Аккумуляторы нового поколения | ichip.ru

В отношении аккумуляторов действует правило «все или ничего». Без энергетических накопителей нового поколения не будет ни перелома в энергетической политике, ни на рынке электромобилей.

Закон Мура, постулируемый в IT-индустрии, обещает увеличение производительности процессоров каждые два года. Развитие аккумуляторов отстает: их эффективность увеличивается в среднем на 7% в год. И хотя литий-ионные батареи в современных смартфонах работают все дольше и дольше, это во многом связано с оптимизированной производительностью чипов.

Литий-ионные батареи доминируют на рынке из-за их малого веса и высокой плотности накапливаемой энергии.

Ежегодно миллиарды аккумуляторов устанавливаются в мобильные устройства, электромобили и системы для хранения электричества от возобновляемых источников энергии. Однако современная техника достигла своего предела.

Хорошей новостью является то, что следующее поколение литий-ионных батарей уже почти соответствует требованиям рынка. В качестве аккумулирующего материала в них применяется литий, который теоретически позволяет в десять раз увеличить плотность хранения энергии.

Наряду с этим приводятся исследования других материалов. Хотя литий и обеспечивает приемлемую плотность энергии, однако речь идет о разработках на несколько порядков оптимальнее и дешевле. В конце концов, природа могла бы предоставить нам лучшие схемы для высококачественных аккумуляторов.

Научно-исследовательские лаборатории университетов разрабатывают первые образцы органических аккумуляторов. Однако до выхода таких биобатарей на рынок может пройти не одно десятилетие. Мостик в будущее помогают протянуть малогабаритные батареи, которые заряжаются путем улавливания энергии.

Мобильные источники питания

По данным компании Gartner, в этом году будет продано более 2 млрд. мобильных устройств, в каждом из которых установлен литий-ионный аккумулятор. Эти аккумуляторы сегодня считаются стандартом, отчасти потому, что они весьма легкие. Тем не менее они обладают максимальной плотностью энергии только 150-200 Вт·ч/кг.

Литий-ионные батареи заряжаются и отдают энергию путем перемещения ионов лития. При зарядке положительно заряженные ионы двигаются от катода через раствор электролита между слоями графита анода, накапливаются там и присоединяют электроны тока зарядки.

При разрядке они отдают электроны в контур тока, ионы лития перемещаются обратно к катоду, в котором они вновь связываются с находящимся в нем металлом (в большинстве случаев — кобальтом) и кислородом.

Емкость литий-ионных аккумуляторов зависит от того, какое количество ионов лития может располагаться между слоями графита. Однако благодаря кремнию сегодня можно добиться более эффективной работы аккумуляторов.

Для сравнения: для связывания одного иона лития требуется шесть атомов углерода. Один атом кремния, напротив, может удерживать четыре иона лития.

Литий-ионный аккумулятор сохраняет свою элетроэнергию в литии. При зарядке анода атомы лития сохраняются между слоями графита. При разрядке они отдают электроны и перемещаются в виде ионов лития в слоистую структуру катода (кобальтит лития).

Кремний повышает емкость

Емкость аккумуляторов растет при включении кремния между слоями графита. Она увеличивается в три-четыре раза при соединении кремния с литием, однако после нескольких циклов зарядки графитовый слой разрывается.

Решение этой проблемы найдено в стартап-проекте Amprius, созданном учеными из Стэндфордского университета. Проект Amprius получил поддержку таких лю­дей, как Эрик Шмидт (председателя совета директоров Google) и лауреат Нобелевской премии Стивен Чу (до 2013 года — министр энергетики США).

Пористый кремний в аноде увеличивает эффективность литий-ионных аккумуляторов до 50%. В ходе реализации стартап-проекта Amprius же произведены первые кремниевые аккумуляторы.

В рамках этого проекта доступны три метода решения «проблемы графита». Первый из них — применение пористого кремния, который можно рассматривать как «губку». При сохранении лития он крайне мало увеличивается в объеме, следовательно, слои графита остаются неповрежденными. Amprius может создать аккумуляторы, которые сохраняют до 50% больше энергии, чем обычные.

Более эффективно, чем пористый кремний, накапливает энергию слой кремниевых нанотрубок. В прототипах было достигнуто почти двукратное увеличение зарядной емкости (до 350 Вт·ч/кг).

«Губка» и трубки должны быть по-прежнему покрыты графитом, так как кремний вступает в реакцию с раствором электролита и тем самым уменьшает время работы аккумулятора.

Но есть и третий метод. Исследователи проекта Ampirus внедрили в углеродную оболочку группы частиц кремния, которые непосредст­венно не соприкасаются, а обеспечивают свободное пространство для увеличения частиц в объеме. Литий может накапливаться на этих частицах, а оболочка остается неповрежденной. Даже после тысячи циклов зарядки емкость прототипа снизилась только на 3%.

Кремний соединяется с несколькими атомами лития, но при этом расширяется. Для предотвращения разрушения графита исследователи используют структуру растения граната: они вводят кремний в графитовые оболочки, размер которых достаточно велик, чтобы дополнительно присоединять литий.

Эффективные аккумуляторы

Эффективность элементов питания напрямую связана с плотностью энергии химических веществ. График ниже показывает, что комбинации материалов, например, литий-сера или металл-воздух, значительно лучше аккумулируют энергию. Литиево-серные (LiS) аккумуляторы обеспечивают усовершенствование катода: сера в катоде, так же как и кремний в аноде, может накапливать больше лития.

В следующем поколении аккумуляторов используются сера и цинк. Большим потенциалом обладают только биоаккумуляторы.

Ранее разработанные LiS-прототипы со значением 350 Вт·ч/кг обеспечивают большую плотность энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, однако они тоже не достигли предела. На пути увеличенной эффективности стоят две проблемы: теоретическая плотность энергии на практике может быть достигнута только в том случае, если использовать в аноде чистый литий.

Сера может хранить больше лития в катоде, что увеличивает плотность энергии. Литий-серные аккумуляторы (разработка университета Беркли) дополнительно используют оксид графена как переносчик энергии и дезинфицирующее средство (СТАВ) в качестве защитного слоя.

Сера может хранить больше лития в катоде, что увеличивает плотность энергии. Литий-серные аккумуляторы (разработка университета Беркли) дополнительно используют оксид графена как переносчик энергии и дезинфицирующее средство (СТАВ) в качестве защитного слоя.

Это затруднительно, так как он реагирует с электролитом. Однако то же самое делает и сера, а именно — ионы полисульфида, которые подобным же образом перемещаются к аноду и там разлагают литий или осаждаются в форме сульфида лития Li2S. Такой аккумулятор выдерживает лишь небольшое число циклов зарядки.

Команде исследователей общества Фраунгофера под руководством профессора Хольгера Альтуэса удалось «защитить» серу. Они «обернули» ее углеродной оболочкой и использовали аналогичную оболочку на аноде. Прототип выдержал две тысячи циклов зарядки.

К 2020 году Альтуэс ожидает выхода на рынок LiS-аккумуляторов с плотностью энергии около 600 Вт·ч/кг, что примерно втрое превышает значения литий-ионных аккумуляторов.

Хранение энергии

Цинково-воздушные аккумуляторы пригодны для не слишком тяжелых устройств, так как при разрядке они используют кислород. Специалисты стартап-проекта Imprint Energy разработали подобный гибкий аккумулятор, подходящий для применения в лэптопах.

Химическую реакцию лития с кислородом используют металл-воздушные аккумуляторы: при разрядке атомы металла в аноде реагируют с кислородом воздуха и выделяют электроны. Затем они перемещаются через электролит в форме ионов к катоду. Потенциальная плотность энергии (1100 Вт·ч/кг) намного превышает значения литий-ионных аккумуляторов.

Цинково-воздушные батареи применяются уже давно, однако цинк разрушается при разрядке. Чтобы этого не происходило в аккумуляторах, во время подзарядки кислород на катоде должен быть удален.

Таким образом из ионов металла вновь возникает цинк. Кроме того, требуется особый катализатор, такой как раствор калия, в качестве защиты от воздуха для цинкового электрода с целью предотвращения его нежелательного окисления.

В стартап-проекте Imprint Energy разработаны даже готовые к печати аккумуляторы с полимерным катализатором, которые благодаря своей гибкости превосходно подходят для малогабаритных уст­ройств.

Поскольку для цинково-воздушных аккумуляторов требуется постоянный обмен воздуха, они мало пригодны для мобильных устройств, однако в будущем смогут использоваться в электромобилях, тем более что они не содержат горючих материалов. Накопленная энергия едва ли уменьшается в течение десятилетий, что делает эти аккумуляторы весьма интересными.

Использование сил природы

В современных аккумуляторах электроны испускают только твердые материалы. Но существует также концепция окислительно-восстановительного потока или жидкостных ячеек: две растворенные соли металлов перемещаются рядом в отдельных контурах. Они приводятся в движение с помощью насосов и соприкасаются на проницаемой мембране. Происходит ионообмен, а ячейка разряжается и вновь заряжается при подаче тока.

Такая система имеет смысл для применения в электромобилях: вместо того, чтобы тратить многие часы на зарядку автомобиля от розетки, его можно заправить, как это делается сегодня с применением бензина. При этом необходимо просто заменить отработанную жидкость новой, после чего жидкостный аккумулятор будет вновь заряжен.

Автомобиль Quant массой 2,3 т приводится в действие от 400-литровой жидкостной ячейки и якобы предлагает дальность поездки около 600 км.

На Женевском автосалоне в 2014 году был представлен подобный автомобиль (Quante), дальность поездки которого якобы составляет 600 км, однако данные получены только в процессе моделирования. Ответы на проблемы материалов жидкостных ячеек до сих пор могут дать только исследовательские лаборатории.

В Массачусетском технологическом институте разработана жидкостная ячейка без мембраны, в которой две жидкости в процессе ионообмена не смешиваются при ламинарном течении. Благодаря этому исследователи смогли работать с бромом, который во время разрядки восстанавливается до бромоводорода. Использование брома позволит еще вдвое увеличить плотность энергии ванадиево-жидкостной ячейки.

Аккумуляторы, действующие на принципе окислительно-восстановительного потока (разработка Гарвардского университета), дости­гают восьмикратной плотности энергии по сравнению с жидкостными ячейками. Для этого они используют AQDS (антрахинон-дисульфонат) и бромид, получаемые из ревеня. Электроды освобождаются и заряжаются путем обмена ионами водорода.

Биоаккумуляторы побеждают всех

Органические вещества очень хороши в качестве энергоносителей. Они недороги и, как правило, не ядовиты. Исследователи Гарвардского университета разработали жидкостную ячейку, извлекающую энергию хранения из антрахинона-дисульфоната (AQDS) — составной части ревеня. Однако они не могут отказаться от использования брома.

Аккумулятор, разработанный в Виргинском техническом колледже, в качестве накопителя энергии использует сахар (мальтодекстрин), который разрушается ферментами при разрядке. В нем достигается примерно десятикратная плотность энергии по сравнению с литий-ионными моделями.

Пока неясно, сможет ли выдержать биоячейка несколько тысяч циклов зарядки, однако барьер в несколько сотен циклов она уже преодолела.

Настолько же эффективно, как и «ревеневая ячейка», действует сахарно-воздушный аккумулятор (разработка специалистов Политехнического университета Виргинии). Плотность энергии в подобной системе почти в десять раз превышает значения современных литий-ионных аккумуляторов.

Анод из мальтодекстрина плавает в растворе различных ферментов, которые постепенно разрушают его, освобождая при этом электроны. Руководители исследовательской группы прогнозируют возможность применения «сахарных» аккумуляторов в мобильных устройствах уже через три года, однако подобные прогнозы в отношении биоаккумуляторов впоследствии оказываются малореалистичными.

Так, компания Sony еще семь лет назад заявила о разработках в области биоаккумуляторов, но с тех пор мало что произошло. Опыт показывает, что для разработки чудо-батарей требуется довольно много времени.

Зарядка без розетки

В будущем электроэнергию для смартфонов можно будет вырабатывать даже посреди лесной глуши. Исследователи из США и Китая разработали крошечные генераторы, которые способны использовать для зарядки даже самые слабые вибрации. Эти устройства состоят из поливинилиденфторида (PVDF) — материала, генерирующего ток при давлении и деформации. Как правило, фторопласты используются для уплотняющих покрытий и фильтров, а также находят применение в динамиках и микрофонах.

Новые процессоры поглощают энергию радиоволн и обмениваются при этом сообщениями, они не нуждаются в электроэнергии

Для производства генераторов в полимерную массу вводят частицы оксида цинка, которые затем растворяют соляной кислотой. В результате остается губчатая структура, изготовленная из мягкого и гибкого материала с крупными отверстиями, являющаяся чрезвычайно чувствительной к колебаниям всех видов.

Наногенераторы на базе PVDF подходят для любого современного смартфона

В конце производственного процесса получается PVDF-пленка, на которую с обеих сторон наносится тонкая медная фольга в качестве электродов. Если наногенераторы устанавливаются на смартфон, достаточно, чтобы устройство во время поездки просто лежало на пассажирском сиденье. Вибрации заряжают аккумулятор: при частоте колебаний 40 Гц прототип достиг пиковых значений 11 В и 9,8 микроампер.

Использование энергии радиоволн

Эксперты прогнозируют, что до 2020 года более 50 млрд миниатюрных устройств будут взаимодействовать друг с другом. Исследователи Вашингтонского университета разработали беспроводную коммуникационную систему, использующую энергию телевизионных сигналов и сигналов мобильной связи. Хотя КПД и невысок, однако достаточен для передачи сообщений.

В ходе тестов система отправляла до 1000 бит в секунду и использовала для этого волны ТВ-передатчиков, расположенных на расстоянии от 800 м до 11 км.

Аккумуляторы для элементов автомобиля

В электромобилях или гибридных машинах аккумуляторы обычно располагаются в багажнике. Европейский исследовательский проект StorAGE хочет устранить этот недостаток,
и Volvo в качестве участника данного проекта представила решение.

Производитель разработал легкие аккумуляторы. Их электроды из углеродных волокон окружают углеродные нанотрубки, покрытые литием. Вся конструкция заливается полимерной смолой, а в качестве изолирующего слоя применяется стекловолоконный холст.

Аккумулятор получается настолько плоским, гибким и прочным, что его можно использовать в качестве несущей конструкции автомобиля.

Также с каждым движением тела мы производим небольшое количество энергии, которая может быть преобразована в ток. Генератор на колесе велосипеда — лучший пример. Было бы неплохим вариантом использовать эту энергию для подзарядки смартфона. В технологическом институте Джорджии (Атланта) исследователи изобрели генератор, который вырабатывает электричество из трения.

Он состоит из четырех плоских дисков, расположенных друг над другом. Три из них смонтированы неподвижно и выглядят как слои торта, к ним прикреплены электроды. Над ними перемещается медный диск. Когда ротор трется по расположенному под ним «куску торта» с покрытием из золота, возникает напряжение, благодаря чему генератор непрерывно вырабатывает переменный ток и обеспечивает мощность до 1,5 Вт.

Все устройство невелико и помещается в кармане: при диаметре 10 см и объеме 0,6 см³ его вес составляет1,1 г. В будущем у нас всегда будет под руками источник питания — стоит лишь немного потереть его.

Фотографии в статье: Eliza Grinnell/Harvard School of Engineering and Applied Sciences; Lawrence Berkeley National Laboratory, Imprint Energy, Inc.; Nanoflowcell; Sensor Systems Laboratory/University of Washington; Xudong Wang; Volvo

Виды аккумуляторов для моддинга

Чем больше по размерам/ёмкости литий-марганцевы AW-аккумулятор, тем он, как правило, безопаснее. Для моддинга рекомендуется использовать литий-марганцевые аккумуляторы AW IMR. Такие элементы питания очень безопасны с химической точки зрения. Они работают с большими токами разряда, поэтому отлично подходят для использования с сильноточными устройствами, такими например как атомайзер.

Содержание

• Аккумуляторы для моддинга
• Аккумуляторы
• Типы аккумуляторов
  • Литий-ионные
  • Литий-марганцевые аккумуляторы IMR
  • Аккумуляторы LiFePO4
  • Никель-металгибридные аккумуляторы
• Аккумуляторы Li-ion и их размеры
• Аккумуляторы Pila и их размеры
• Полезные советы
• Почему происходит взрыв
• Безопасен ли моддинг?
• Зарядка аккумулятора

Аккумуляторы для моддинга

Для моддинга необходимо использовать защищённые литий-ионные (Li-ion) батареи на 3.6 вольт (на 3 вольта в некоторых спецификациях). Лучше всего использовать аккумуляторы безопасные с химической точки зрения – например, литий-марганцевые или LiFePO4. Аккумулятор иногда называется также аккумуляторной батареей или перезаряжаемым элементом.

Используются только аккумуляторы – обычные батарейки, которые нельзя перезаряжать, использовать нельзя – ни в одном известном нам моде. Если по случайности перепутать обычную батарейку с аккумулятором, поставить её в зарядное устройство, «зарядить» и потом использовать в моде – то при первом использовании этого мода она может взорваться (вероятность достаточно велика).

Взрыв может произойти и при использовании незащищённого литий-ионного аккумулятора – но обычная батарейка взрывается сильнее, потому что на её корпусе нет специальной вентиляции для отвода излишка газа. Взрыв происходит в результате теплового пробоя, который случается, когда батарея слишком сильно заряжена и начинает работать с сильноточным устройством. Сильноточным устройством является, например, атомайзер. Небольшие батареи не могут, без наличия опасности для сбоя, предоставлять достаточно мощности атомайзеру – он работает с 1. 5 – 2.5 A тока. Защищённые батареи обладают небольшой встроенной схемкой, которая в случае какого-нибудь сбоя блокирует аккумулятор и не даёт ему перегреться.

Чем больше по размерам аккумуляторы и чем больше напряжение – тем больше риск. Сбои происходили при использовании даже одного отдельного незащищённого элемента питания. В случае, когда мы используем несколько батарей последовательно – риск возрастает. Согласно статистике, пользователи модов на 6 и более вольт, чаще сталкиваются со сбоями аккумуляторов.

Защитная схемка внутри литий-ионового элемента питания тоже может дать сбой, поэтому литий-марганцевые или LiFePO4 по природе своей безопаснее. В продаже есть батареи нового поколения, которые работают по более «безопасной» технологии – литий-марганцевые и LiFePO4. На них не предусмотрено установки дополнительных защитных схемок, потому что они просто не нужны. Такую защитную схему, однако, рекомендуется всё-таки делать встроенной прямо в мод – потому что аккумуляторы тут часто вынуждены работать с очень высокими напряжениями и велика вероятность короткого замыкания.

Аккумуляторы

Элементы питания, которые предпочтительно использовать (в порядке убывания):

• Литий-марганцевый аккумулятор AW IMR
• Аккумулятор AW LiFePO4 (батареи LiFePO4 обладают своим собственным уникальным зарядным устройством)
• Качественные (напр. AW или Pila) защищённые литий-ионные аккумуляторы.
• Менее предпочтительный вариант – менее качественные Li-ion аккумуляторы. Обязательно защищённые.

При использовании литий-ионных элементов питания необходимо остановить свой выбор на стандартных защищённых 3.6 вольтовых и их видах. Незащищённые Li-ion аккумуляторы могут в случае неверного с ними обращения взорваться (слишком большой заряд, разрядка, короткое замыкание, слишком высокое напряжение).

Взрыв или тепловой пробой ведёт за собой освобождение газов содержащихся в аккумуляторе с очень большой силой – происходит это потому, что батареи при работе с атомайзером отдают ток быстрее, чем это обычно при их использовании на других устройствах. В результате элемент питания подвергается очень сильным нагрузкам. Слишком сильный заряд, вслед за которым следует очень быстрая передача тока к атомайзеру, может привести к тепловому пробою – или, другими словами, к взрыву.

Случается это нечасто. Вероятность такого взрыва минимизируется при использовании больших (с большой ёмкостью) аккумуляторов – они не столь сильно нагружаемы. Большинство несчастных случаев происходит при использовании небольших аккумуляторов, таких как RCR123.

Защитные схемки обычно помогают предотвратить взрыв. Такая схемка встроена в сам аккумулятор – медная пластинка, которая видна снаружи на одной конце устройства как раз и является оборотной стороной этой электронной схемки. Поэтому защищённые батареи в длину больше, чем незащищённые – в нижней их части помещена электронная схемка.

Некоторые аккумуляторы могут использоваться и без защитной схемки, но даже эти батареи могут быть опасны в определённых критических условиях (например, при коротком замыкании). Обычно в продаже есть и обычные, и защищённые версии всех этих элементов питания.

Типы аккумуляторов

Литий-ионные (Li-ion)

3,6 или 3 вольт. Очень часто применяются моддерами. Гораздо безопаснее использовать защищённые батареи этого типа – потому что на незащищённых может произойти тепловой пробой и последующий взрыв. Выходящий при взрыве из аккумулятора нагретый газ – это водород, он при этом сгорает. При условии того, что мы говорим об электронных сигаретах, расположен такой аккумулятор при взрыве будет близко к лицу пользователя – в результате можно выбить зуб, сломать челюсть или даже повредить глаз (не говоря уже о водородных ожогах).

Элементы питания Li-ion не обладают «памятью заряда», поэтому их можно заряжать в любой момент с любой степенью разрядки без побочных эффектов. Нет никакой нужды при первой зарядке батареи делать её очень долгой и продолжительной. Нет никакой нужды использовать аккумулятор в первый раз до полной разрядки. «Памяти заряда» тут нет – в отличие, например, от никель-кадмиевых элементов питания. Фактически большинство производителей рекомендует начинать подзарядку такого аккумулятора ещё до того, как будет достигнута полная его (в пределах нормы) разрядка – за счёт этого срок его службы увеличивается.

Номинально эти аккумуляторы работают с напряжением 3.6/3.7 вольт. При полной зарядке они выдают напряжение в 4.2 вольт, при разрядке – не должны выдавать меньше чем 3 вольта, в противном случае возможно их повреждение. Большинство литий-ионных аккумуляторов фактически являются литий-кобальтовыми (диоксид кобальта, LiCoO2 или Li-Co). Номинальное напряжение такое же – 3.6/3.7 вольт. Аккумуляторы эти идентичны.

Батареи Li-ion поддерживают работу с низким уровнем постоянного тока. Производитель часто указывает заведомо завышенный показатель работы с постоянным током – так этот аккумулятор будет работать только в «идеальных условиях». Например, стандартный литий-ионный элемент питания CR123 выдаёт только где-то 500 мА тока – в два раза меньше, чем написано на упаковке. Для работы атомайзера нужно 1. 5 А постоянного тока, или даже больше. Именно поэтому аккумуляторы так быстро ломаются – они перегружены. Перегружены они потому, что они такие маленькие – электронная сигарета сама по себе очень маленькое устройство. Габариты и физический объем, очень важные показатели для элемента питания.

Преимущества Li-ion аккумуляторов:

• низкий уровень спонтанной разрядки.
• нет «памяти заряда».
• долгий срок службы, около 150-200 циклов перезарядки.
• дешевизна.

Недостатки:

• низкий уровень показателя работы с постоянным током.
• при работе с высокоточными устройствами, например электронными сигаретами — более быстрый износ.
• незащищённые литий-ионные аккумуляторы при перегрузке могут дать сбой, сломаться или даже взорваться.
• защитные схемки могут быть повреждены статическим электричеством или в результате сбоя в зарядном устройстве. Выяснить работает ли или нет защитная схемка, без специального оборудования, очень сложно.

Литий-марганцевые аккумуляторы IMR

Популярными производителями таких элементов питания являются компании AW и BDL. Считается, что батареи компании AW лучше по качеству. Очень мала вероятность того что этот аккумулятор при использовании взорвётся. Рекомендуется использовать именно такие элементы питания вместо литий-ионных. Плюсами и минусами батарей данного типа являются:

• они «выдают» больше тока, чем литий-ионные, поэтому хорошим является решение использовать защитную схему на самом моде или электронной сигарете, для которого они предназначены. Показатель работы с постоянным током тут в 8 раз выше, чем на аккумуляторах Li-ion – поэтому и при коротком замыкании силы разряда будут значительно больше.
• при использовании старых зарядных устройств эти аккумуляторы могут взорваться.
• слишком долгая зарядка (>4.25 вольт) приведёт к снижению срока службы такого аккумулятора (в идеале 500 циклов перезарядки).
• нет эффекта «памяти заряда»
• дороговизна аккумуляторов данного типа.
• если слишком сильно разрядить такой элемент питания – он может быть повреждён. Защищённый Li-ion аккумулятор при этом просто «выпадает» из сети.

Аккумуляторы LiFePO4

Литий + фосфат железа. С химической точки зрения эти аккумуляторы безопасны. Появились в продаже они совсем недавно и менее опасны, чем литий-ионные, даже в критических условиях. В установке защитной схемки они не нуждаются. Производит такие элементы питания компания AW. Эти батареи могут прекрасно справляться с нагрузками при работе с электронной сигаретой, поэтому в модах можно безо всяких проблем использовать LiFePO4 аккумуляторы.

Большинство аккумуляторов LiFePO4 обладают значительно более низким рабочим напряжением чем их Li-ion аналоги – 3.2/3.3 вольт. Заряжать их в зарядных устройствах для литий-ионных батарей нельзя. Компания AW выпускает LiFePO4 с напряжением 3.6 вольт (модель 14500) – но это исключение для таких аккумуляторов. Есть вероятность зарядить такую батарею слишком сильно, что может в свою очередь привести к сбою – 3. 6 вольт это максимально допустимое напряжение на большинстве таких элементов питания. Положительными и отрицательными сторонами являются:

• Нельзя подключать их параллельно.
• При последовательном подключении – максимум два аккумулятора.
• Срок службы – более 1000 циклов подзарядки (в идеальных условиях).
• Нет «памяти заряда».
• Показатель работы с постоянным током – более 10C. Этого более чем достаточно для работы с атомайзером, но следует быть аккуратнее с короткими замыканиями. Они здесь особо мощные. К примеру, модель аккумулятора 26650 при коротком замыкании может выдать 70 A тока.
• Зарядка происходит очень быстро.
• Номинальное напряжение (CR123) – 3.0-3.3 вольт. Минимальный порог разрядки – 2.8 вольт, максимальный порог зарядки – 3.6 вольт. Номинальное напряжение (AW 14500) – 3.6 вольт.
• Необходимо наличие особого зарядного устройства (для разных типов этого аккумулятора – разные).

Аккумуляторы AW LiFePO4 считаются самыми качественными на рынке. Показатель работы с постоянным током на них гораздо выше чем, например, на аккумуляторах Tenergy, которые могут и не подойти для использования на электронных сигаретах.

Никель-металгибридные аккумуляторы

Таких батарей очень много в продаже. Обычно – или AA, или AAA. Один такой элемент питания даёт в среднем около 1.2 вольт напряжения – для работы с электронной сигаретой их понадобится 3 или 4. В нормальных и даже большинстве критических ситуаций такой аккумулятор не взорвётся. Защитной схемки тут не предусмотрено, да она и не нужна. Очень хорошо подходит для моддинга.

Даже при работе с высокоточными устройствами (атомайзер) эти элементы питания безопасны. Недостатков мало, но есть – короткий срок службы и прочие. Они не мешают многим пользователям электронных сигарет использовать такие батареи в моддинге. Каждый элемент питания выдаёт 1.2 вольт напряжения, поэтому нужно будет при работе использовать их несколько. 3 штуки дают на выходе 3.6 вольт, 4 – 4.8 вольт (если любите сильный удар по горлу). Обычные покупные элементы питания этого типа превосходно подойдут почти для любого мода.

Плюсы:

• Лучше работают с высокоточными устройствами, чем литий-ионные батареи.
• Доступность и низкая цена.
• В продаже есть специальные «коробочки» для нескольких таких аккумуляторов – их можно запросто использовать в модах.
• Безопасность. Взрыв маловероятен даже в критических условиях.

Минусы:

• Теоретически, низкий срок службы. На практике проверялось мало – к тому же, на практике, у Li-ion срок службы может быть ещё меньше.
• Низкое напряжение = понадобиться несколько элементов питания.

Аккумуляторы Li-ion и их размеры

Примечания:

• Номинальное напряжение у большинства из них 3.6 — 3.7 вольт.
• Первые две цифры в названии модели – это её диаметр. 14500 в диаметре 1.4 см.
• CR123 – это только указатель на величину. Название аккумулятора в этом случае — RCR123a.
• Аккумуляторы RCR123a бывают с напряжением 3 и 3. 6 вольт. В большинстве случаев существуют аналогичные элементы питания других типов (литий-марганцевые или LiFePO4).
• Небольшие и средние по размерам литий-марганцевые аккумуляторы работают чаще всего с напряжением стандартным для литий-ионных – 3.6 вольт. Крупные – с 3.8 вольт.
• Большая часть элементов питания LiFePO4 работает с напряжением 3.3 вольт.

10180- 3.6 вольт (номинал)	10мм x 18мм (1/3 AAA)
10280- 3.6 вольт	10мм x 28мм (1/2 AAA)
10440 — 3.6 вольт	10мм x 44мм (AAA)
14250 — 3.6 вольт	14мм x 25мм (1/2 AA)
14500 — 3.6 вольт	4.2 максимум, 3.6 вольт рабочее, 3 вольт минимум  14мм x 50мм (AA size)
16340 — 3.6 вольт	16мм x 34мм (номинальный размер CR123a)
17335 — 3 вольт	17мм x 35мм (номинальный размер – чуть-чуть больше чем CR123a)
17500 — 3. 6 вольт	17мм x 50мм (чуть шире чем CR-123, влезет в большинство фонариков. В высоту в 1.5 раза больше чем обычный аккумулятор CR-123a battery – два таких аккумулятора часто заменяют собой три последнего типа)
17670 — 3.6 вольт	17мм x 67мм (примерно как два аккумулятора CR-123a, общее напряжение меньше — 4.2 вольт максимум против 6.6 вольт максимум)
18500 — 3.6 вольт	18мм x 50мм (шире чем CR-123a, примерно в 1.5 раза выше чем один аккумулятор CR-123a)
18650 — 3.6 вольт	18мм x 65мм (шире CR-123a, примерно в 2 раза выше обычного аккумулятора CR-123a)
26500 — (литий-ионных аккумуляторов такого типа в продаже не было найдено. Есть в продаже литий-марганцевые и LiFePO4)  3.7 вольт — AW литий-марганцевый.  3.3 вольт — LiFePO4.	26мм x 50мм (размер под кодовым наименованием «C»)
26650 — (литий-ионных аккумуляторов такого типа в продаже не было найдено. Есть в продаже литий-марганцевые и LiFePO4)  3.7 вольт — AW литий-марганцевый.  3.3 вольт — LifePO4	26мм x 65мм (по диаметру соответствуют «C», но чуть длиннее)

Аккумуляторы Pila и их размеры

Рекомендуется использовать элементы питания, выпускаемые компаниями AW или Pila. Левая колонка – стандартный код продукта, правая колонка – код в каталоге Pila.

Список аккумуляторов, ранжированный по уровню безопасности для пользователя.

18650	=	600A (раньше было 168A)
17650 / 70	=	600S (раньше было 168S)
18500	=	300A (раньше было 150A)
17500	=	300S (раньше было 150S)

В этом списке мы написали все те типы аккумуляторов, которые рекомендуется использовать для моддинга.

На основании анализа всей доступной информации по теме, можно сделать следующие выводы:

• Чем аккумулятор больше по размерам – тем лучше.
• Лучшие компании производители аккумуляторов — AW, Pila и Wolf Eyes
• Лучшие виды аккумуляторов:

1. Литий-металгибридные
2. LiFePO4
3. Li-ion

Полезные советы

Хотите максимум безопасности во время моддинга? Используйте литий-марганцевые элементы питания AW IMR и зарядное устройство, предназначенное специально для них.

Чем больше по размерам аккумуляторы – тем безопаснее мод. Небольшие батареи испытывают при работе не меньшие перегрузки, чем больше, но справляться с ними также эффективно не могут.

Если вы используете элементы питания CR123 – используйте только защищённые батареи или два LiFePO4 (литий-марганцевые). Аккумулятор LiFePO4 надо покупать фирменный AW – они точно справятся с работой, другие батареи такого типа – необязательно.

Когда подключаете одновременно несколько аккумуляторов, особенно последовательно (т.е. удваивается напряжение) – необходимо использовать аккумуляторы одного типа и примерно одного возраста.

Почему происходит взрыв аккумулятора

Существует много разных причин, которые потенциально могут привести к взрыву:

1. При потреблении слишком большого количества тока устройством элементы питания не справляются с перегрузкой. Особенно от этой проблемы страдают небольшие аккумуляторы – их мощности просто не хватает, чтобы привести атомайзер в действие; он «вытягивает» из них больше тока, чем то количество, на которое они рассчитаны. Если у батареи есть какой-нибудь дефект (производственный или полученные повреждения), то при подключении нескольких таких аккумуляторов, в результате некоей последовательности событий может произойти термальный пробой батареи, и вслед за этим – взрыв.

Крупные аккумуляторы очень редко взрываются. Обычно это случается с мелкими элементами питания. Батареи формата RCR123 особенно печально известны в этом плане – скорее всего потому, что часто они используются по два и более (последовательно). Очень немногие аккумуляторы RCR123 могут в одиночку справиться с задачей питания атомайзера током, оставаясь безопасными. «Безопасными» означает, что в случае сбоя (например, короткого замыкания) элементы питания эти просто продолжают работать, не взрываются и не ломаются.

2. Последовательное подключение аккумуляторов удваивает напряжение и увеличивает риск взрыва. Кроме того, в этом случае сбой всего в одном элементе питания может запускать цепную реакцию и приводить к взрыву второго. Особенно не рекомендуется использовать два аккумулятора последовательно, если они разных марок или разного возраста.
3. Незащищённые Li-ion батареи опасны. Не нужно их использовать. Используйте их аналоги, только защищённые – а ещё лучше Li-MN или LiFePO4. Любой аккумулятор небезопасен, если с ним обращаться неаккуратно.
4. Несовершенство работы механических частей устройства. Металлический край, к примеру, может случайно соскрести изоляцию с элемента питания – в результате появляется дополнительный отрицательный выход. Внутренние проблемы в аккумуляторе могут стать причиной сбоя и даже взрыва.

Безопасен ли моддинг?

При использовании мода риск будет больше, чем при использовании обычной электронной сигареты – потому что батареи на нём больше, и, следовательно, потенциально опаснее в случае сбоя. Аккумуляторы на обычных электронных сигаретах очень малы и защищённые. Кроме того, в случае термопробоя газ выбивает только колпачок, а не «взрывается» во все стороны.

Категории риска:

• Если вы покупаете крупный литий-магниевый элемент питания AW IMR (18650 и больше), покупаете фирменное зарядное, используете только один аккумулятор и делаете периодически проверку батареи и зарядного устройство на напряжение – чтобы оно было в норме, то риск очень и очень мал.
• Если вы используете два незащищённых Li-ion аккумуляторов подключённых последовательно в твёрдой металлической оболочке без вентиляции для газа, самое дешёвое Китайское зарядное и никогда не проверяете напряжение – риск появления неисправности или даже взрыва очень велик.

Если в моде не предусмотрено различных приспособлений на критический случай (взрыв аккумулятора, к примеру, критический случай) – то риск при пользовании им возрастает. Если нет отверстий для выхода газа – то взрыв получится очень и очень мощным, потенциально с осколками коробки, летящими прямо в лицо и глаза. Небольшой элемент питания RCR123 может стать причиной удивительно мощного взрыва, если его расположить в герметичном контейнере без возможности выхода для газа. Обычный корпус от сигареты не может удержать выходящий газ внутри, он разрывается в том или ином месте. Чем прочнее этот корпус – тем сильнее взрыв.

Советуем вам предпринять все меры предосторожности. Важно при этом знать следующее:

• Есть ли на моде специальные отверстия для выхода газа в критических ситуациях?
• Можно ли использовать на этом моде аккумулятор покрупнее?
• Хватит ли денег на покупку качественного Li-Mn аккумулятора?
• Как насчёт зарядного? Чем оно лучше – тем меньше шанс сбоя.
• Вам нужно научиться пользоваться вольтметром и периодически замерять напряжение на аккумуляторе и атомайзере.

Зарядка аккумулятора

При работе с любым типом батареи качество зарядного устройства к нему не менее важно, чем качество самого аккумулятора.

Одной из причин преждевременной смерти элементов питания является некорректная зарядка. Аккумулятор при одном и том же напряжении не может быть заряжен полностью, необходимо как минимум два разных напряжения, а лучше три – только в этом случае он проживёт столько, сколько указано в руководстве к нему:

• Заряд стабильным током – 14.4 вольт, в течение коротких промежутков времени.
• Плавающее напряжение – 13.2 вольт, в течение длительных промежутков времени.
• Напряжение в конце – 17.5 вольт, очень низкая сила тока – это перемещает молекулы сульфатов обратно на их места.

Можно достичь необходимого уровня напряжения при помощи специального адаптера, который будет менять напряжение в сети во время зарядки. При использовании такого адаптера обычный элемент питания может прожить очень долго. Другая причина отказа аккумулятора – слишком сильная его разрядка в конце каждого цикла. Другой способ быстро и эффективно «убить» батарею – требовать от него работать с большей силой тока, чем та, на которую он рассчитан.

Можно, конечно, купить дешёвое зарядное устройство. Но в этом случае значительно увеличиваются шансы того, что Ваш мод взорвётся прямо во время курения – потому что элементы питания были перегружены, а прямо перед этим слишком сильно заряжены.

Три аккумуляторные технологии, которые могут обеспечить энергией будущее | Saft

Миру нужно больше энергии, желательно в чистой и возобновляемой форме. Наши стратегии хранения энергии в настоящее время формируются за счет литий-ионных аккумуляторов, являющихся передовыми технологиями, но на что мы можем рассчитывать в ближайшие годы?

Начнем с основных сведений об аккумуляторах. Батарея представляет собой набор из одного или нескольких элементов, каждый из которых имеет положительный электрод (катод), отрицательный электрод (анод), сепаратор и электролит. Использование для них различных химикатов и материалов влияет на свойства батареи — сколько энергии она может хранить и выдавать, сколько энергии она может обеспечить или сколько раз ее можно разряжать и перезаряжать (также называемая циклической емкостью).

Аккумуляторные компании постоянно экспериментируют, чтобы найти более дешевые, плотные, легкие и более мощные химические вещества. Мы поговорили с Патриком Бернардом, директором по исследованиям Saft, который рассказал о трех новых аккумуляторных технологиях с трансформационным потенциалом.

 

ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Что это?

В литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторах накопление и высвобождение энергии обеспечивается перемещением ионов лития от положительного электрода к отрицательному туда и обратно через электролит. В этой технологии положительный электрод действует как первоначальный источник лития, а отрицательный электрод — как носитель лития. Несколько химических элементов собраны под названием литий-ионных аккумуляторов в результате десятилетий отбора и оптимизации, близких к совершенству положительных и отрицательных активных материалов. Литированные оксиды металлов или фосфаты являются наиболее распространенным материалом, используемым в качестве материалов для положительных положительных результатов. Графит, а также графит/кремний или литированные оксиды титана используются в качестве негативных материалов.

Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионная технология достигнет предела энергопотребления при использовании реальных материалов и конструкций элементов. Тем не менее, недавние открытия новых семейств прорывных активных материалов должны разблокировать нынешние ограничения. Эти инновационные соединения могут хранить больше лития в положительных и отрицательных электродах и впервые позволят объединить энергию и мощность. Кроме того, с этими новыми соединениями также учитываются дефицит и критичность сырья.

Каковы его преимущества?

Сегодня среди всех современных технологий хранения данных технология литий-ионных аккумуляторов обеспечивает самый высокий уровень плотности энергии. Такие характеристики, как быстрая зарядка или рабочий температурный диапазон (от -50°C до 125°C), могут быть точно настроены благодаря большому выбору конструкций элементов и химических составов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обладают дополнительными преимуществами, такими как очень низкий саморазряд и очень долгий срок службы, а также цикличность, обычно тысячи циклов зарядки/разрядки.

Когда можно ожидать?

Ожидается, что новое поколение передовых литий-ионных аккумуляторов будет развернуто до первого поколения твердотельных аккумуляторов. Они идеально подходят для использования в таких приложениях, как системы накопления энергии для возобновляемых источников энергии и транспорта (морского, железнодорожного, авиационного и внедорожного), где необходимы высокая энергия, высокая мощность и безопасность.

 

АККУМУЛЯТОРЫ ЛИТИЙ-СЕРНЫЕ

Что это такое?

В литий-ионных батареях ионы лития накапливаются в активных материалах, действующих как стабильные структуры-хозяева во время заряда и разряда. В литий-серных (Li-S) батареях нет структур-хозяев. При разрядке литиевый анод расходуется, а сера превращается в различные химические соединения; при зарядке происходит обратный процесс.

Каковы его преимущества?

В Li-S аккумуляторе используются очень легкие активные материалы: сера в положительном электроде и металлический литий в качестве отрицательного электрода. Вот почему его теоретическая плотность энергии чрезвычайно высока: в четыре раза больше, чем у литий-иона. Это делает его подходящим для авиационной и космической промышленности.

Компания Saft выбрала и одобрила наиболее многообещающую технологию Li-S на основе твердотельного электролита. Этот технический путь обеспечивает очень высокую плотность энергии, длительный срок службы и устраняет основные недостатки жидкого Li-S (ограниченный срок службы, высокий саморазряд и т. д.).

Кроме того, эта технология дополняет твердотельные литий-ионные благодаря превосходной гравиметрической плотности энергии (на кону +30% в Втч/кг).

Когда ждать?

Основные технологические барьеры уже преодолены, и уровень зрелости очень быстро приближается к полномасштабным прототипам.

Ожидается, что эта технология появится на рынке сразу после полупроводниковых литий-ионных аккумуляторов для приложений, требующих длительного времени автономной работы.

 

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ БАТАРЕИ

Что это?

Твердотельные батареи представляют собой смену парадигмы с точки зрения технологии. В современных литий-ионных батареях ионы перемещаются от одного электрода к другому через жидкий электролит (это также называется ионной проводимостью). В полностью твердотельных батареях жидкий электролит заменен твердым соединением, которое, тем не менее, позволяет ионам лития мигрировать внутри него. Эта концепция далеко не нова, но за последние 10 лет — благодаря интенсивным исследованиям во всем мире — были открыты новые семейства твердых электролитов с очень высокой ионной проводимостью, аналогичной жидкому электролиту, что позволило преодолеть этот особый технологический барьер.

Сегодня усилия компании Saft Research & Development сосредоточены на двух основных типах материалов: полимерах и неорганических соединениях с целью синергии физико-химических свойств, таких как технологичность, стабильность, проводимость…

Каковы его преимущества?

Первым огромным преимуществом является заметное повышение безопасности на уровне элемента и батареи: твердые электролиты негорючи при нагревании, в отличие от их жидких аналогов. Во-вторых, он позволяет использовать инновационные высоковольтные материалы с большой емкостью, что позволяет создавать более плотные и легкие батареи с более длительным сроком хранения за счет снижения саморазряда. Более того, на системном уровне это принесет дополнительные преимущества, такие как упрощенная механика, а также управление температурой и безопасностью.

Поскольку аккумуляторы могут демонстрировать высокое отношение мощности к весу, они идеально подходят для использования в электромобилях.

Когда ждать?

Несколько видов полностью твердотельных батарей, вероятно, появятся на рынке по мере развития технического прогресса. Первыми будут твердотельные батареи с анодами на основе графита, обеспечивающие улучшенные энергетические характеристики и безопасность. Со временем более легкие технологии твердотельных батарей с использованием металлического литиевого анода должны стать коммерчески доступными.

Автопроизводители борются за контроль над технологиями аккумуляторов следующего поколения

ВОБУРН, Массачусетс — Американские автопроизводители и их поставщики уже сильно отстают от азиатских производителей в производстве аккумуляторов для электромобилей, разрабатывая аккумуляторы нового поколения, которые дешевле и компактнее. больше энергии и зарядка быстрее.

Это глобальный конкурс с огромными экономическими последствиями для автопроизводителей, небольших стартапов по производству аккумуляторов и покупателей автомобилей, которые через несколько лет будут выбирать из ошеломляющего множества электромобилей, использующих различные типы аккумуляторов, поскольку эра двигателей внутреннего сгорания отступает.

Химический состав аккумуляторов — техническая тема, которая была прерогативой инженеров — стала одной из самых горячих тем для обсуждения в залах заседаний директоров General Motors, Toyota, Ford Motor и Volkswagen, а также в Белом доме.

При финансовой и технологической поддержке со стороны правительства эти гигантские компании создают стартапы, работающие над переделкой аккумуляторов, чтобы их не оставила позади промышленная революция, вызванная появлением электромобилей.

Способность автопроизводителей осваивать аккумуляторные технологии может помочь определить, какие компании преуспеют, а какие уступят Tesla и другим производителям электромобилей.

Аккумуляторы помогут определить цену новых автомобилей и могут стать отличительной чертой транспортных средств. Подобно мегапикселям в камерах или скорости обработки компьютерных чипов, которыми когда-то были одержимы потребители, характеристики аккумуляторов станут критерием, по которому будут оцениваться и покупаться легковые и грузовые автомобили.

«Это будет новая отличительная черта бренда в будущем — батарея в электромобилях», — сказал Хау Тай-Танг, директор по продуктовой платформе и операционный директор Ford. «Поэтому мы прилагаем огромные усилия».

Аккумуляторы, конечно же, также будут играть центральную роль в борьбе с изменением климата, помогая легковым и грузовым автомобилям и энергетическому сектору отказаться от нефти, угля и природного газа.

Автопроизводители проходят ускоренный курс по химии аккумуляторов, потому что спрос на электромобили растет. Компании должны выяснить, как сделать батареи дешевле и лучше. Сегодня аккумуляторы могут составлять от четверти до трети стоимости электромобилей. И большинство этих батарей производится несколькими азиатскими компаниями.

Даже Tesla, доминирующий производитель электромобилей, полагается на азиатских поставщиков и стремится расширить собственное производство.

В этом месяце президент Байден призвал компании перенести большую часть цепочки поставок аккумуляторов в Соединенные Штаты. Вторжение России в Украину подчеркнуло стратегическую важность таких усилий. Volkswagen был вынужден временно закрыть свой основной завод по производству электромобилей в Германии после того, как боевые действия прервали поставки запчастей, произведенных на западе Украины.

Автогиганты, такие как Stellantis, которой принадлежат Ram и Jeep, щедро вкладывают деньги в такие стартапы, как Factorial Energy, в которой работает менее 100 сотрудников в офисном парке в Воберне, недалеко от Бостона.

Руководители Factorial, которые перестали отвечать на звонки автопроизводителей, предлагающих мешки денег, разрабатывают аккумулятор, который может заряжаться быстрее, удерживать больше энергии и с меньшей вероятностью перегреваться, чем современные аккумуляторы.

«Деньги могут приходить и уходить», — сказал Сию Хуан, соучредитель Factorial, который начал экспериментировать с аккумуляторными технологиями, будучи аспирантом Корнельского университета. «Мы хотим создать самую безопасную батарею и изменить образ жизни людей».

Высокопоставленные чиновники администрации Байдена заявили, что хотят помочь, признав, что Соединенные Штаты проделали плохую работу, извлекая выгоду из аккумуляторных технологий, созданных внутри страны. Многие из этих изобретений породили огромную индустрию в Китае.

Департамент энергетики рассматривает возможность финансирования компаний, которые производят аккумуляторы или поставляют детали или важные минералы, необходимые для их изготовления. По подсчетам агентства, у агентства уже есть как минимум 10 ожидающих рассмотрения заявок на общую сумму более 15 миллионов долларов для поддержки этих проектов, связанных с батареями.

Министр транспорта Пит Буттиджич заявил в прошлом месяце, что неудача с инновациями нанесла ущерб его родному городу Саут-Бенд, штат Индиана, где когда-то располагался Студебеккер, который прекратил свою деятельность в 1960-х годах.

«Инновации занимают центральное место в прошлом, настоящем и будущем нашей автомобильной промышленности, и мы видим это прямо сейчас, когда у Америки есть возможность возглавить революцию в области электромобилей», — сказал он.

Ближайшие изменения коснутся строительных блоков аккумуляторов.

Большинство литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях, содержат никель, марганец и кобальт. Но некоторые автопроизводители, в том числе Tesla и Ford, переходят на использование аккумуляторов, по крайней мере, в некоторых автомобилях, которые используют литий-железо-фосфат, популярный в Китае.

Эти батареи LFP, как они известны, не могут хранить столько энергии на фунт, но они намного дешевле и служат дольше.

Tesla планирует предлагать аккумуляторы LFP в недорогих электромобилях с меньшим радиусом действия. Ford планирует использовать их в некоторых грузовиках, продаваемых под брендом Ion Boost Pro для владельцев автопарков.

«Это могут быть службы доставки, это могут быть сантехники, электрики, ландшафтные дизайнеры, которые работают в фиксированной географической зоне», — сказал г-н Тай-Танг, исполнительный директор Ford.

Ford объединяется с SK Innovation из Южной Кореи для производства аккумуляторов, но надеется перенести большую часть этого производства в Соединенные Штаты, сказал г-н Тай-Танг. «Это уменьшит некоторые геополитические проблемы, а также проблемы, связанные с затратами на логистику».

Но батарея LFP не является полным решением. Тесла, использующие эти батареи, могут проехать на одной зарядке всего около 470 км по сравнению с примерно 358 милями для аналогичных моделей с никелевыми и кобальтовыми батареями. Кроме того, батареи LFP могут терять часть своей мощности, когда температура падает ниже точки замерзания, и для их зарядки требуется больше времени.

Новый электрический пикап Ford F-150, который еще не поступил в продажу, но уже имеет 200 000 заказов, будет опираться на батареи с более высоким процентом энергоемкости никеля, также производства SK Innovation.

В феврале Tesla заявила, что уже построила один миллион ячеек для своей батареи следующего поколения «4680», которую она начала использовать в своих кроссоверах Model Y. Генеральный директор автопроизводителя Илон Маск заявил, что батарея будет иметь на 16 процентов больший запас хода благодаря характерному сотовому дизайну. «Это сложно, пока это не обнаружено, а потом становится просто», — сказал он в 2020 году9.0005

Г.М. утверждает, что для его аккумуляторной батареи Ultium требуется на 70 процентов меньше кобальта, чем для элементов, используемых в электрическом хэтчбеке Chevrolet Bolt. Компания добавила алюминий в свой аккумулятор. Пикап GMC Hummer, который G.M. Недавно начал продавать, это первый автомобиль с этим аккумулятором.

G.M. в партнерстве с южнокорейской компанией LG Chem строит завод по производству аккумуляторов стоимостью 2,3 миллиарда долларов в Лордстауне, штат Огайо. Это один из как минимум 13 крупных заводов по производству аккумуляторов, строящихся в США.

Аккумуляторы уже играют важную роль в брендинге автомобилей — G.M. запускает рекламу аккумуляторов Ultium. Это добавляет императива, что они гарантируют, что эти батареи надежны и безопасны. Г.М. пришлось отозвать Bolt, чтобы исправить дефект батареи, который может привести к возгоранию.

«Наша миссия состоит в том, чтобы сделать правильные научные открытия и технические прорывы, необходимые для реализации новых систем хранения энергии и аккумуляторов», — сказал Илиас Белхаруак, руководитель Центра производства аккумуляторов в Ок-Ридже. Фото… Кендрик Бринсон для The New York Раз

Многие автопроизводители стремятся уменьшить свою зависимость от кобальта отчасти потому, что он в основном поступает из Демократической Республики Конго, где его добывают компании, финансируемые Китаем, или фрилансеры, которые иногда нанимают детей.

«Потенциальное нарушение прав человека, детский труд или шахтеры-кустари, которые ведут раскопки в очень сложных условиях, — вот что нас больше всего беспокоит», — сказал Маркус Шефер, старший исполнительный директор Mercedes-Benz, отвечающий за исследования и разработки. .

Автомобильная промышленность также обеспокоена никелем, поскольку Россия является важным поставщиком металла.

Группа из примерно 25 правительственных ученых из Окриджской национальной лаборатории в Теннесси хочет еще больше продвинуть эти инновации.

Обычные аккумуляторы для электромобилей были установлены рядом с экспериментальной альтернативой без кобальта. Ученые неделями заряжают и разряжают их, измеряя, как они работают. Илиас Белхаруак, управляющий Центром производства батарей в Ок-Ридже, сказал, что цель состоит в том, чтобы сократить расходы на батареи почти вдвое, увеличить их дальность до 300 миль и сократить время зарядки до 15 минут или меньше. (Существующие аккумуляторы обычно заряжаются от 30 минут до 12 часов, в зависимости от автомобиля и розетки.)

Часть этой работы будет финансироваться за счет 200 миллионов долларов, которые Министерство энергетики выделило в конце прошлого года семи национальным лабораториям. В этом месяце департамент проведет «виртуальный питчфест», на котором разработчики аккумуляторов представят свои идеи ученым, правительственным чиновникам и руководителям отрасли.

Factorial Energy и другие американские стартапы, такие как Solid Power и QuantumScape, стремятся революционизировать способ создания батарей, а не просто изменить их ингредиенты. Современные батареи полагаются на жидкий раствор электролита, который обеспечивает передачу электричества между различными компонентами.

Твердотельные батареи не имеют жидкого электролита, поэтому они легче, хранят больше энергии и заряжаются быстрее. Они также гораздо менее склонны к воспламенению и, следовательно, требуют меньшего количества охлаждающего оборудования.

Большинство крупных автопроизводителей сделали большие ставки на полупроводниковые технологии.

Volkswagen вложил свои деньги в компанию QuantumScape, базирующуюся в Сан-Хосе, Калифорния. BMW и Ford делают ставку на Solid Power в Луисвилле, штат Колорадо. инвестировал в корпорацию SES AI, которая возникла из Массачусетского технологического института и базируется в Вобурне.

Но пока не ясно, как скоро поступят твердотельные аккумуляторы. Stellantis заявила, что надеется представить автомобили для массового рынка с этими батареями к 2026 году, но руководители других компаний говорят, что эта технология может стать широко доступной не раньше 2030 года.

«Мы хотим создать самую безопасную батарею и изменить образ жизни людей. », — сказал Сию Хуан, соучредитель Factorial, который начал экспериментировать с аккумуляторными технологиями, будучи аспирантом Корнельского университета. Кредит … Тони Луонг для The New York Times

Какой бы производитель автомобилей первым не предложил твердотельные батареи, у него будет огромное преимущество.

Г-жа Хуанг из Factorial сказала, что для нее и ее делового партнера Алекса Ю было обычным делом работать всю ночь, стремясь достичь технических результатов.

По ее словам, ее мотивируют воспоминания о загрязненном воздухе, которым она дышала, когда росла недалеко от Шанхая. «Основная миссия нашей компании — стремиться к будущему без ископаемого топлива», — сказала г-жа Хуанг. «Это то, к чему я стремлюсь в своей жизни».

В конце концов, Factorial, в которую также инвестировали Mercedes и Hyundai, хочет строить заводы по всему миру — амбициозная цель, учитывая, что компания только что переехала на второй этаж.

В ряде лабораторий сотрудники в белых халатах и ​​с интенсивным выражением лица тестируют клетки-прототипы.