Ниобий: химическое вещество, которое поможет зарядить ваш электромобиль за считанные минуты

В промышленной зоне к югу от исторического университетского города Кембридж исследователи из компании Echion Technologies ищут идеальную формулу для быстрой зарядки автомобильных аккумуляторов.

Учитывая, что многие правительства ставят перед собой конечную цель свести к нулю выбросы углекислого газа, такое изобретение было бы очень своевременным.

Электромобили уже способны преодолевать большие расстояния — запас хода в 322 километра не является чем-то необычным, — но многим из них для полной зарядки требуются часы работы от сети.

Возможность достичь этого менее чем за час сделает поездки по пересеченной местности более осуществимыми, что сделает электромобиль более заманчивой перспективой для потребителей.

Более быстрая зарядка также может повысить производительность электрических автобусов или грузовых фургонов, позволяя больше времени проводить в дороге и меньше времени на подключение к электросети.

Аккумуляторы, которые можно быстро заряжать, также могут облегчить использование электропоездов без установки дорогостоящей инфраструктуры электрификации, такой как оборудование воздушных линий электропередачи.

Штаб-квартира Echion в Состоне недалеко от Кембриджа на юго-востоке Англии. Фото: Дэниел Бардсли / The National

Работа в штаб-квартире Echion Technologies на юго-востоке Англии сосредоточена на химическом элементе, о котором многие люди никогда не слышали: ниобии.

Несмотря на свою скромность, ниобий был в поле зрения как потенциальный материал для анодов литий-ионных батарей — материала в литий-ионной батарее, который получает ионы лития — с 1980-х годов.

Многочисленные фирмы по всему миру исследуют возможность его использования, поэтому этот металл, иногда встречающийся в нержавеющей стали, может сыграть значительную роль в переходе на электрический транспорт.

«Работа, проделанная ранее, была отправной точкой. Она не была оптимизирована для коммерческого использования», — говорит Бенджамин Тинг, коммерческий директор Echion Technologies.

«Целью компании Echion было найти оптимальный материал для использования в качестве анода батареи, пригодный для использования на массовом рынке».

Как и многие другие исследования и разработки, эти усилия являются не чем иным, как кропотливыми: за последние несколько лет Echion Technologies проверила около 1000 потенциальных материалов для анодов на основе ниобия и выбрала «очень узкую часть».

Сотрудники исследований и разработок, которые в общей сложности составляют около двух третей от более чем 30 сотрудников компании, производят порошки, содержащие смеси химических веществ в различных пропорциях, которые синтезируются в печи.

Затем порошок смешивают с чернилами и проверяют, насколько хорошо они покрывают фольгу и становятся электродами.

Полученные электроды испытываются в десятках маленьких монетообразных батареек, каждая из которых внешне похожа на батарейки, используемые, скажем, в пультах дистанционного управления телевизорами или в устройствах считывания банковских карт.

«Наши результаты на уровне монет побудили ряд крупных производителей аккумуляторов начать разработку коммерческих форматов с использованием нашего материала», — сказал г-н Тинг.

Оптимизация производительности аккумулятора предполагает манипулирование несколькими переменными. Ключевыми среди них являются скорость заряда, плотность энергии, плотность мощности, рабочая температура, количество циклов зарядки и разрядки, в течение которых может работать аккумулятор, а также его безопасность и экологичность.

Оптимизация скорости заряда и плотности энергии имеет особое значение, поскольку батареи с более быстрой зарядкой часто имеют более низкую плотность энергии.

«Часто, если вы попытаетесь оптимизировать одно, вы увидите компромисс в других», — сказал г-н Тинг, дипломированный австралийский инженер. «Мы говорим, что предлагаем лучший баланс».

Создание чего-то жизнеспособного в качестве продукта массового производства — это «большой шаг» от поиска материала, который хорошо работает в лаборатории. Но компания спокойно уверена, что разработала анодный материал, который может найти применение на рынке.

«Мы не говорим, что мы меняем правила игры, но нам нравится думать, что мы сможем изменить ситуацию в ряде крупных отраслей», - говорит г-н Тинг. «Мы прагматичны, что придает уверенности тем, кто хочет использовать любой новый материал для батарей, поскольку это долгосрочные инвестиции и обязательства».