Любое электронное устройство с аккумуляторной батареей постепенно разряжается, даже будучи полностью выключенным. Как оказалось, одна из причин тому — удивительный и весьма распространённый производственный дефект, выявленный исследователями из канадского Галифакса.

Источник изображения: Kamil S/unsplash.com

По словам доцента Университета Далхаузи Майкла Метцгера (Michael Metzger), речь идёт о совершенно неожиданном явлении, о котором никто не мог бы подумать. Проблема заключается в использовании крошечных фрагментов пластиковой ленты, используемой для крепления компонентов аккумулятора.

Как известно, аккумуляторы отдают энергию благодаря протекающим в них химическим реакциям. Каждая батарея состоит из анода, катода и электролита (в виде жидкости или пасты/геля). При подключении аккумулятора к гаджетам, электроны движутся по электродам, обеспечивая питанием смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты. Проблемы возникают в случае, если электроны движутся не по электродам/кабелям, а от одного электрода к другому внутри электролита, что и приводит к разрядке без малейшей внешней нагрузки — поэтому заряд теряют даже выключенные устройства.

В поисках идеального аккумулятора исследователи использовали батареи в очень тёплой среде — при 85 градусах по Цельсию — в таких условиях аккумуляторы обычно теряют полезные свойства намного быстрее. В ходе одного из тестов было замечено окрашивание электролита в красный цвет, чего не должно было произойти, поскольку батарея представляет собой замкнутую систему — что-то произошло внутри неё самой.

Источник изображения: Brett Ruskin/CBC

В результате химических анализов выяснилось, что в электролите появились примеси диметилтерефталата (ДМТ), из-за которого и происходила самопроизвольная разрядка аккумуляторов. Оказалось, ДМТ структурно напоминает молекулу полиэтилентерефталата (ПЭТ) — последний используется для выпуска пластиковых бутылок, контейнеров для еды и т.д. А также для соединения компонентов аккумуляторов. Почти микроскопические кусочки пластика проникали в электролит и вызывали химические реакции, а значит постепенную самопроизвольную разрядку АКБ. Примечательно, что данный материал используется производителями аккумуляторов повсеместно.

После того как Метцгер и его команда поделились открытием в ноябре 2022 года, информацией заинтересовались многие производители компьютеров и электротранспорта. По данным учёных, многие компании уже готовы заменять подобные компоненты в своих АКБ во избежание быстрой саморазрядки.

Учёные уже предложили решение — использовать вместо ПЭТ чуть более дорогой, но не менее распространённый материал — полипропилен, применяемый для выпуска более надёжных пластиковых товаров и более устойчивый к химическому воздействию.

Американская General Motors рассматривает переход на использование цилиндрических аккумуляторов в своих электромобилях вместо пакетных вариантов, применяющихся сегодня. Это обещает производителю ряд преимуществ. Аналогичной стратегии либо уже придерживаются другие ведущие автопроизводители, либо готовятся рассмотреть такую возможность.

Источник изображения: General Motors

Известно, что американский автогигант использует пакетные аккумуляторы производства LG Energy Solution. Как сообщает The Elec со ссылкой на отраслевые источники, новый выбор GM и привёл к тому, что строительство совместного с LG нового завода было отменено. Тем временем автоконцерн принимает меры к окончательному переходу на цилиндрические варианты. Ожидается, что они будут внедряться в будущих моделях.

По имеющимся данным, GM намерена выбрать аккумуляторы 4680 — того же типа, что применяются Tesla. По данным издания, их использование рассматривают и другие производители электромобилей вроде BMW, Volvo и Stellantis — считается, что АКБ 4680 лучше подходят для электромобилей в сравнении с другими цилиндрическими версиями.

Известно, что для производителей АКБ процесс выпуска анодов, катодов и сепараторов и упаковка их в цилиндрические корпуса является чрезвычайно простым. При этом цилиндрические аккумуляторы имеют более низкую «плотность энергии» в сравнении с пакетными или призматическими, поскольку при упаковке в большие блоки остаётся довольно много свободного места.

Использование длинных цилиндрических аккумуляторов типа 4680 длиной 80 мм делает их применение более эффективным — при упаковке свободного пространства остаётся меньше. В Tesla этот вариант благодаря специальным доработкам ещё более компактен.

Похоже, в General Motors решили перейти на использование цилиндрических аккумуляторов на фоне растущих в индустрии цен. Цилиндрические АКБ являются старейшим типом, поэтому у производителей уже давно отработаны технологии их изготовления и имеется немало решений для снижения себестоимости производства.

По данным портала Европарламента, его депутаты и Евросовет заключили предварительное соглашение, предусматривающее пересмотр европейских правил, связанных с оборотом аккумуляторов электроники, с учётом «технологического развития и будущих вызовов». Помимо прочего, оно предполагает, что производители смартфонов будут обязаны обеспечить «лёгкий» доступ к АКБ своих гаджетов для быстрой самостоятельной замены элементов питания пользователями.

Источник изображения: insung yoon/unsplash.com

Впрочем, правила касаются всего жизненного цикла батарей, от разработки до утилизации и будут применяться ко всем их типам, продаваемым в Евросоюзе, включая, например, не только АКБ для смартфонов, но и аккумуляторы для машин с ДВС, а также элементы питания для электромобилей.

Стороны пришли к соглашению, согласно которому батареи должны быть более экобезопасными, производительными и надёжными. Обязательно будет декларировать углеродный выброс, связанный с жизненным циклом АКБ, а также появятся специальные требования к маркировке для батарей с ёмкостью более 2 кВт·ч.

Через три с половиной года после вступления правил в силу все портативные аккумуляторы в бытовой электронике должны быть сконструированы таким образом, чтобы «пользователи могли легко извлечь и заменить их самостоятельно».

В декабре 2020 года Еврокомиссия представила предложения, связанные с регулированием оборота батарей и их утилизацией. Предложения предусматривали снижение воздействия на окружающую среду, продвижение «циркулярной экономики» и достижение других целей, тесно связанных с т.н. «Европейским зелёным курсом» и прочими экоиницитативами в Евросоюзе. Новые правила дополняют требования, предписывающие использовать универсальные зарядные устройства USB Type-C для проводной зарядки с 2024 года. В первую очередь последнее правило коснётся европейской версии новых iPhone, поскольку большинство прочих смартфонов и без того используют USB Type-C.

Источник изображения: Mika Baumeister/unsplash.com

Как сообщает ресурс Европарламента, предусматривается информирование потребителей с помощью наклеек и QR-кодов, сообщающих о ёмкости, надёжности, и даже химическом составе аккумуляторов. Ряд типов аккумуляторов ёмкостью выше 2 кВт·ч, а также аккумуляторы для электромобилей должны будут иметь специальные «паспорта», включающие информацию о модели батарей, а также сведения, необходимые для использования определённого типа АКБ.

В соответствии с соглашением к 2023 году необходимо будет собирать 45 % использованных портативных аккумуляторов, к 2027 — 63 %, к 2030 году — 73 %. Предусматривается и нормировка использования восстановленных в результате переработки аккумуляторов кобальта, свинца, лития и никеля в новых изделиях. К 31 декабря 2030 года Еврокомиссия сможет оценить, стоит ли полностью прекратить использование батарей общего назначения, не имеющих возможности перезарядки.

По словам представителей европейских властных структур, впервые принимается закон, охватывающий весь жизненный цикл аккумуляторов, что хорошо как для окружающей среды, так и для экономики. Одной из целей станет строительство в ЕС масштабных мощностей по переработке АКБ, а также конкурентоспособного промышленного сектора в целом. Соответствие новым правилам может стать своеобразным «бенчмарком» для всего мирового рынка аккумуляторов.

Европарламент и Евросовет должны официально одобрить соглашение до того, как оно вступит в силу.

Китайская CATL, являющаяся крупнейшим производителем тяговых аккумуляторов для электромобилей в мире, прогнозирует трёхкратный рост прибыли в июле-сентябре в сравнении с аналогичным кварталом прошлого года. Это связано со стремительным ростом производства в ответ на растущие запросы рынка электромобилей во всём мире.

Источник изображения: CATL

Компания не только является крупнейшим мировым производителем — на её долю приходится более трети всех мировых поставок тяговых аккумуляторов. В частности, она продаёт свои решения таким известным производителям, как Tesla.

Ожидается, что в третьем квартале её прибыль увеличится до $1,23-1,37 млрд с $456,27 млн в соответствующем квартале прошлого года — соответствующие данные компания предоставила в конце понедельника. Ожидается, что чистая прибыль в первые девять месяцев текущего года будет вдвое выше, чем в период годом ранее.

В CATL сообщили, что компания нарастила усилия по расширению рынка для увеличения планировавшихся ранее поставок, значительно увеличились производство и продажи, что помогло сохранить лидирующие позиции на мировом рынке, результатом чего стал быстрый рост прибыли.

Известно, что CATL ускорила экспансию на зарубежные рынки, заключив соглашения на поставку тяговых АКБ ключевым производителям автомобилей, включая Mercedes Benz Group и BMW в Европе, а также Ford Motor Co в США — правительственные субсидии в этих регионах стимулируют рост интереса к электромобилям. В августе CATL сообщила, что будет строить аккумуляторный завод стоимостью $7,6 млрд в Венгрии.

Чтобы компенсировать растущую стоимость сырья для аккумуляторов, CATL приняла особые меры, включая создание долговременных соглашений с поставщиками. Дополнительно производитель занимается переработкой отработанных АКБ и использует «динамическую» схему ценообразования для автопроизводителей.

При этом за текущий год акции CATL упали более чем на 30 %, но поднялись на 4 % во вторник после объявления о росте доходности. В целом китайские производители АКБ с большим отрывом от конкурентов лидируют на рынке. Первое место, по данным SNE Research, уже традиционно занимает CATL, второе два месяца подряд занимает китайская BYD, а в десятку входят и более мелкие китайские производители вроде CALB.

По мере старения смартфонов учащаются и случаи вздутия их аккумуляторов. Хотя в последние годы производители заметно преуспели в решении этой проблемы, похоже, у Samsung дела обстоят не особенно благополучно. Известный блогер с большой коллекцией смартфонов обнаружил массовые вздутия АКБ старых моделей компании.

Источник изображения: Emiliano Cicero/unsplash.com

В своём видео владелец YouTube-канала Mrwhosetheboss — Арун Маини (Arun Maini) подробно рассказал о проблеме. Примечательно, что в коллекции блогера имеются буквально десятки смартфонов разных лет выпуска, поэтому у него была возможность сравнивать Samsung с «поведением» моделей других производителей. Выяснилось, что вздутие АКБ отмечалось как минимум в моделях с Galaxy S6 (2015 год) по Galaxy S10 (2019).

Сначала блогер посчитал, что причиной вздутия стала аномальная жара, царившая летом в Лондоне. Тем не менее позже он заметил, что аккумуляторы в старых iPhone, Pixel и ASUS вполне сохранили работоспособность, хранясь в аналогичных условиях.

Вскоре после того, как Арун рассказал о проблеме в Twitter, с ним связались представители Samsung и забрали устройства на экспертизу. Спустя два месяца никакой информации от компании до сих пор не поступило.

Тем временем Арун получил подтверждение проблемы от популярного YouTube-канала This Is, тоже располагающего большой коллекцией смартфонов, а также от обычных пользователей. Сообщается, что проблема касается буквально всех моделей, выпущенных до Galaxy S20.

По имеющимся данным, речь идёт преимущественно об экземплярах, не использовавшихся долгое время. Старые смартфоны, которые регулярно эксплуатируются, похоже, сохраняют работоспособность. Стоит помнить, что вздутые аккумуляторы ни в коем случае не стоит пытаться заряжать из-за высокой угрозы возгорания — об этом предупреждают сами производители АКБ.

Переход на «зелёную» энергетику способствует трансформации транспорта во всём мире. Как сообщает агентство TrendForce, индустрия транспорта на новых источниках энергии переживает быстрый рост, что ведёт к росту спроса на аккумуляторы. К 2024 году установленная ёмкость тяговых аккумуляторов должна достигнуть «тераваттного» уровня и превысить 3 ТВт·ч к 2030 году, из которых 45 % будет приходиться на продукцию китайских производителей.

Источник изображения: CHUTTERSNAP/unsplash.com

В ответ на рост спроса мировые вендоры расширяют производство. С учётом широкой сферы применения электрохимических источников питания, скорость и масштаб роста выпуска намного превышают предыдущие периоды. По статистике TrendForce, десять ведущих производителей АКБ, включая CATL, LG Energy Solutions, BYD, CALB, Samsung SDI и Panasonic планируют добиться выпуска аккумуляторов (включая тяговые) общей ёмкостью 4,2 ТВт·ч к 2025 году. На долю китайских производителей, лидирующих в данном сегменте, будет приходиться примерно 3,1 ТВт·ч.

Источник изображения: TrendForce

По данным TrendForce, рынок аккумуляторов переживает настоящий бум из-за увеличения парка электромобилей и внедрения электрохимических аккумуляторных энергохранилищ, вызывая дисбаланс спроса и предложения ключевого сырья для выпуска АКБ — лития, кобальта и никеля.

Рост поставок не соответствует потребностям индустрии, ограничивая скорость её развития, что приведёт к росту стоимости производства аккумуляторных батарей в ближайшие годы. В результате производители АКБ и даже электромобилей в последние годы активно инвестируют в добычу минеральных ресурсов, необходимых для выпуска источников энергии.

Источник изображения: TrendForce

Пока трудно ожидать снижения цен на сырьё для производства литий-ионных аккумуляторов, в первую очередь — карбоната лития и гидроксида лития. Но высокая цена лития ускорит расширение рынка натрий-ионных аккумуляторов для энергохранилищ и бюджетных электромобилей. В то же время добывающие и перерабатывающие звенья производственной цепочки увеличивают капиталовложения в добычу лития, кобальта и никеля, что в перспективе поможет решить проблему нехватки традиционных ресурсов.