Я писал чуть выше, что по состоянию на 97-й год, при предыдущих вложениях DOE в $200 млн. в батарейный R&D, наиболее развитая на тот момент NiMH технология не подошла даже к условию первоначальной коммерциализации USABC, не говоря уже о долговременной.
Ни от известного французского производителя SAFT, имеющего подразделение на американском рынке, SAFT America, основного поставщика NiCd ячеек для космоса и индустриальных систем, ни от сравнительно молодого американского стартапа Ovonic.
Для этого нужны были фундаментальные подвижки в композициях электродов и электролита, их на 1997-й не было сделано. Говорят, что частично это было связано с недостатком финансирования.
На это можно было бы и закончить, но к чести GM, выкупив патенты на крупную автомобильную NiMH батарею Ovonic в 94-м, она всё-таки вложила деньги в её коммерциализацию. И в 96-98-м запустила в малосерийное производство призматические автомобильные модули Ovonic второго поколения, с плотностью энергии 0.08 кВт-ч/кг, и 0.20 кВт-ч/л, для своего EV1 образца 99-го.
Для этого на заводе GM-Ovonic были смонтированы линии по производству AB2 электродов с редкоземельными металлами.
Также, линия сборки ячеек, и батарейных блоков из них. Можно отметить, что EV1 образца 99-го также шёл со вторым поколением электронных модулей, и электромотора, чего тоже можно было в принципе не делать. Но GM сделала и это.
К 2000-му, видя через USABC, что срок индустриализации американского твердотельного литий-иона неопределённый, и оценивая потенциальный прогресс NiMH технологии в части повышения плотности в ближайшие годы как небольшой, GM продала свою долю в Ovonic нефтяникам из Техасo/Chevron.
Техасo поначалу планировала стоить в США высокосерийное производство автомобильных ячеек, но потом передумала, так как коммерциализированный литий-ион опережал планируемый никель-металлгидрид по плотности, поскольку имел принципиально более высокое напряжение ячейки, 3.7 а не 1.2 В, и поэтому делал последний нишевым, бюджетным продуктом.
Так или иначе, по лицензии от Ovonic NiMH элементы для бытовой электроники выпускала масса азиатских и не только компаний, см. ниже.
Японцы из Панасоника не захотели покупать у Ovonic лицензию на крупные призматические автомобильные NiMH ячейки. Те и так были у них в малосерийном производстве, ими комплектовались первые электрические машины Тойоты и Хонды, RAV4EV, и EV+, и они не считали что что-то нарушают их выпуском. Случился патентный диспут, между Chevron и Matsushita. Панасоник уступил, и в 2001-м свернул производство крупных автомобильных никель-металлгидридных ячеек. Для гибридов Тойоты и Хонды, и бытовой электроники, небольших, он его оставил.
У никель-металлгидрида от Ovonic после доработок, описанных ниже, всё стало достаточно хорошо, включая низко- и высокотемпературную работу.
Для выхода на большую токоотдачу разрабочики из Ovonic применили AB2 металлгидрид катода неупорядоченной структуры, композицию Ti9 Zr26.2 Ni38 Cr3.5 Co1.5 Mn15.6 Al0.4 Sn0.8.
Для выхода на удовлетворительную токоотдачу при -30 градусах они выполнили 3D-поризацию металлгидрида катода, величиной в 10-20 ангстрем, повысив за счёт этого его пустотность с 4 до 20%. Сделано это было ради улучшения реакции, и минимизации замораживания 30 wt% KOH электролита.
Для лучшего приёма заряда на высоких температурах, и устранения выделения кислорода, они изменили композицию гидрокисид-никеля анода, с Ni91.3 Co2.4 Zn5.7 Ca0.5 Mg0.1 на Ni91.0 Co7.0 Zn0.5 Ca1.0 Mg0.51.
Несмотря на все достоинства NiMH, например не пожароопасную в отличие от Li-ion композицию, и на то что после доработок Ovonic ячейка смогла работать в широком диапазоне температур, от -30 до +65 градусов, без резкого падения тока и ёмкости, и поэтому обходиться более простой, лёгкой и дешёвой системой термоменеджмента батареи, чем у литий-ионных аналогов, интерес к её развитию пропал. Денег в дальнейшее развитие увы не вкладывали.
В 2009-м Chevron продал бизнес Ovonic вместе с основными разработчиками совместному предприятию Samsung и Bosch по батареям, SB LiMotive. После его закрытия в 2012-м, Ovonic отошла Bosch, а та в этом же году продала её BASF.
Тот собирает роялти с производителей бытовых NiMH ячеек, и использует исследовательские гранты американской DOE, чтобы двигаться вперёд. Один из них, на совсем небольшие $3 млн, был использован в 2013-2015-м, чтобы реализовать задуманное в Ovonic ещё в 90-х.
А именно, существенно повысить плотность энергии, для этого повысить ёмкость катода по водороду. И, одновременно, уйти от сравнительной дороговизны ячейки из-за высокого содержания в ней никеля, для чего изменить композицию катода с высоконикелевой AB2/AB5, на малоникелевую MgNi.
С новой композицией ячейки они получили и высокую ёмкость, и высокую циклируемость.
Но не сразу, им пришлось поэкспериментировать. Начинали с обычного MgNi, закончили на BCC-C14 (P37).
Но, эта MgNi композиция оказалась коррозионно нестойкой в традиционном 30 wt% KOH электролите, поэтому им пришлось разрабатывать новый, с добавками снижающими коррозию и пассивацию. Одновременно, они повышали рабочее напряжение ячейки, за счёт расширения его окна.
В этом отношении, как видно из нижней таблицы, литиевые ячейки пока выигрывают, в основном из-за потенциала литиевого анода в -3 Вольта против -0.8 у никелевого. Учитывая потенциалы катодов, дающего 3.6-3.7 Вольта у литиевой ячейки, и до 1.2-1.3 у никелевой. Поэтому, литиевые и лидируют пока по плотности энергии на килограмм веса и литр объёма. Но, как видно, потенциал повышения напряжения есть и у никелевых, как и очень большой потенциал по повышению их ёмкости.
Разработчиками был опробован широкий спектр составов электролита, дающих разную ёмкость ячейки, и разный календарный срок её жизни. Они нашли между ними нужный им баланс.
Повысив плотность энергии на 80%, с 0.08 кВт-ч/кг ячеек образца 96-го, использованных в EV1, до 0.145 кВт-ч/кг.
Ниже показано, сколько можно проехать на заряде 100 кг батареи, в электромобиле класса С. Видно, что новый никель-металлгидрид получился вполне конкурентоспособным.
Последнее редактирование: