Европейские аккумуляторы не позволяют работать на больших расстояниях и очень дороги. Что мы делаем не так? Исследователь объясняет, что лучше работает в Китае.
В исследовательском центре аккумуляторов MEET в Мюнстере аспирант работает над дальнейшей разработкой дорогих литий-ионных аккумуляторов.
Немецкие электромобили слишком дороги и ездят недостаточно далеко. В основном это связано с устаревшими и дорогими батареями. И последнее правительство Меркель, и распавшаяся светофорная коалиция (коалиция Шольца) инвестировали миллиарды евро в создание собственного производства аккумуляторов в Европе. ЕС также принимает значительное участие в постоянном субсидировании.
Однако компании, которые должны разрабатывать эти более емкие батареи в Европе, либо имеют большие долги, как, например, шведская компания Northvolt, либо пока не могут обеспечить надежные и экономически эффективные объемы поставок. Европейские продукты еще недостаточно развиты. Что делает китайскую батарею намного дешевле и лучше немецкой? И почему эту технологию так сильно проспали в нашей стране (Германии)?
Volkswagen остается крупнейшим продавцом автомобилей в мире – пока!
Volkswagen по-прежнему остается крупнейшим автопроизводителем в мире по объему продаж автомобилей и обороту компании. Однако господство немецких двигателей внутреннего сгорания грозит пошатнуться. Рекордное падение прибыли, закрытие заводов, 120 000 рабочих мест под угрозой и трудности у немецких поставщиков подчеркивают кризис.
Тем временем китайские производители электромобилей, такие как BYD и MG, пробивают себе дорогу на рынок с доступными электромобилями. Несмотря на то, что продажи в этом году еще не очень хорошо стартовали, BYD планирует построить гигафабрику в Европе, чтобы избежать пошлин на автомобили в ЕС. Бренд уже поставляет свои автомобили на немецкий рынок, получая прибыль - за десять месяцев в Берлине было открыто три магазина BYD.
Доля продаж китайских автомобилей в ЕС в процентах. Сиреневый: автомобили сделанные в Китае (все бренды). Красный: китайские бренды.
Неэффективная немецкая батарея
В то же время немецкие автопроизводители, похоже, находят все меньше аргументов в пользу своих электромобилей, а спрос на них падает уже несколько месяцев. «Германия начала сравнительно поздно и, к сожалению, отдала предпочтение так называемой модульной концепции», - говорит в интервью Berliner Zeitung исследователь аккумуляторных батарей для электромобилей Максимилиан Фихтнер. Он является управляющим директором и руководителем отдела химии твердого тела в Институте Гельмгольца в Ульме (HIU).
Именно так сейчас строится батарея на заводе Volkswagen: Множество отдельных элементов батареи упаковываются в пакеты размером чуть больше шоколадки. Эти упаковки устанавливаются рядом друг с другом в своеобразный лоток, соединяются проводами - и батарея для европейского электромобиля готова (см. фото). «Весь корпус, вся проводка, все добавки. Все это вещи, которые сами по себе не хранят энергию», - говорит Фихтнер.
Вышедший из строя немецкий аккумулятор перерабатывается на заводе VW в Зальцгиттере. В разных упаковках содержится по несколько элементов батареи.
Таким образом, большая часть конструкции немецких аккумуляторов состоит из мертвой массы. «Только 25-30 процентов от общего объема составляет материал для хранения» - не показатель хорошей энергоэффективности. Китайцы же начали работать именно над этим важнейшим рычагом пять лет назад и придумали технологию Cell-2-Pack (элемент для упаковки). Они просто сказали: «Наше качество производства теперь настолько хорошо, что мы осмеливаемся делать большие ячейки» - другими словами, не размером с шоколадку, а размером с половицу.
BMW делает заказ китайскому производителю аккумуляторов в Венгрии
Почему такие батареи не выпускаются европейскими производителями, такими как Northvolt? «Детали того, какую форму они разрабатывают, на самом деле не обсуждаются», - говорит Фихтнер. Однако тот факт, что шведы получили заказ от BMW на два миллиарда евро, говорит о том, что они, вероятно, работают над более инновационной батареей. В конце концов, BMW хочет быть очень прогрессивной в этой области». Однако баварцы отменили свой многомиллиардный заказ у Northvolt. Надежда Европы, производитель аккумуляторов, оказался не в состоянии обеспечить надежную работу.
Брак в процессе тестирования, то есть усадка в процессе производства, был слишком велик. «Мы опоздали, и это имеет несколько последствий. У китайцев было больше времени, они настолько контролируют свои процессы, что производят меньше брака». BMW объединилась с китайским производителем батарей EVE для реализации своего проекта и хочет, чтобы батарея будущего была построена на европейской земле, в Венгрии. «Большинство заводов по производству аккумуляторов в Европе строятся в Венгрии, которая имеет наилучшие условия для их размещения», - говорит Фихтнер.
Некоторые немцы достаточно уверены в себе, чтобы разработать собственные ячейки, которые должны хотя бы приблизиться к китайскому ассортименту. Но это становится все труднее. Империя электронных автомобилей Си Цзиньпина грозит стать неприступной в долгосрочной перспективе.
Китай как образец для подражания: зарядка как в эпоху дизеля и бензина
Китайский пионер CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited) из Фуцзяня выпускает с конвейера батареи с запасом хода 1000 километров на одной зарядке. Вскоре можно будет проехать и 2000 километров. Так называемая «батарея сверхбыстрой зарядки Shenxing» может поглотить достаточно энергии во время перерыва на кофе, чтобы преодолеть расстояние от Берлина до Кельна, аналогичное времени работы дизельного и бензинового двигателей. Менеджеры VW, Stellantis и Co., вероятно, будут поражены.
Китайские электромобили для всего мира: корабль в порту города Ляньюньган в восточной китайской провинции Цзянсу должен экспортировать бестселлеры от BYD & Co.
По мнению рабочих советов VW, превосходство Китая в электротехнической отрасли было признано самое позднее три года назад. Но они не хотят сдаваться в Вольфсбурге. Компания реагирует, хотя и медленно. Цель состоит в том, чтобы создать единый продукт – больше не нужно большого количества маленьких аккумуляторных элементов, которые тратят так много материала. В Volkswagen сейчас говорят о так называемой элементарной ячейке. Однако никто толком не знает, на что она способно.
Но ясно одно: ей придется столкнуться с тщательно оптимизированной системой азиатов, которую уже можно увидеть в витрине на Кудамм. «Помимо эффективности, Китай и Южная Корея имеют в своем распоряжении гораздо более дешевые материалы, - говорит химик Фихтнер. В Европе для положительного полюса батареи по-прежнему используются в основном дорогие материалы NMC, то есть оксиды никеля, марганца и кобальта, которые к тому же вредны для окружающей среды».
Германия использует старые материалы для положительного полюса
Половина кобальта, используемого немцами, поступает из Финляндии, а другая половина - из продуктов вторичной переработки. Благодаря компактной конструкции китайские производители батарей имеют преимущество в использовании другого сырья - например, фосфата лития-железа (технология LFP), который также очень дешев. «Элемент с фосфатом железа в положительном полюсе стоит около 60 долларов за киловатт-час. Магический предел для того, чтобы электронный автомобиль стал дешевле двигателя внутреннего сгорания, первоначально составлял 100 долларов за кВт/ч». Именно по этой причине две трети всех автомобилей в Китае в настоящее время являются электрическими. «Это придет и сюда. Нам просто нужна выдержка», - уверяет Фихтнер.
Китай, Ухань: Роботы работают в сварочной мастерской китайской марки электромобилей Voyah.
Глобальная конкуренция в этом не нуждается: Китай объявил о намерении инвестировать 750 миллионов евро в исследования и разработку твердотельных батарей в этом году. США предоставят двум новым исследовательским группам 113 миллионов евро на разработку новых аккумуляторных систем. В рамках программы «Обработка материалов для батарей, производство и переработка батарей» на производство, обработку и переработку батарей планируется потратить 16 миллиардов долларов США. Кроме того, Южная Корея выделит еще шесть миллиардов евро на развитие своей и без того сильной аккумуляторной промышленности.
Светофорное правительство (правительство Шольца) прекратило финансирование разработки аккумуляторов
С другой стороны, правительство Германии год назад сократило программу финансирования батарей, и в настоящее время в Федеральном министерстве образования и исследований (BMBF) нет министра. В общем, картина наводит на мысль о признании: Германия больше не борется за поул-позицию на рынке электромобилей, а пытается остаться на третьем месте после Китая и США.
Tesla хочет все чаще размещать свои аккумуляторные элементы в корпусах автомобилей. В ноябре американский автопроизводитель представил в Берлине свое автономное роботакси CYBERCAB.
«В 2010 году мы уже занимались исследованиями аккумуляторных элементов», - вспоминает исследователь. Однако Daimler сначала купил компанию по производству батарей у Evonik, а затем закрыл ее, «потому что она не была прибыльной». На протяжении десятилетий Германия зарабатывала хорошие деньги на двигателях внутреннего сгорания. «А теперь люди говорят, что было бы глупо переходить на новые технологии». 70 процентов немецких автомобилей экспортируется. «Неужели мы теперь поставим забор вокруг Германии и будем продавать автомобили с двигателем внутреннего сгорания только здесь?» - спрашивает он. В других странах темпы роста продаж электронных автомобилей выражаются двузначными числами.
Что же планирует Tesla? Компания Элона Маска, с основным рынком сбыта в США и заводом Gigafactory в Грюнхайде, сосредоточилась на собственной концепции разработки батарей, так называемой технологии Cell-2-Chassis (ячейка в шасси). Батарейные ячейки предполагается размещать в полу автомобиля или в полостях шасси, примерно так же экономично, как это делают китайские разработчики. В настоящее время у Германии нет иного выбора, кроме как копировать аккумуляторные технологии своих зарубежных конкурентов.
