Tesla возрождает старую технологию производства аккумуляторов

В подавляющем большинстве случаев технологические инновации приводят к появлению более новых, дешевых и эффективных конструкций, чем их предшественники. Но время от времени технический прогресс переходит на заднюю передачу, когда прогресс оказывается турбированным регрессом.

И это, похоже, происходит в мире батарей для электромобилей.

Компания Tesla Inc. (NASDAQ:TSLA), считающаяся лидером в области производства аккумуляторов для электромобилей. (NASDAQ:TSLA) возвращается к химическому составу батарей, который должен был быстро устареть: бескобальтовые батареи, использующие химический состав литий-железо-фосфата (LFP).

Во время презентации для инвесторов в прошлом году компания Tesla сообщила, что она переводит батареи для всех стандартных моделей 3 и Y с никель-кобальт-алюминиевой (NCA) химии на альтернативную, более старую технологию, использующую литий-железо-фосфат (LFP) химию.

Бескобальтовые батареи

По прогнозам экспертов, в связи с полным ходом энергетического перехода металлы станут еще более ценными, чем нефть: цены на медь, никель, кобальт и литий достигнут исторических максимумов в течение беспрецедентно длительного периода времени при сценарии нулевых выбросов, а общая стоимость производства вырастет более чем в четыре раза к 2040 году. Это происходит потому, что технологии чистой энергии требуют больше металлов, чем их аналоги, основанные на ископаемом топливе.

К сожалению, в доспехах квартета «суперметаллов», обеспечивающих энергетический переход, есть одна брешь: кобальт.

Литий-ионные батареи содержат целый ряд элементов, включая литий, никель, алюминий, железо, марганец и кобальт. Из всех этих металлов кобальт является самым дорогим: за последние четыре года средняя стоимость голубого металла превысила стоимость всех остальных металлов для батарей вместе взятых. В батареях EV может содержаться до 20 кг кобальта в каждом блоке емкостью 100 киловатт-часов (кВт/ч), причем кобальт составляет до 20% веса катода в литий-ионных батареях EV. 

И это плохая новость, потому что кобальт считается самым высоким риском в цепочке поставок материалов для электромобилей как в краткосрочной, так и в среднесрочной перспективе. Кроме того, кобальт производится как побочный продукт при добыче меди или никеля, и поэтому на него влияет спрос и цены на эти металлы.

Еще более тревожным, помимо цены, является то, что добыча кобальта связана с огромными человеческими жертвами: около 60% добывается в Демократической Республике Конго, где добыча связана с детским трудом и смертями.

Дефицит, цена и проблемы с правами человека сделали отказ от использования кобальта в батареях EV критически важным для перехода на EV. 

«Для того чтобы произошла массовая электрификация, существует множество мнений о том, что кобальт должен быть исключен или сокращен до минимума», — сказал CNBC Чибуэзе Аманчукву, профессор молекулярной инженерии Чикагского университета.

К счастью, промышленность признала риски зависимости от кобальта, и многие производители батарей и конечные пользователи поставили перед собой амбициозные цели перейти на катоды с низким содержанием Co или вообще без него. 

Батареи LFP

Технология LFP обычно используется в простых, менее требовательных устройствах, таких как тележки для гольфа и домашние системы резервного питания. Однако LFP-батареи практически не нашли применения в электромобилях, поскольку традиционно считаются менее эффективным вариантом. Их самым большим недостатком является меньший радиус действия из-за того, что материал, используемый в батареях на основе железа, имеет меньшую плотность энергии и обеспечивает меньший радиус действия на одной зарядке при том же весе по сравнению с широко используемыми литий-ионными батареями на основе никеля. Из-за этого почти все автопроизводители за пределами Китая перешли на последний тип, в котором в качестве основных материалов используются никель, кобальт и марганец.

Но у LFP-батарей есть ключевая привлекательная сторона, которая оказывается слишком весомой, чтобы ее игнорировать: цена.

LFP-элементы не только имеют гораздо больший срок службы, но и дешевле, чем NCA или никель-марганец-кобальтовые (NMC) элементы. LFP-батареи примерно на 30% дешевле своих никельсодержащих аналогов и способны компенсировать более низкую плотность энергии за счет значительного снижения теплового выброса в случае аварии, что означает, что LFP-батареям требуется гораздо меньше объема для охлаждения и структурной защиты, чтобы сохранить элементы разделенными.

Многие электрические автобусы в Китае уже используют батареи LFP. Два года назад Tesla внедрила батареи LFP в стандартный модельный ряд Model 3 в Китае и снизила начальную цену с 309 900 юаней ($48 080) до 249 900 юаней ($38 773). Генеральный директор Элон Маск сообщил, что улучшение энергетической плотности LFP-батарей позволяет использовать более дешевые батареи, не содержащие кобальта, в автомобилях низшего класса, чтобы высвободить больше запасов литий-ионных химических элементов для других моделей Tesla.

До сих пор ограничения на интеллектуальную собственность удерживали LFP-элементы в основном в Китае. Но теперь Tesla сможет использовать их на своем ключевом рынке США после того, как получила разрешение от китайского правительства начать использовать LFP батареи в BEV китайского производства в 2020 году. Действительно, Tesla делает переход на LFP обязательным на всех своих рынках после положительной оценки в США.

В декабре прошлого года Bloomberg NEF, исследовательская организация в области чистой энергии, которая, среди прочего, отслеживает стоимость батарей, объявила, что стоимость батарей впервые в истории опустилась ниже порога в 100 долларов за кВт/ч. Решающий рубеж был достигнут для аккумуляторных батарей, предназначенных для электробусов в Китае.

В индустрии электромобилей ценовая отметка в $100 за кВт/ч батареи обычно рассматривается как Святой Грааль, критически важный для более широкого внедрения электромобилей, делая их конкурентоспособными по цене наклейки, которая остается важным психологическим барьером для многих потенциальных покупателей. Силовой агрегат обычно составляет более 70% стоимости электромобиля. Переход Tesla на LFP не только означает более высокую маржу, но и может ускорить компанию в гонке к $100 за кВт/ч, что приведет к более длительному росту.

Хотя литий-ионные батареи на основе никеля в настоящее время занимают 88% рынка батарей для EV за пределами Китая, текущая траектория позволяет предположить, что переход на более старый формат LFP — это лишь вопрос времени.