих итерациях, где текущие элементы NCM имеют плотность около 300 Втч на кг, а LFP — 160 Втч на кг или меньше. Новые натриево-ионные элементы примерно такие же, хотя и с гораздо лучшими характеристиками при низких температурах и зарядке.

Интересно, что MG не смогла бы перейти на этот химический состав батарей без внедрения полутвердотельной технологии. «Мы все знаем, что батареи LFP имеют очень хороший срок службы, например, 4000 или 5000 циклов зарядки-разрядки», — говорит доктор Чжэн. «Если мы используем LMO в жидкой батарее, срок службы может составить всего 500 циклов, поскольку структура недостаточно стабильна. Однако, если мы будем использовать слой твердого электролита для поддержания стабильности, мы сможем достичь обычных требований для электромобиля, которые составляют более 2000 циклов. По данным нашего тестирования, LMO выдержал около 3000 циклов. Для наших легковых автомобилей этого уже достаточно. Марганцевые материалы могут работать только с полутвердотельными или полностью твердотельными батареями, а не с жидкими».

Будущее полутвердотельных технологий наряду с твердотельными

Хотя поначалу полутвердотельные батареи MG будут сосуществовать с текущими конструкциями LFP и NCM, в долгосрочной перспективе различные версии, вероятно, заменят обе. «Наш LMO заменит LFP, а наш LNMO заменит NCM», — говорит д-р Чжэн. Но он утверждает, что полностью твердотельные батареи также скоро появятся на рынке. «Мы думаем, что в ближайшие 5-10 лет все твердые и полутвердые состояния будут сосуществовать для разных транспортных средств. Для автомобилей высшего уровня нам нужны полностью полупроводниковые автомобили, а для автомобилей массового производства полутвердотельные — отличный выбор из-за хороших характеристик и доступной цены».

На бумаге все это звучит очень многообещающе, но остается вопрос, как это будет продаваться конечным пользователям в Великобритании и ЕС в MG4 EV Urban. Стартовая модель оснащена батареей LFP емкостью 53,9 кВтч, обеспечивающей запас хода по WLTP в 458 миль, в то время как новая версия SolidCore, как ожидается, будет иметь почти идентичную емкость, поэтому больших изменений в запасе хода не произойдет. «Основной особенностью полутвердотельных аккумуляторов является способность работать в холодном климате и более быстрая подача энергии», — говорит доктор Чжэн. «Это также намного безопаснее, чем нынешние аккумуляторы». В действительности, однако, многие покупатели могли бы воспользоваться преимуществами, не зная всех технических подробностей, лежащих в их основе, и того, насколько важными они могут быть для разработки электромобилей.