Создание ячеек литий-ионных аккумуляторов

В Российской Федерации имеются достаточные компетенции для конструирования тяговых батарей для электротранспортных средств, но в то же время отсутствует производство ячеек литий-ионных аккумуляторов с необходимой удельной энергией и в достаточном объеме. Приоритетная государственная поддержка должна быть ориентирована на развитие этого сегмента ввиду того, что на аккумуляторные системы приходится до 50 процентов стоимости электромобиля.

Аккумуляторная батарея является критическим компонентом электромобиля, и устойчивое производство электротранспортных средств невозможно без наличия собственной технологической цепочки производства, от сырья до конечного изделия. Именно таким путем идут ведущие мировые автопроизводители - BMW, Volkswagen и Tesla. При этом приоритет должен быть отдан разработке и производству батарей на основе наиболее передовых катодных материалов (NMC и LFP) с дифференциацией в зависимости от конкретных областей применения.

В топливном дивизионе Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" акционерным обществом "ТВЭЛ" создан интегратор - общество с ограниченной ответственностью "РЭНЕРА", который занимается развитием и продвижением накопителей энергии для электротранспортных средств. Общество с ограниченной ответственностью "РЭНЕРА" обладает собственным центром научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивает сервисную поддержку своей продукции и предлагает ее в аренду, лизинг и трейд-ин.

В марте 2021 г. общество с ограниченной ответственностью "РЭНЕРА" приобрело 49 процентов акций южнокорейского производителя литий-ионных батарей Enertech International с обязательством по созданию в России производства литий-ионных ячеек и аккумуляторных батарей. Первая очередь завода должна заработать в 2025 году, а к 2030 году его мощность составит не менее 2 ГВт/ч в год. По сбалансированному сценарию при наличии соответствующего спроса производство может быть увеличено в 6 раз.

Государственная корпорация по содействию разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции "Ростех" ведет широкий спектр разработок в сфере электрического автомобильного транспорта, ее разработки применяются в электробусах публичного акционерного общества "КАМАЗ" и электромотоциклах акционерного общества "Концерн "Калашников".

Необходимость проведения в Российской Федерации прикладных технологических разработок и создание производства тяговых аккумуляторов для электротранспортных средств обусловлена, как минимум, следующими причинами:

в нынешнем поколении аккумуляторов типа NMC622 и NMC811 существуют значительные возможности для совершенствования их характеристик;

следующие поколения аккумуляторов (в том числе постлитиевые) не освоить без развертывания опытно-промышленной базы (опытных переналаживаемых линий по производству материалов и ячеек от 0,1 до 0,5 гВт/ч);

в мире активно ведутся работы по низкотемпературным литий-ионным аккумуляторам (способным функционировать при -30 °C и ниже). Наиболее критическим компонентом литий-ионного аккумулятора, чувствительным к низким температурам, является электролит, а деградация аккумулятора, главным образом, происходит в процессе низкотемпературного заряда, поэтому в комплексе электромобиля проблема решается не только электрохимическими методами, но и на инженерном уровне, причем существующими технологиями - системами термостатирования аккумуляторов ("термосов"), пассивным обогревом, активным обогревом (тепловыми насосами или постоянным (переменным) током) при стоянке. Более того, около 70 процентов населения Российской Федерации проживает в климатических поясах, в которых и нынешние технологии позволяют эксплуатировать электротранспортные средства. Адаптация электромобилей под специфику страны является отдельной актуальной технологической задачей на стыке электрохимии и современной инженерии;

по уточненным оценкам Международного энергетического агентства за 2020 год, при сопоставимых условиях выбросы эквивалента углекислого газа на 10-летнем жизненном цикле для электромобиля на батарее составляют 26,2 тонны, для автомобиля на водородных топливных элементах - 27,5 тонны, для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания - 34,3 тонны. Также отметим, что в Российской Федерации нормальная по мировым меркам структура источников генерации даже с учетом отставания по новым возобновляемым источникам энергии (значительная доля природного газа, атомной энергии, гидростанций), поэтому в российских условиях паритет по выбросам электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания наступает уже на 4-й год эксплуатации;

действие эффекта экономии от масштаба существенно на объемах производства до 4 - 6 гВт/ч емкости ячеек в год, а далее оно нивелируется. При условии стратегического подхода к развитию отрасли такая емкость соответствует примерно 80 - 120 тыс. отечественных электромобилей в год, что в 2026 - 2030 годах для российского рынка является реалистичной целевой установкой.

Наконец, необходимо учитывать, что в процессе проектирования современного электромобиля оптимизация осуществляется на всех уровнях проектирования - от материалов для ячеек батарей до организации сборочного пространства. А при высоком мировом спросе на аккумуляторные системы отечественные производители с малым объемом заказов будут обеспечиваться по остаточному принципу.