Будущее: Наука и техника: Lenta.ru

В первой половине XXI века человечество начинает отказываться от машин на двигателе внутреннего сгорания. Традиционные средства передвижения перестанут производить уже скоро — на горизонте 10-20 лет отказ от ДВС кажется вполне реальным. Осталось только решить проблемы электрических силовых установок — новых источников движения. Что тормозит развитие автомобилей на электротяге, какие существуют недостатки современных аккумуляторов и как улучшить батареи, — читайте в материале «Ленты.ру».

Летом 2021 года Илон Маск упрекнул Apple в провале борьбы за экологию планеты. По словам Маска, в батарее для iPhone используется недопустимое количество кобальта, при этом в Tesla уже придумали, как снизить его долю до двух процентов. Кобальт — один из самых проблемных материалов, используемых в аккумуляторах. Батареям без него не обойтись, но данный элемент добывают с нарушением условий труда в Демократической Республике Конго, а также он очень токсичен.

В истории производства современных аккумуляторов есть очень много проблемных вопросов, поэтому радоваться Маску как минимум преждевременно. Даже полный отказ от кобальта, что сейчас в принципе невозможно, не гарантирует безопасности и высокого качества батарей. Что еще не позволяет назвать современные электрокары — главных потребителей мощных аккумуляторов — самым экологичным и эффективным видом транспорта?

Проблемы быстрых людей

Не только компании по производству электрических автомобилей, но и сегмент потребительской электроники зависят от лития. Первый прототип литий-ионной батареи в 1980 году создал американский инженер Джон Гуденаф. Современный вариант аккумулятора для гаджетов и автомобилей запатентовала компания Sony — это случилось в 1991 году. На фоне традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов литий-ионные могут выдать больше энергии и имеют больший срок эксплуатации. Однако у лития есть два больших недостатка. В первую очередь это цена, которая растет из-за увеличения спроса на материал. Также литий-ионные батареи зависят от внешней среды — они теряют эффективность после тысячного цикла зарядки, легко воспламеняются, выдают низкую мощность при отрицательных температурах, дороги при транспортировке.

Кадр: Real World Police / YouTube

Так как Tesla находится в авангарде рынка электрокаров (по крайней мере, в медийном плане), все проблемы продукции концерна рассматривают под микроскопом. Как и автомобили других производителей, машины Tesla попадают в ДТП, горят, взрываются, но к транспортным средствам будущего всегда приковано повышенное внимание. Дорожно-транспортные происшествия, как правило, возникают из-за двух моментов — проблем с автопилотом и аккумулятором. Если первое можно исправить на уровне софта, то неполадки с батареями будут внушать опасения на протяжении всего срока эксплуатации авто — как минимум их нынешним хозяевам.

Судя по новостям, основанные на литий-ионных аккумуляторах машины компании Маска крайне быстро загораются, а ликвидация последствий аварии связана с риском для спасателей и пожарных. Случаи возгорания батарей происходят как на парковке, так и в движении. Довольно часто батарея загорается при сильном ударе или перегреве. Например, в апреле два человека погибли в электрокаре Tesla после столкновения с деревом. Машина загорелась, пожар тушили около четырех часов.

Климат также мешает нормальной эксплуатации машин на электрической тяге. Если бензиновый автомобиль примерно одинаково функционирует как при низкой, так и при высокой температуре, то сезонные колебания температуры сильно влияют на технические характеристики электрокара. Как правило, зимой батареи быстро садятся, а летом могут перегреться.

Несмотря на недостатки лития, от этого материала точно не откажутся в ближайшие десятилетия. По оценке аналитиков BloombergNEF, в ближайшие несколько лет рынок решит одну из проблем — вопрос с ценой материала. Специалисты заявляют, что в начале XXI века литий-ионные батареи стоят в 30 раз дешевле, чем в 1990-х годах. К 2023 году стоимость аккумуляторов снизится до ста долларов за киловатт-час, что на 20 процентов ниже, чем сейчас.

Что с экологией? Как и в случае с экономикой, вопрос безопасной переработки будет решен благодаря эффекту масштаба. Ученый Ханс Эрик Мелин полагает, что как только на рынке окажется огромное количество изношенных батарей — буквально миллионы тонн, — то сразу появится адекватное предложение. Утилизировать аккумуляторы будет экономически обоснованно. Это видно на примере свинцово-кислотных аккумуляторов, которые успешно перерабатываются, даже несмотря на то, что свинец является очень дешевым материалом. «Из-за объема утилизировать его выгодно», — считает специалист по хранению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто Хареш Камат.

Как нам обустроить EV?

Если с вопросами стоимости и экологии будет покончено, то остальные недостатки современных аккумуляторов можно будет решить с помощью технического прогресса. Одним из вариантов повышения эффективности батареи является добавление в ее состав кремния. Даже если кремний будет составлять менее десяти процентов от состава аккумулятора, это увеличит плотность накапливаемой энергии до 400 ватт-час. Также будет увеличен срок службы и огнестойкость элементов. Батареи с добавлением кремния подходят для быстрой зарядки, а значит, время на полную заправку электрокара можно будет сократить.

Специалисты ABI Research предсказывают постепенное добавление кремния в аккумуляторы в период с 2023 по 2025 годы. Через несколько лет будет создана батарея с показателем плотности энергии 400 ватт-час.

«Литий-кремниевые и твердотельные аккумуляторы — это технологии, на которых будут основаны будущие электрокары», — заявил ведущий аналитик ABI Research Джеймс Ходжсон. Твердотельные батареи отличаются от традиционных тем, что основаны на плотных материалах, например, керамике или стекле. Преимущества подобных аккумуляторов очевидны. Во-первых, чем меньше деталей в компоненте, тем ниже риск поломки. Во-вторых, твердотельные батареи сохраняют 90 процентов емкости даже после пяти тысяч циклов, в-третьих, рассчитаны на быструю зарядку — до 80 процентов за 15 минут.

Основная проблема твердотельных элементов заключается в их дороговизне. Однако и литий-ионные батареи всего каких-то 20 лет назад были дороги в производстве и эксплуатации

Одной из новейших инициатив в улучшении батарей для электрокаров является разработка литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Ученые Университета штата Пенсильвания в начале 2021 года создали прототип батареи, которая имеет запас хода 400 километров и заряжается всего за десять минут. Общий ресурс такого элемента составляет более трех миллионов километров. Ключевой особенностью батареи является ее способность быстро нагреваться до 60 градусов и так же быстро остывать. При подключении к источнику энергии тонкая никелевая фольга, один конец которой прикреплен к отрицательной клемме, а другой выходит за пределы ячейки, нагревает внутреннюю часть батареи.

В результате такого самонагрева можно не беспокоиться о неравномерном распределении лития в компоненте или — простыми словами — о возникновении опасной ситуации в процессе быстрой зарядки. Благодаря своей конструкции, литий-железо-фосфатные аккумуляторы предпочтительны в использовании в спортивных электромобилях. «Машина с такой батареей может разгоняться с нуля до 60 километров в час за три секунды и будет “топить”, как Porsche», — отметил заведующий кафедрой машиностроения университета Чао-Ян Ван.

Фото: Michele Tantussi / Reuters

Одним из трендов в автомобилестроении — конкретнее, в сегменте электрокаров последних лет — является постепенная ориентация на бюджетный сектор. Например, Tesla из-за государственных субсидий уже продает в Китае свои автомобили со скидкой, а в недалеком будущем компания намерена выпустить полностью автономный электрокар дешевле 25 тысяч долларов. Поэтому многие автопроизводители сейчас обращают внимание на натриево-ионные аккумуляторы.

Материалы по теме:

Элементы такого типа использовались еще в 1970-х годах, однако литий-ионные аккумуляторы в конце XX века считались более перспективными. Проблемы последних заставляют продолжить работу над батареями на основе натрия. Натриево-ионные аккумуляторы не устроят революцию в отрасли, но могут дать развитие сегменту доступных электромобилей. В первую очередь такой тип компонентов безопасен — они имеют более низкую плотность энергии, медленнее заряжаются и не так предрасположены к воспламенению. В этой связи батареи могут прослужить дольше, чем литий-ионные аккумуляторы.

Также зарядные элементы такого типа гораздо дешевле в производстве. По оценке аналитиков Jefferies Group LLC, в земных недрах содержится в 300 раз больше натрия, чем лития. Распределение этого материала более равномерно, поэтому автопроизводители не страдают от дефицита и не зависят от политической конъюнктуры в одной конкретной стране, что наблюдается в случае с кобальтом.

Большая проблема натриево-ионных аккумуляторов заключается в том, что в мире еще не налажены стабильные цепочки поставок основного компонента. Однако к 2023 году ситуация изменится в лучшую сторону.

***

Если говорить о кобальте, то производители батарей могут постепенно отказаться от этого материала — как и мечтал Илон Маск. В конце лета 2021 года китайская компания SVOLT разработала первый аккумулятор для автомобилей, не имеющий в своем составе кобальта.

Детали проекта не раскрываются, но известно, что электрокар на базе данного элемента может проехать до 600 километров на одном заряде и разогнаться до ста километров в час за пять секунд. Если технология бескобальтовых батарей станет флагманской на рынке, то индустрия решит проблему зависимости от одного компонента, а ситуация с эксплуатацией детского труда может измениться в лучшую сторону.

Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

• 1 Основные типы аккумуляторов
  • 1.1 Свинцово-кислотные аккумуляторы
  • 1.2 Щелочные аккумуляторы
  • 1.3 Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы
• 2 Как выбрать правильную батарею?
  • 2.1 Для маленьких, маломощных электронных устройств
  • 2. 2 Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков
  • 2.3 Для солнечных электростанций
  • 2.4 Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией «Ваш Солнечный Дом»?
• 3 Выбор батарей: итоговые замечания
  • 3.1 Литиевые батареи
  • 3.2 Никель-металгидридные батареи
  • 3.3 Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях. Смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов:

• свинцово-кислотные
  • стартерные (автомобильные)
  • AGM (герметичные)
  • герметичные гелевые
  • герметичные гелевые с трубчатыми электродами (OPzV)
  • заливные с намазными пластинами (серия OPzS)
  • тяговые (обычно с жидким электролитом)
  • карбоновые
• щелочные
  • никель-железные
  • никель-кадмиевые
  • никель-металгидридные
• литий-ионные (в последнее время цена на них снизилась и появились аккумуляторы с большим сроком службы — литий-железо-фосфатные)

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).

Специальные батареи с намазными пластинами для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются, но реже. Такие батареи выпускаются в основном в Европе и в США. Они сравнительно дорогие. В последнее время на российском рынке появились такие аккумуляторы китайского производства. При практически таких же характеристиках, китайские аккумуляторы значительно (в полтора-два раза) дешевле.

Тяговые аккумуляторы, как с жидким электролитом, так и герметизированные, предназначены для цикличных режимов работы. Аналогичными параметрами обладают и модификации deep cycle (глубокого разряда). Они более подходят для автономных систем энергоснабжения. Они дороже обычных герметизированных АБ, но и срок службы у них больше.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена. Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно. Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Подробно различные типы свинцово-кислотных АБ рассмотрены в статье «Типы свинцово-кислотных аккумуляторов«.

Щелочные аккумуляторы

Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом удобном случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости — действует так называемый «эффект памяти», наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя — только "от и до". Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон ) щелочники служат до 20 лет (точнее, 1000-1500 полных циклов). Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые и никель-металгидридные герметичные батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда. Применяются обычно в переносных или мобильных источниках питания, т.к. позволяют запасать большее количество энергии на кг веса.

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам. NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды. К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Хотя электрические параметры NiMh батарей не такие хорошие, как у NiCd, никель-металлгидридные батареи более стабильны и не так страдают от «эффекта памяти» никель-кадмиевых батарей. Их не нужно полностью разряжать перед зарядом, так как это требуют NiCd аккумуляторы, для предотвращения роста внутренних кристаллов, которые приводят к трещинам корпуса NiCd батареи. NiMh аккумуляторы формата «АА» соответствуют обычным алкалиновым батарейкам, и поэтому наиболее популярны при использовании в цифровых фотоаппаратах и камерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонариках.

Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы с жидким электролитом дешевле герметичных, но содержат жидкий электролит, выделяют газы при заряде и требуют периодического обслуживания и специального вентилируемого помещения. По стоимости запасенной энергии в цикле заряд-разряд сопоставимы или даже дешевле герметичных свинцово-кислотных батарей.

Мы рекомендуем использовать никель-железные аккумуляторы (обычно их используют в качестве тяговых на электротранспорте, а также на железной дороге) только в одном случае — в составе автономной дизель-аккумуляторной системы, в которой топливный генератор является единственным источником энергии. Из нашего опыта знаем, что свинцово-кислотные АБ не долго держатся в таких системах — глубокие циклы и хронический недозаряд делают свое черное дело. В этих условиях работы можно смириться с такими недостатками щелочных АБ, как невозможность заряда малыми токами (можно от генератора выставить любой, и даже лучше если ток будет большой — быстрее зарядится), эффект памяти (циклы будут как раз глубокие) и низкий КПД заряда. Для генераторной системы эффект памяти не важен — АБ разряжаются как можно сильнее, чтобы запускать генератор как можно реже.

По поводу КПД — если щелочные АБ можно заряжать большим током, то его низкий КПД с лихвой окупится более эффективным режимом работы генератора. Ведь для дозаряда свинцовых АБ требуется долго заряжать их малыми токами, т.е. практически на холостом ходу генератора. А у щелочных ограничения при заряде — это температура аккумуляторов, а также газовыделение.

Еще раз подчеркнем, что не для всякой резервной или автономной системы подходят щелочные аккумуляторы. Если есть солнечные батареи или ветроустановки, т.е. источники, которые выдают разные токи, в т.ч. и малые, щелочные аккумуляторы ставить смысла нет — энергия малых токов будет просто теряться без пользы.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов. Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда — заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей. Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты. Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

Для систем электроснабжения лучше всего подходят литий-железо-фосфатные аккумуляторы. См. по ссылке подробную информацию по этому типу аккумуляторов. Купить такие аккумуляторы можно в нашем магазине.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости — от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения.  Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Одни из новейших разработок — литий-титанатные аккумуляторы. Они имеют срок службы до 25000 тысяч циклов.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос — какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т. п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА. Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров). Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию. Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией «Ваш Солнечный Дом»?

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов. Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы. При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород . Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е. один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости — это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость. Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея. Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы. Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Поэтому, для использования в автономных системах электроснабжения остаются только «медленные» свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют большой срок службы, просты в эксплуатации и предсказуемы в работе. Эти батареи работают как резервуары, которые хранят вашу солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Они также работают как буфер для тех моментов, когда ваша солнечная батарея не может полностью обеспечить нагрузку. Они могут быть подключены к оборудованию и заряжаться одновременно — в отличие от литиевых аккумуляторов. Даже 7 А*ч аккумулятор, такой как используется в комплекте для ноутбука, может питать ноутбуки, зарядные устройства для батарей, может заряжаться от солнечных батарей и весит не так уж много.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

• могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
• Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
• Могут заряжаться за 1-2 часа
• Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами
• Требуют обслуживания,  выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
• Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряд происходит за 2-4 часа
• Могут работать при минусовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
• Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
• Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
• Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряжаются за 8-16 часов
• Могут работать при минусовых температурах
• Могут заряжаться малыми токами
• Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
• Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
• Желательно не разряжать более, чем на 50%
• Саморазряд — около 3% в месяц
• Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
• Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 36340 раз(а)!

Продолжить чтение

• Какая емкость АБ Вам нужна?

  72

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

• Аккумуляторные батареи. Ликбез

  68

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

• 12 вариантов уничтожения аккумулятора

  59

  Двенадцать вариантов уничтожения нового АКБ Приведем наиболее часто встречающиеся нарушения правил эксплуатации: Заряд током чрезмерно большой силы, превышающим нормальный в несколько раз. Перегрев электролита, коробление электродов, реже — разрушение сепараторов, осыпание активной массы и т. п. Это обычно происходит при форсированных…

• Руководство покупателя АКБ для систем электроснабжения

  58

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• Аккумуляторы — FAQ

  55

  Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения — ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…

• Эксплуатационный ресурс герметичных АБ

  54

  Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г. Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

Современные типы литиевых батарей и их использование

С момента изобретения аккумуляторных батарей литиевого типа, они снискали огромную популярность в мире. Практичные, износоустойчивые, рассчитанные на длительный период эксплуатации, эти элементы питания с успехом поддерживают работоспособность не только различной электроники, но и большинства современных индивидуальных транспортных средств с электродвигателями: от складных электровелосипедов и самокатов до гироскутеров, моноколес и сигвеев. Постепенно их берут на вооружение и автомобилестроительные компании, создающие более габаритную технику.

Способствует росту спроса на эту продукцию и тот факт, что в мире постоянно создаются новые виды Li-ion аккумуляторов, возникают более совершенные конструкции, а инженеры постоянно бьются над решением проблемы изобретения долговечной, легкой, экономно расходующей заряд и, в то же время, достаточно мощной батареи.

Самый популярный формат мощного литиевого аккумулятора – литий-ионные. Они поставляются на рынок с разным объемом, с разными токами разряда. Чтобы добиться изменения характеристик батареи, производители прибегают к различным манипуляциям. Например, наращивают слой электродной массы на фольге, чтобы увеличить удельные показатели устройства. Также с этой целью могут корректироваться толщина электрода или сепаратора,

изменяться размеры элементов в составе активной массы, выбираться разные материалы для производства электродов.

Традиционно, те из Li-батарей, которые рассчитаны на работу со стартерами, выполняются с максимальной мощностью, в то время как элементы питания мобильных девайсов и всевозможной электроники делаются с упором на большую емкость.

Типы литиевых батарей

Говоря о классификациях Li-аккумуляторов, в первую очередь стараются разделить их на классы в зависимости от основного активного вещества. Как правило, каждая такая категория разработок имеет собственную формулу и сокращенное название:

• Сложные литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи, также известные как NCA, изначально были популярны у создателей медицинского оборудования, силовых агрегатов, промышленных установок. Сегодня их активно включают в свои разработки и создатели электрического транспорта.. Данные элементы питания демонстрируют высокую энергоемкость наряду с показательной долговечностью, однако они не выбились еще пока в лидеры по причине своей высокой стоимости и сомнительной безопасности.

• Литий-марганцевая разработка (в основе – литий-ионная ячейка, дополненная катодом в виде шинели Li-Mn) представляет собой продукт высокой 

  мощности, достаточно безопасный, однако характеризующийся не слишком большой емкостью. Их чаще всего поставляют в качестве комплектующих электровелосипедов: как горных, так и складывающихся. Подобные решения имеют небольшой вес, демонстрируют отличную скорость зарядки, но отличаются не слишком большой долговечностью. Впрочем, совсем недавно ученые сумели совместить литий-марганцевые конструкции с литий-никель-марганец-кобальтовыми, получив, в результате, более продвинутую батарею с хорошей энергоемкостью и продленным сроком службы.

• Литий-кобальтовые решения актуальны для техники, потребляющей небольшие токи. . В основе этих конструкций лежит анод графитового типа и катод на основе оксида кобальта. Среди достоинств таких АКБ — хорошие показатели удельной энергоемкости и отличная стоимость, в то время как среди минусов числятся малый эксплуатационный период, неустойчивость к пограничным температурам, скромная удельная мощность.
• АКБ с фосфатом железа, ожидаемо именуемые литий-железо-фосфатными, демонстрируют отменные электрохимические свойства, высокую силу тока, малое внутреннее сопротивление, термоустойчивость. Они не портятся от неправильной эксплуатации, что обеспечивает им длительный срок службы. LiFePo-модули встречаются, преимущественно, в установках, где необходима крайняя выносливость техники, способность переносить большие токи. В частности, они отлично зарекомендовали себя в качестве элемента мощных электровелосипедов. Эти АКБ работают очень долго и отлично выдерживают нагрузки, предоставляя пользователю нужную мощность при сравнительно небольшом весе.
• Литий-титанатные структуры имеют анод, выполненный из нанокристаллов титаната лития, плюс катод, сделанный из графита. Такое приспособление отличается от аналогов повышенной безопасностью, способностью эксплуатироваться при критичных температурах. Его крайне быстро можно зарядить и несколько дольше использовать, чем классический Li-Ion. Некоторые производители электромобилей уже положили глаз на эти аккумуляторы. Литий титанат актуален для транспорта, который используется в странах с холодным климатом или же в холодное/жаркое время года. Данные АКБ возможно заряжать и разряжать как при -50, так и при +50 градусах Цельсия.

• Литий-полимерные аккумуляторы задействуют в роли электролита полимерный материал. Сегодня их очень часто можно встретить в конструкциях скутеров, моноколес и велосипедов с электродвигателями, а также в отдельных электромобилях! Данный вид АКБ считается одним из революционных, поскольку он отдает в десятки раз больше тока по сравнению со значением его емкости в ампер-часах. Малый вес, возможность работать в большом диапазоне температур — главные плюсы разработки. Срок ее службы составляет порядка 500 циклов.

Особняком сегодня идут литий-кислородные аккумуляторы, противопоставляемые литий-воздушным. Их называют инновацией на рынке универсальных элементов питания. Это приспособления с небольшим весом, но высокой производительностью, которые базируются на использовании наночастиц, содержащих Li и O2. Эта разработка в одной из последних ее модификаций была избавлена от недостатка быстрой потери энергии, защищена от избыточного заряда, а также продемонстрировала хорошую устойчивость к влаге и внешним воздействиям.

Форматы и размеры литиевых аккумуляторов

В зависимости от конструкции электрода выделяют рулонные системы (скрученные вокруг пластины) и цилиндрические, составленные из набора элементов (традиционная основа призматических батарей). Рулоны просто собирать, но они максимально эффективны только там, где требуются малая емкость и мощность.

Цилиндрические батарейки оснащаются винтовыми борнами или стандартными контактными площадками (в качестве токовыводов). Среди мелкогабаритных наиболее распространены форматы аккумуляторов Li-ion 18650, напоминающие обычные пальчиковые батарейки.

В зависимости от конструкции корпуса различают цилиндрические, призматические устройства, а также оснащенные фольговой оболочкой.

• Цилиндрический корпус выгоден за счет того, что он обеспечивает минимальное изменение объема элемента питания в ходе его продолжительного использования. Электроды в таких АКБ всего представлены в виде рулонов.

• Призматические системы могут снабжаться винтовыми борнами или контактными площадками под лепестки. Их очень часто задействуют при сборке электротранспорта, особенно – на заводах компаний азиатского региона.
• Ламинированная фольга в качестве корпуса стала популярна после широкого распространения литий-полимерных АКБ. В них применяется особый электролит на полимерах с гелем и ионами лития. Это мягкий и гибкий материал, который мало весит и его удобно запаивать в фольгу. Токовыводы у таких аккумуляторов могут быть как на одной стороне, так и на разных.

В зависимости от конкретных задач, которые ставятся перед аккумуляторами, они могут принимать различные формы. Например, для электровелосипедов часто закупается литий ионный аккумулятор тип бутылка – его удобно монтировать на двухколесном транспортном средстве, встраивать в раму.

Размеры литий ионных батарей

Для определения формата аккумулятора литий-ион была разработана универсальная система маркировки АКБ. Каждый элемент питания, попадающий на рынок, обозначается буквенно-циферной комбинацией, в которую закладываются данные о его габаритах, составе, форме. Читать маркировку цилиндрических батарей следует таким образом:

1. первая пара цифр говорит о диаметре изделия, указанном в миллиметрах;
2. вторая пара цифр указывает на длину батареи;
3. последнее значение является ссылкой на форму элемента питания (в случае с наиболее распространенными цилиндрическими устройствами их форма будет обозначена как 0).

Существует множество типоразмеров АКБ формы цилиндр: от небольших 10180 (диаметр – 10 мм, длина – 18 мм) и 10280 (диаметр – 10 мм, длина – 28 мм) до габаритных 32650 (диаметр – 32 мм, длина – 65 мм), 42120 (диаметр – 42 мм, длина – 12 мм).

Обозначение аккумуляторов класса; таблетка несколько иное. На их тип указывают буквы CR, вводимые в начале маркировки, далее следует две цифры – ссылка на диаметр в миллиметрах и еще две последующие – высота изделия (в десятых долях миллиметров).

Для нужд отрасли и упрощения подбора аккумуляторов производителями и покупателями были разработаны специальные сводные таблицы типоразмеров. Заглядывая в них можно увидеть тип, маркировку каждого аккумулятора и схожие с ним типоразмеры. Читая данные таблицы, стоит, однако, принимать во внимание, что указанные в них параметры только примерно отражают характеристики изделий. Например, толщина защитной платы может быть 3 миллиметра, а наружное покрытие значительно больше, чем на стандартных батарейках.

Дополнительно в маркировках производители часто указывают химические элементы, входящие в состав аккумуляторных батарей. Например, согласно общепринятому стандарту, ICR является обозначением кобальта, NCR – никеля и кобальта, IMR – марганца, INR – никеля и марганца.

Например, значение IMR22650, обнаруживаемое на батарейке, указывает на цилиндрическую перезаряжаемую батарею, выполненную на базе марганца, имеющую диаметр 22 миллиметра, а длину – 65 миллиметров.

Если тема литий-ионных АКБ и их разновидностей заинтересовала вас, рекомендуем посмотреть видео, посвященное сравнению видов различных исполнений аккумуляторов:

Перейти в раздел Li-ion аккумуляторов

Технология и компоненты в аккумуляторных батареях для электромобилей

Технология, инновации, Автомобильные аккумуляторные батареи 12 января 2021

Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных типах автомобилей, но они играют ключевую роль в случае электромобилей. Технологии, отвечающие за их работу, постоянно развиваются, и различные типы аккумуляторов отличаются друг от друга по применению и техническим характеристикам. Узнайте о типах батарей, используемых в электромобилях.

Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов

Аккумуляторы электромобилей (EV) отличаются используемыми в них химическим элементам. В основном мы различаем литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные аккумуляторы. Выбрать оптимальную аккумуляторную батарею для электромобиля сложно, потому что индивидуальные решения хорошо работают в разных ситуациях.

Ниже вы найдете краткое описание различных типов аккумуляторов, используемых в автомобильной промышленности, а также их применение.

Литий-ионная батарея – большая популярность и высокая производительность.

Несомненно, именно литий-ионные батареи в последние годы внесли наибольший вклад в передовое развитие электроэнергетического сектора. Они характеризуются эффективностью, низкой ценой и высоким уровнем производительности по отношению к весу элементов. Это лучшие батареи, если учитывать три параметра: оптимизация размера и веса батареи, соотношение массы к количеству накопленной энергии и выгодная цена. Литий-ионные батареи также можно найти во многих бытовых устройствах, таких как телефоны, компьютеры или пылесосы.

Никель-металл-гидридная аккумуляторная батарея – для специализированного использования.

Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных транспортных средствах, но они играют ключевую роль в случае электромобилей.

Это специальные аккумуляторные элементы, которые достаточно редки по своим химическим и физическим параметрам. Водород является сырьем, требующим особого контроля. Батарея теряет энергию, когда она не используется, но этот недостаток компенсируется длительным сроком службы элементов. Никель-металл-гидридные батареи используются в специализированных устройствах, таких как медицинское оборудование. Решения такого рода характеризуются высокой себестоимостью производства.

Свинцово-кислотные аккумуляторы – низкий срок службы и впечатляющая мощность.

Аккумуляторы этой категории характеризуются отличными параметрами мощности. В электромобиле, однако, приходится делать ставку на решение, которое характеризуется высокой эффективностью даже при низких температурах, где такие батареи работают плохо. Несмотря на то, что стандартные аккумуляторные батареи автомобиля также фиксируют снижение таких условий, свинцово-кислотные элементы демонстрируют худшие показатели в этом аспекте. К их преимуществам относятся низкая себестоимость и надежность.

Суперконденсаторы – поддержка производительности аккумуляторов.

Суперконденсаторы или ультраконденсаторы в первую очередь используются для обеспечения необходимого электропитания при временном отключении электричества. По этой причине они также полезны в электромобилях, где их роль заключается в обеспечении достаточной мощности, когда требуется больше энергии.

Многие электромобили используют аккумуляторные батареи – несколько элементов одновременно. Сочетая возможности суперконденсаторов с литий-ионными и никель-металлогидридными аккумуляторами, можно добиться лучших результатов, чем при использовании одиночных элементов. В настоящее время в автомобильном секторе доминируют литий-ионные аккумуляторы, чаще всего используемые в электромобилях.

Литиево-ионные или никель-металл-гидридные аккумуляторы – как выбрать лучшую батарею для электромобиля?

Из-за описанных выше параметров литий-ионная батарея используется чаще всего. Более того, технология, связанная с этими элементами, все еще развивается. Ведущие поставщики работают над тем, чтобы разрушить дальнейшие барьеры на пути к ассортименту транспортных средств, которые используют данный тип батареи в качестве источника энергии.

Никель-металл-гидридные батареи используются в гибридных транспортных средствах. Сектор EV редко использует свинцово-кислотные батареи, хотя они иногда дополняют литий-ионные батареи. На современном этапе развития эта технология еще не готова к использованию в более широком масштабе.

Суперконденсаторы находят свое место и в электромобилях, позволяя увеличить мощность автомобиля при высокой нагрузке. Благодаря этому во время разгона может поддерживаться стандартный аккумулятор. Суперконденсаторы также очень важны для рекуперативного торможения, что позволяет преобразовывать тепловую энергию в электричество.

См. также: Срок службы аккумуляторных батарей электромобилей – когда следует заменять аккумуляторные батареи электромобилей?

Какой тип батареи используется в электромобилях?

Использование конкретного элемента зависит не только от его производительности, но и от типа транспортного средства. В случае полностью электрических транспортных средств и plug-in гибридов, которые могут быть заряжены от розетки, мы, как правило, имеем дело с литий-ионными батареями. Традиционные гибриды используют в основном никель-гидридные батареи. Больший вклад двигателя внутреннего сгорания в работу транспортного средства позволяет обеспечить более высокий уровень потерь энергии, когда он не используется. Следует также помнить, что в случае гибридных автомобилей элементы долгое время не работают при максимальной нагрузке.

Электромобили намного эффективнее, чем автомобили внутреннего сгорания. Стоимость электроэнергии в большинстве случаев значительно ниже, чем цена топлива, необходимого для проезда по аналогичному маршруту. Наиболее эффективные решения на рынке в настоящее время позволяют преодолевать расстояние около 500 км на одной зарядке.

Партнерство с компанией «KNAUF AUTOMOTIVE» – получение всесторонней поддержки опытного партнера.

Для того чтобы обеспечить оптимальные решения в области электрических батарей, вы не можете работать в одиночку. В течение многих лет компания Knauf Industries работает над внедрением инноваций в автомобильной промышленности. Благодаря командам инженеров, работающих в лаборатории ID Lab, нам удалось превратить полученные за эти годы знания в потенциал на будущее. Мы разрабатываем новые решения по изоляции автомобильных аккумуляторов, компонентов аккумуляторов, электрических кабелей, фитингов для холодильных труб и сепараторов аккумуляторных элементов.

Мы хотим предоставлять нашим партнерам аккумуляторные батареи с гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками и оптимизированным сроком службы. Чтобы предотвратить выход аккумулятора из строя при слишком низких или слишком высоких температурах, важно помнить об изоляции, которая при этом не будет существенно влиять на вес автомобиля. Наш взгляд на будущее сочетает в себе электромобильность с экологией – мы предлагаем такие материалы, как пенополипропилен и пенополистирол, которые на 100% пригодны для вторичной переработки. Мы приглашаем к сотрудничеству предприятия автомобильной отрасли, которые хотят всесторонне поддерживать свое производство.

Из чего скоро будут делать аккумуляторы для электромобилей

1. Углеродные нанотрубки электрода лития
2. Медные нанопроволоки катода лития
3. Литий-воздушный карбон
4. Литий кремния
5. Гибрид углеродно-пенного конденсатора
6. Литий-кремниевый полимер
7. Литиевое серо-углеродное нановолокно
8. Литий-марганцевые композиты, кремний-углеродные нанокомпозиты

• Бонус

По итогам 2018 года продажи Tesla Roadster, Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Fisker Karma и Mitsubishi MiEV не велики. Проблема в аккумуляторных батареях, не позволяющих совершать длительные поездки без подзарядки из-за малой емкости. Подробнее о проблемах электромобилей здесь

Многообещающие заявления ученых и итоги испытаний аккумуляторов для электромобилей, дают надежду, что вскоре автомобиль будет проезжать до 800 км на одном электродвигателе. Все идет к тому, что через 10 лет продажи электрических и гибридных (бензиново-электрических) авто, могут достичь одного процента от общих гигантских продаж автомобильного рынка. Это около 150 тысяч единиц в год.

До 2017 года Toyota, использовала никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы (подробней об аккумуляторах и их видах здесь). Сейчас на рынок выходят автомобили с литий-ионными аккумуляторами, которые превосходят никель-металлгидридные в мощности и времени зарядки. В 2018 году электромобили Prius, RAV4 и гибрид Prius уже поставляются с литий-ионными.

Да, литий-ионные аккумуляторы маленький шаг для всего человечества в мире альтернативных источников топлива. Но давайте будем откровенны: технологии аккумуляторов для электромобилей и гибридов по-прежнему не идут в сравнение с бензиновым или дизельным двигателем. Ни один из электродвигателей не рассчитан на расстояние большее, чем 500 км.

• 2017 Tesla Model S – 507 км
• 2017 Chevrolet Bolt EV – 383 км
• 2017 Hyundai Ioniq Electric – 200 км
• 2017 Ford Focus Electric – 185 км
• 2017 BMW i3 (94-амерная батарея) – 183 км
• 2017 Nissan Leaf – 172 км
• 2017 Mitsubishi i-MiEV – 94 км

Электрические силовые агрегаты дороже бензиновых эквивалентов, примерно на 50%.

Чтобы продажи электромобилей начали рост, должен быть повышен километраж пройденного пути на одном аккумуляторе и сокращена себестоимость производства.

Мы подобрали несколько перспективных технологий для аккумуляторов, которые могут прижиться в электромобилях. Аккумуляторы станут новым альтернативным видом топлива. Разработки ведутся в институтах, лабораториях и исследовательских центрах США, Японии, Великобритании и.… будете смеяться, России. Некоторые разработки финансируются из государственной казны.

Углеродные нанотрубки электрода лития

Больше положительных ионов, больше электроэнергии в аккумуляторной батарее | Разрабатывается в Массачусетском институте технологий

Используя слои углеродных нанотрубок – сильных микроскопических полых нитей с относительно большой площадью – ученые из Массачусетского института технологий разрабатывают катод (электрод, через который проходит поток электронов из аккумулятора), который хранит и высвобождает намного больше положительных ионов, чем обычные литиевые аккумуляторы. Идея состоит в том, что новый катод увеличит количество энергии, хранящейся в электрической батарее автомобиля и ускорит электрический поток в десять раз по сравнению с существующими продуктами. Также развитие новых катодов аккумулятора улучшит твердотелые конденсаторы и приведет к комбинации аккумулятор/конденсатор, которая будет в состоянии хранить и поставлять намного больше электроэнергии, чем любое другое доступное аналогичное устройство.

Про нанотрубки Массачусетский институт рассказал еще в 2010 году. Технология готова к продаже, вся техническая документация подготовлена. Чтобы углеродные нанотрубки электрода лития были применены в аккумуляторах электромобилей технологию должен купить заинтересовавшийся автопроизводитель и довести ее до ума применив в автомобилях. Затем проведут тест-драйвы, ряд обязательных краш-тестов. Только после этого машины с нанотрубками в аккумуляторах запустят в серийное производство. По нашим подсчетам, машины с этой технологией выйдут не раньше, чем через 5 лет.

Медные нанопроволоки катода лития

Надежда министерства энергетики США | Разработки ведет Университет штата Колорадо

В этом аккумуляторе пористый проводниковый графитовый электрод будет заменен на микроскопически тонкие медные провода. Эта разработка называется 3D блоком, потому что эти тонкие провода – толщиной в одну тысячную от толщины человеческого волоса – накапливают ионы на всей своей поверхности, а не только на плоской металлической. Медь менее чувствительна к высоким температурам. Ее способность аккумулировать ионы намного выше, чем у графита, который сейчас используется в литиевых аккумуляторах.

Литиевый аккумулятор с нанопроволокой вмещает и выдает больше энергии, чем обычные литиевые аккумуляторы электромобилей. Технология настолько перспективна, что проект заинтересовал министерство энергетики США, где поддерживают разработку электрических автомобилей. В разработку уже пошли первые финансовые вливания из казны США.

Литий-воздушный карбон

О чем молчит IBM? | Разработки IBM

Цель разработок IBM — увеличение пройденного пути автомобиля с электрической силовой установкой до 800 км. Машина покроет расстояние между городами в 600 км и еще весь день будет ездить по городу на одном только электродвигателе.

Для этого компания разрабатывает литий-воздушные батареи с потенциалом для гораздо большей плотности энергии, чем в литий-ионных аккумуляторах. IBM утверждает, что их аккумулятор работает дольше на одной подзарядке благодаря карбоновым электродам, в которых ионы вступают в реакцию с кислородом, но кислород не разрушает электролитной среды. IBM сохраняет режим тишины по поводу новой технологии, которая держит кислород под контролем, но сообщается, что разработка проводилась на молекулярном уровне. Себестоимость аккумулятора тоже держится в тайне. Литий-воздушные батареи вряд ли будут коммерчески доступны для производителей электрических автомобилей до 2020 года.

Литий кремния

Больше ионов! Больше! | Разработчик – Северо-Западный университет

Гарольд Х. Кун, работает в школе инженерных и прикладных наук им. Маккормика при Северо-Западном университете. Он изучает применение кремниевых электродов (обычно применяются углеродные), надеясь создать аккумулятор большой емкости с большим диапазоном работы. Кун утверждает, что, используя гибкие электроды и свойства кремния расширяться и сокращаться при поглощении и высвобождении ионов, литиевый аккумулятор сможет хранить в себе во много раз больше ионов чем обычный. Такой аккумулятор будет заставлять ионы двигаться быстрее – настолько быстро, что время зарядки электромобиля уменьшится.

Гибрид углеродно-пенного конденсатора

Самая запутанная из запутанных технологий аккумуляторов для электромобилей и гибридов | Разработка Мичиганского технологического университета

Ученые из Мичиганского технологического университета работают над аккумулятором, в котором объединят плотность накопленной энергии химического аккумулятора с эффективностью поставки энергии твердотелых конденсаторов. Для увеличения емкости в качестве катода в аккумуляторе используют углеродную пену. Используемый углеродный анод, гибрид аккумулятор/конденсатор меньше весит и дает больший заряд, чем обычный конденсатор. Устройство переживет не меньше 1000 циклов зарядки, не проявляя признаков снижения производительности.

Литий-кремниевый полимер

Умный полимер — залог будущего для гибридной батареи | Разрабатывается министерством энергетики

Ученые из Национальной лаборатории Лоренца Беркли в Калифорнии разрабатывают литиевый аккумулятор, который сможет хранить в себе большой объем энергии. Разработка известна как литий-кремниевый полимерный аккумулятор. В отличие от других технологий, которые используют кремниевые электроды, специально спроектированный полимер сохраняет структуру электродов, пока они расширяются и сжимаются, тем самым увеличивая объем энергии принимаемой на хранение.

 

Литиевое серо-углеродное нановолокно

Разработчик – Стэнфордский университет

Ученые Стэнфордского университета утверждают, что способность кремния аккумулировать намного больше ионов лития, чем нынешние электроды, делает его №1 в выборе, когда речь заходит об увеличении плотности энергии в аккумуляторе. Но здесь есть одна проблема: кремний сильно расширяется, когда поглощает ионы, и эта подвижность приводит к разрушению проводимости анода. Однако изготовление нановолокон из кремния снижает этот эффект.

Кроме того, ученые обнаружили, что углеродные нанотрубки, внутренняя поверхность которых покрыта серой, позволяют аккумулятору отдавать до десяти раз больше энергии, чем обычные литиевые аккумуляторы. Утверждается, что сера это экологически чистое и дешевое покрытием для электродов, она легко доступна и не токсична.

Литий-марганцевые композиты, кремний-углеродные нанокомпозиты

До 500 км. на одном аккумуляторе обещает компания с парфюмерным названием | Разрабатывается компанией Envia Systems

Первоочередная разработка компании — патентованный катодный материал на основе марганца, богатого металла, который высокоустойчив при использовании в аккумуляторных батареях. По словам компании, Envia марганец дешевле, чем распространенные катоды на основе кобальтового материала. Его использование снизит себестоимость аккумуляторных батарей для гибридов. Также, по словам представителей компании, технология увеличит диапазон работы электродвигателя до 500 км.

Бонус

Технология которая уже применяется: 12-вольтный аккумулятор с аббревиатурой AMG

Несмотря на то, что в гибридных автомобилях стоят мощные силовые источники, бортовые компьютеры, свет, замки питают обычные 12-вольтные аккумуляторы. Последнее поколение 12-вольтных свинцово-кислотных батарей называются Absorbed glass mat – AMG. В AMG содержится серная кислота электролита в сочетании с гелем вместо жидкого электролита. Эти свинцово-кислотные батареи удерживают заряд до одного года, служат дольше чем обычные батареи, герметичны, не требуют обслуживания, устойчивы к тряске. Недостатки в том, что AMG батареи много весят, требуют специальную зарядку, стоят дороже.

Тема про аккумуляторы бесконечна. Еще одно интересное рассуждение на тему, какой аккумулятор для запуска автомобиля лучше: литиевый или свинцово-кислотный, читайте тут.

В завершение, посмотрите видео — ролик о тайных разработках электромобилей в СССР

Литиевые тяговые аккумуляторы на 12-80 Вольт

Малый габарит и вес, количество циклов заряд-разряд, быстрый процесс заряда 2-4 часа против 8-10 часов, нет необходимости доливать воду в банки, не нужно отводить специальное помещение под заряд с хорошей вентиляцией — неоспоримые достоинства литиевых батарей. Но есть и «две ложки дегтя» — — это цена и это необходимость вместе с батареей заменить и зарядное устройство.

Устройство литиевых тяговых батарей.

Так же как и традиционные, свинцово-кислотные, литиевые батареи собираютсмя из элементов (ячеек). Даже если сравнивать свинцовые АКБ выполненные в виде моноблоков, внутри 3 или 6 независимых «банок» отсеков по 2 вольта каждый.
Элементы выпускаются двух видов: цилиндрические и призматические.

Для «легкой» тяги, которая находит применение питая электровелосипеды и скутеры, лодочные моторы, поломоечные машины малой производительности, инвалидные коляски, и малую самоходную складскую технику — используют элементы цилиндрического типа 18650 или 24560.
Для настоящей тяги — профессиональная уборочная техника, штабелеры, погрузчики, электротележки, транспортировщики паллет, ричтраки, грузовые электрокары, пассажирские прогулочные электромашины (гольф кары) — используют призматические элементы большой емкости.
По внешнему виду готовой батареи сложно понять какой тип элементов внутри, но наша рекомендация по надежности — это батареи из призматических элементов. Конструктивно они имеют меньшее количество элементов и как следствие, межэлементных соединений внутри, сами соединения болтовые, и более надежные, чем сварка, (на фото слева видны конструкции литиевых АКБ на разных элементах).

На фото видно, что при сборке из больших элементов, используются толстые перемычки из меди, которые выдерживают большие токи.

Литиевым батареям нужна защита по напряжению и току, только тогда они будут безопасными и долговечными!

Первым обязательным элементом в собранной батареи на любом типе элементов является электронная плата BMS (в переводе система управления батареей). Ее функции: контроль за процессом заряда/разряда ячеек аккумулятора. В случае если на одной из ячеек напряжение отклоняется от рекомендованного диапазона, силовые транзисторы на плате отключат аккумулятор от потребителя и/или зарядного устройства. Таким же образом происходит защита батареи от перегрузки или короткого замыкания. В BMS установлен один или несколько термодатчиков, для контроля за температурой внутри корпуса. Элементы цилиндрического типа при протекании через них токов более 10Cn нагреваются и если разряд длительный, необходимо предотвратить перегрев. У призматических ячеек отвод тепла намного лучше.

Плата BMS использует для управления процессом заряда и разряда электронные силовые ключи, которые имеют ограничения по мощности в зависимости от своей модели. Поэтому важно сопоставить мощность, снимаемую с батареи, мощность зарядного устройства, которым будет заряжаться АКБ с номинальной и максимальной мощностью батареи.

Кроме общих параметров тока и напряжения протекающих в батарее, вторым необходимым элементом является балансир. Это тоже одна или несколько плат, подсоединяющихся к каждой параллельной группе ячеек батареи, выравнивая разности скорости заряда группы. Небольшая неравномерность заряда объясняется разбросом в внутреннего сопротивления каждого элемента, заложенное на этапе производства, т.к. невозможно сделать два абсолютно одинаковых элемента, малая погрешность в технологическом процессе всегда есть. Разница даже в несколько сотых мОм приводит к дисбалансу, когда одни ячейки уже достигли необходимого напряжения, а остальные ещё продолжают заряжаться. В этом случае элементы могут заряжаться не полностью или перезарядиться, что приведет к снижению срока службы.

Балансиры бывают активные или пассивные. Пассивные проще и их цена ниже. Но и КПД заряда тоже ниже. Принцип действия заключается в шунтировании на резистивную нагрузку того элемента или группы элементов, которая уже получила полный заряд, в то время как другая продолжает заряжаться. Лишняя энергия рассеивается на шунте, превращаясь в тепло, что не желательно в закрытом корпусе. Если в батарее много последовательных групп, на пассивных балансирах могут рассеиваться десятки ватт тепла, поэтому батареи с этим типом балансиров желательно применять для работы техники с малой интенсивностью.

Современные активные балансиры. Более сложная схемотехника перераспределяет заряд между элементами таким образом, что энергия заряда уже заряженных элементов через дополнительные цепи поступает на недозаряженные элементы или группы. Это повышает КПД и снижает время заряда. Тепловыделение минимально.

Итог: кроме напряжения и емкости в параметрах литиевой батареи следует учитывать ее максимальную и номинальную мощность или ток. В случае превышения которого, BMS отключит батарею, т.к. изначально не была рассчитана на такую нагрузку. Традиционные свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом таких жестких ограничений не имеют.

Можно ли считать литий безопасным источником питания?

Точный расчет токов разряда, качество самих элементов, качество электронных плат контроля, качество монтажа — от этого зависит главное — пожаро-взрыво безопасность. На сегодня технология LiFePo4 и является самой безопасной и эффективной при этом. При выборе батареи в первую очередь предпочтение надо отдавать заводам поставщикам с именем и компаниям, осуществляющим сборку «не на коленке».

Приведем надежных поставщиков и их продукцию, которая уже прошла проверку эксплуатацией на объектах:

• Легкая литиевая тяга — литиевые аккумуляторы 24v Chilwee для поломоечных машин
• Легкая литиевая тяга — литиевые аккумуляторы 48v 60v RuTrake для электротележек и электроциклов.
• Средняя литиевая тяга — литиевые аккумуляторы 12v 24v Delta LFP
• Мощная литиевая тяга — литиевые аккумуляторы EnSol для погрузчиков, штабелеров, подъемников.

Литиевые батареи для поломоечных машин — плюсы и минусы.

Особенности: Как правило батареи заказываются вместе с своим зарядным устройством, предназначенным для заряда лития. На корпусах есть индикация состояния заряда и степени разряда батареи. Индикация может быть выносной, для крепления на корпус машины.

• Быстрый заряд — скорость принятия заряда до 80% уровня заряженности 2-4 часа. Просто в обеденный перерыв можно поставить поломойку на промежуточный заряд, и пользоваться дальше. У литиевой технологии вынужденный промежуточный заряд батареи не снижает срока службы. Это удобно и позволяет отказаться от четкого графика заряда как у свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом, недозаряд не приводит к сульфатации.
• Вес батареи меньше. Соответственно и расход энергии для передвижения поломоечной машины меньше, время работы — больше! Меньше вес, значит и нагрузка на механические части и колеса меньше — реже нужно менять расходку.
• Срок службы больше. Почти вся уборочная техника среднего класса использует гелевые АКБ (Sonnenschain, SIAP, Deka) ресурс этих батарей всего 600-700 циклов. Используя Литий, можно получить 2000-3000 циклов до замены батарей. Вместе с выше перечисленным, это хорошая экономия, даже при первоначальных высоких вложениях.

Модели аккумуляторов для уборочной и легкой складской техники43>

• 7 837 500 ₽

• 69 840 ₽

• 131 600 ₽

---

Литиевые батареи для электро каров, прогулочного и малого грузового электротранспорта.

Особенности: корпуса под батареи изготавливают с защитой от пыли, влаги и воды. Обязательна ручка для удобной переноски и силовой разъем.

• Прирост в скорости и резвости электро транспорта. За счет существенно меньшей просадки по напряжению под нагрузкой, литиевые батареи способны питать электродвигатели большим напряжением, соответственно увеличивая их крутящий момент. К примеру свинцовая батарея на 12 вольт садится до 10.5 в, в то время как литий минимум до 11.5 вольт.
• Возможность быстрого заряда по пути — достаточно найти розетку с напряжением 220 вольт и за пару часов уровень заряда возрастет до 60-80%, и можно продолжать путь. (конечно само ЗУ надо брать с собой).
• Вес батареи меньше. Соответственно и расход энергии на себя для передвижения электро машины меньше, пробег на одном заряде — больше! Возможность перевести больше груза.
• Срок службы больше. Используемые гелевые АКБ (Sonnenschain, SIAP, Deka) ресурс этих батарей всего 600-700 циклов. Используя Литий, можно получить 2000-3000 циклов до замены батарей. Вместе с выше перечисленным, это хорошая экономия, даже при первоначальных высоких вложениях.

Модели аккумуляторов для электротранспорта43>

• 79 992 ₽

• 50 392 ₽

• 159 990 ₽

• 59 990 ₽

---

Литиевые батареи для погрузчиков и штабелеров.

Особенности: изготавливаются на заказ, согласно габариту, весу и потребляемой мощности техникой. литиевые тяговые аккумуляторы.

• Емкость используется на все 100%. Поэтому емкость новой батареи при переходе с свинцово-кислотных на литий-ионные аккумуляторы может быть уменьшена на 20-30% без сокращения времени работы оборудования. Свинцовые АКБ не могут отдать всю емкость и их безопасно разряжать до 70-80%.
• Существенный плюс: не надо отводить отдельное помещение под зарядный комплекс, не надо проводить обслуживание (контроль и долив воды, уравнительный заряд, ведение журнала), можно не держать в штате специалиста-аккумуляторщика.
• Быстрый заряд и промежуточный заряд — главные плюсы мощных и дорогих литиевых батарей в классе тяжелой тяги. При интенсивном использовании складской техники это может служить превалирующим фактором при принятии решения о смене типа батарей.
• Малый вес батареи — недостаток, а не преимущество! Производители рассчитывают балансировку подъемной складской техники учитывая вес именно свинцовых батарей там где они штатно предусмотрены конструкцией. При замене на литиевые, недостаток веса обязательно должен быть скомпенсирован балластом, иначе погрузчик не возьмет вес груза на который он рассчитан.
• Расчетный срок службы больше всего в 2 раза! Используемые мощные и емкие свинцовые АКБ из PzS или PzB элементов выдерживают ресурс до замены 1300-1500 циклов. Литий обещает прослужить до 3000 циклов.
• Экологичность, свинцовые батареи в период зарядки, выделяют токсичные газы, которые необходимо удалять из зарядной комнаты при помощи вентиляции. Литиевые АКБ герметичны, и не наносят вред окружающей среде в период эксплуатации. НО!
• НО! После периода успешной эксплуатации батарею необходимо утилизировать и если свинец можно сдать на переработку и получить за это еще и деньги, то батарею на основе лития можно утилизировать только заплатив за это деньги (примерно 50 руб на 1 кг). Поэтому экологичность в этом вопросе под сомнением. Заводов по переработке всего два, и из старого лития новый сделать невозможно.

---

Батареи

1.) Основы

Базовая конструкция: Батарея состоит из двух или более элементов. Каждая ячейка состоит из двух различные материалы с электролитом между ними. Ранние инженеры обнаружили, что при использовании правильных материалов отрицательно заряженные ионы притягиваются к катоду (-), при этом положительно заряженные ионы притягиваются к аноду (+) (другой электрод). Есть много типов батарей, см. наш раздел истории для получения дополнительной информации о том, как несколько известных примеров Работа.
12-минутное видео с описанием основного химического состава батареи >
Видео о сборке алюминиево-угольной батареи в домашних условиях >

Катод — электроны «выходят» из батареи с этого электрода и попадают в электрическое устройство, находящееся под напряжением, маркируется черным цветом или (-). это негатив терминал, потому что атомы с дополнительными электронами (- заряженными ионами) притягиваются к этому терминалу. Анод — электроны «попадают» в аккумулятор с этого электрода, который отмечен в красный или (+). Примечание: термины «анод» и «катод» также могут использоваться на устройстве, они помогают указано, как подключить устройство. В устройстве (например, светодиоде) электроны «входят» в устройство через катод и выход через анод (это на обратной стороне батареи). Безопасность! * Подсоединение аккумулятора к устройству обратным разрушать электрические устройства, особенно полупроводниковые устройства. * Замыкание аккумулятора путем соединения клеммы (-) с клеммой (+) может привести к химическому возгоранию или взрыву. * Попадание кислоты из батарейки на пальцы и одежду может привести к ожогу кожи, проеданию дыр в одежде прикосновение к глазам может привести к слепоте. Не вскрывайте батареи, кроме как в контролируемом среде и с соблюдением надлежащих мер предосторожности.

Два способа классификации батарей:
Первичные батареи — этот тип батареи готов к электрическому заряду, как только как он построен
Дополнительные батареи — этот тип батареи необходимо заряжать после ее изготовления

Инженер с опытом работы в области электрохимии или нанотехнологий может работать над улучшением батареи и преодолевая установленные барьеры на пути к совершенствованию. Улучшение хотя бы одного угла производительности, таких как: плотность энергии, низкотемпературные характеристики, накопление энергии продолжительность, скорость перезарядки, форма, движение к использованию менее токсичного или менее дорогого материала может внести существенные изменения в наш мир. Например, гибридный и полностью электрический автомобиль существует уже целое столетие, но именно более совершенные батареи позволили первым массовое использование электромобилей в 1990-е.

1.a) Типы батарей

Есть много способов сделать аккумулятор, некоторым моделям более 200 лет, а другим (например, те, которые используют углеродные нанотрубки) быстро продвигаются прямо сейчас!

Первичный Батареи: (не перезаряжаемые) Цинк хлорид Цинк углерод Алкалин Оксик-никель-гидроксид литий-оксид медь литий-дисульфид железа литий-сульфид железа Диоксид лития -годиг-1000 7000 7000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие 9000-летие -CuO Li-CuS

Li-MnO2 (Li-Mn, «CR») Тионилхлорид Li-Socl2, Brcl, Li-BCX сульфурилхлорид Li-So2 Li-Pbcus li-bi2pb2o5 Li-V2O5 Li-BI2O3 Li-Coo2 Oxide Zinc-Air 67 Zinc-air 9 9 9 7 67 7 Плутониевые батареи и прочие ядерные батареи

Среднее Аккумуляторы: (можно заряжать) NiCd или NiCad Никель-кадмиевые 1899 Свинцово-кислотные 1859 NiMH NiZn Щелочные (некоторые перезаряжаемые) Литий-ионные Литий-ион Литий-ионный полимер Литий-оксид титана Литий-железо-фосфатные батареи Литий-железо-магний-фосфат Никель-железные батареи (NiFe) NIh3 Ni-цинк LiFePO4 Li-сера LiFePO4 907 Титанатная пленка 90 ZnBr V редокс 10 NaS Расплавленная соль Серебро-цинк (Ag-цинк)

2.

) История аккумуляторов
Вверху: изображение вольтовой батареи, питающей экспериментальную дуговую лампу, первую форму электрическое освещение

2.a) 1800: Voltaic Pile — первая батарея, непосредственно вызвавшая электрическую революцию

Алессандро Вольта из Комо, Италия, создал первую современную батарею примерно в 1800 году. образование в области химии и физики, преподавал в государственной школе, а затем Королевская школа в Комо. Он использовал цинковый и медный (или серебряный) электрод с электролитом. серной кислоты или смеси соляных растворов (соль и вода). Цинк реагировал с отрицательно заряженный сульфат. Положительно заряженные ионы водорода захватывают электроны из меди образуя газообразный водород. Затем цинковый диск стал отрицательным. электрод и медно-серебряный диск положительный. Первая батарея Volta появилась в результате 9лет обучения, начиная с «электричества животных» или изучения электрических тока внутри тела. Подобно всем великим новаторам, он продвигал работы своих предшественников. в данном случае это было Луиджи Гальвани и его работа над «животным электричеством». >

Вверху: см. модель батареи Вольта в Смитсоновском институте .

Батарея Вольта быстро привлекла внимание всего мира. Исследователи из России в США начали экспериментировать с версиями своей батареи для проведения экспериментов. гальваника, разделение элементов для научных исследований, электрического освещения и электромагнетизма все исследования быстро продвигались благодаря стопке Вольты. Его назвали «кучей», потому что дополнительные блоки цинка/меди могут быть установлены на устройство для увеличения мощности. Даже сегодня латинские языки используют слово «пила» для обозначения батареи.

Недостатки батареи Вольты заключались в том, что тканевый материал, пропитанный солевым раствором, должен был оставаться влажным, а также электролит вытекал сбоку и вызывал короткое замыкание. Химические отложения на меди вызвал изоляционный слой, который остановил батарею примерно через час. В течение следующего три десятилетия другие, такие как Уильям Стерджен и Джозеф Генри, улучшили конструкцию батарей.
Вверху: разработана гальваническая батарея Джозефа Генри (сделанная из цинковых и медных пластин). производить разную интенсивность в зависимости от по необходимости с помощью комплекта подвижных соединителей и чашек ртутных. Сегодня устройство, которое мы будем использовать для обеспечения изменяющихся уровней мощности для эксперимента, будет вариак (автотрансформатор), подключенный к сети. Генри нужны были переменные уровни мощности проводить свои опыты по электромагнетизму.
Подробнее о Батарея Генри с этого скана из Принстона >

2.b) 1857-1900-е годы Grenet Cell «Бутылочная батарея»

Ячейка Grenet стала важным шагом в истории аккумуляторов и использовалась более 60 лет. Этот мокрая камера была мощной и надежной. Он был наполнен кислотой и мог быть использован повторно. К 1880-м годам устройства могли работать месяцами. или годы без заправки, хотя для некоторых целей его нужно было заправлять каждые несколько недель. Томас Эдисон использовал ячейки Grenet для своих экспериментов. Медицинские работники также использовали ячейку для всего: от питания инструментов в больницах до к экспериментам над пациентами. Ячейки были разных размеров, колбы также можно было ставить последовательно, чтобы генерировать больше энергии.

Конец ячейки Гренет наступил из-за ее слабости, которая включала раздражение заправки его, вес и то, что он может пролиться. Резиновая герметичная доска (гидростат) со временем сожмется, что приведет к протечкам сверху. Как и многие батареи в то время он был сделан из стекла, и хотя он был построен из толстого стекла, он все же мог разбиться.

Ячейка Гренет была усовершенствована доктором Бирном (Бруклин) в 1878 году. Современные сухие ячейки сегодня также используют цинко-угольный элемент, однако для электролита используют влажный картон вместо жидких кислот Grenet Cell.

Свинцово-кислотная батарея

1859 — Гастон Плант из Франции изобретает наиболее часто используемый большая батарея сегодня: свинцово-кислотная батарея. Подробнее о свинцово-кислотный аккумулятор >

Сегодняшние свинцово-кислотные аккумуляторы (например, установленные в вашем автомобиле) имеют плотность энергии около 30 ватт-часов на килограмм.

2.c) Сухая камера

В 1886 году были разработаны сухие элементы, и это было огромным улучшением для некоторых приложений. батарея. В сухом элементе использовался пастообразный электролит, что позволяло использовать батарею в любом положении. и улучшил область портативных батарей. Карл Гасснер и разработал сухую ячейку, используя гипс, смешанный с другими химическими веществами. Первая модель для продажи производилась на 1,5 вольта. Позже гипс был заменен свернутым картоном. Колумбия произвела первую массу выпускаемые модели.

Внизу слева: классические сухие элементы Columbia на 1,5 В на выставке в Техническом центре Эдисона.
Внизу справа: 3 классических сухих элемента, использовавшихся в ранних радиостанциях.

Информацию о литиевых, щелочных и других современных формах сухих батарей см. ниже.

2.d) Томас Эдисон и батареи

Томас Эдисон сосредоточился на создании лучшей батареи для использования в электромобилях. Существующие батареи, такие как Grenet Cell, были сделаны из стекла и не соответствовали требованиям. Эдисон оставил свой след в мире аккумуляторов со многими улучшениями. Ячейка Эдисона-Лаланда было знаковым улучшением аккумуляторов, оно имело повышенная износостойкость и прослужила около года при хранении. Эдисон давно интерес к батареям всех размеров для питания его изобретений, таких как электрическая ручка. Последним крупным усовершенствованием батарей, сделанным Эдисоном, была разработка практического железо-никелевого сплава. батарея (NiFe). Ранний Эдисон NiFe батареи использовали толстый стеклянный корпус для хранения гидроксида калия электролит. Некоторые модели этих аккумуляторов могут сохранять заряд в течение многих лет. Железнодорожная отрасль до сих пор использует аккумуляторы NiFe десятилетней давности для резервного питания коммутаторов. и другое оборудование из-за его долгосрочной надежности.

Вверху: оригинальные батареи Edison, использовавшиеся в автомобиле Detroit Electric 1914 года, принадлежавшем Steinmetz

Щелочной AA является наиболее распространенная в мире одноразовая батарея

3.

) Современные батареи:

Сегодня в мире преобладают батареи на основе цинка, свинца и лития. Они более безопасны и меньше, чем батареи того же типа были в первые дни. Меркурий и другие химические вещества были сокращены в состав, и улучшения плотности энергии за эти годы сделали для использования меньше материала на ватт.

Щелочная батарея:

Щелочные батареи сегодня являются наиболее распространенными одноразовыми батареями (выпущено 10 миллиардов штук). ежегодно по всему миру). Они используют цинк и диоксид марганца. Щелочные батареи заменили угольно-цинковые батареи 1800-х годов из-за к более высокой плотности энергии.
Проблемы со щелочами включают утечку гидроксида калия (видны белые перистые кристаллы). когда батарея стареет). Щелочная батарея изготовлена ​​из дешевых материалов, поэтому ее переработка нерентабельна, т.к. в результате он выбрасывается в основные отходы, что приводит к увеличение токсичных отходов на свалках.

3.a) Литий-ионные батареи (LIB)

Литиевые батареи в настоящее время являются самыми популярными батареями для мобильных устройств. (автомобили, портативные устройства) благодаря малому весу и большой плотности энергии (количество энергии, которое вы можете хранить в килограмм веса). Литиевые батареи бывают разных форм:

	Литий-железо-фосфат (LFeP) — 120+ ватт-часов на килограмм Примечание: значения плотности энергии для любой из этих батарей может измениться, поскольку лучшие версии батареи развитый. Слева: 20 Ач, здесь показана плоская батарея призматического типа, но ее можно выполнен в спиральной конфигурации (цилиндр). Посмотрите наше видео о пионерах инженерного дела Энди Берк рассказывает о тестировании аккумуляторов LFeP >
	Литий-кобальт-оксидная батарея (LiCoO2) — 100+ ватт-часов на килограмм, используется в мобильных устройствах. телефоны и другие небольшие устройства. Этот тип батареи используется в ноутбуках для его высокая плотность энергии, проблемы включают тепловой разгон, который может вызвать пожар. Слева: литиевая батарея со спиральной обмоткой, это от камеры Sony.
	Титанат лития (LTO) — Они безопаснее, чем другие формы литиевых батарей (менее вероятность теплового разгона). У них есть срок службы 10-20 000 циклов и 70-80 ватт-часов на килограмм (в 3 раза больше, чем у стандартного свинцово-кислотный аккумулятор). Слева: экспериментальный модуль титаната лития 16 В в Калифорнийском университете в Дэвисе Другое: Разрабатываются новые формы литиевых батарей, однако некоторые другие общий типы включают литий-никель-кобальт-оксид алюминия, оксид лития, никеля, марганца, кобальта и литий-серные аккумуляторы.

Смотрите наше видео здесь с Тестирование литиевых батарей в лаборатории доктора Энди Берка: три типа лития Аккумуляторы:

Нанотехнологии улучшат литий-ионные аккумуляторы: Углеродные нанотрубки можно использовать в качестве катода и это позволяет реакции накопления лития на поверхности трубки, что происходит намного быстрее чем обычные реакции интеркаляции лития. Подробнее здесь >

4.) Границы инноваций в области батарей

Tesla Motors, General Electric и другие соревнуются в том, чтобы развиваться лучше и дешевле. батареи. Новые разработки аккумуляторов, такие как натрий-ион, натрий-никель-хлорид (часть бренда аккумуляторов GE Durathon) обещают заменить крупномасштабные свинцово-кислотные аккумуляторы. аккумуляторы, используемые в электросетях и локомотивах.

Чтобы аккумуляторы действительно преуспели в приложениях для электромобилей, эксперты поставили перед собой цели. что батареи должны будут выдерживать более 15 лет глубоких разрядов и быть в состоянии перезаряжается так быстро, как бензиновый топливный бак может заполниться топливом. Это трудные цели, но над ними работают в настоящее время. Используя нанотрубки в литиевой батарее, возможно, удастся перезарядить батарею намного быстрее, однако обеспечение более длительного жизненного цикла будет более сложной задачей. Подробнее здесь >

5.) Аккумуляторы доэлектрического возраста:

Стоит упомянуть, что до появления современных электрических возраст. Поскольку они не связаны с основной временной шкалой истории электротехники, мы перечислили их. здесь.

Первая батарея 248 г. до н.э.: Багдадская батарея была построена в парфянской или сасанидской период ~248 г. до н.э. — 226 г. н.э. Батарея состояла из угольного стержня в центре глиняная ваза. Стержень был окружен неизвестным электролитом (вероятно, апельсиновым или лимонным соком), потом медь, потом асфальт. Каждая батарея имела вес около 2 килограммов и производила 0,4-0,5 вольта при разомкнутых контактах. Эти батареи были очень слабыми. «Багдадская батарея» был найден в 1936 и считается подлинным многими авторитетными источниками.

Египтяне: Некоторые утверждают, что у древних египтян были батареи, подобные Багдадской батарее.

Ковчег Завета: было высказано предположение, что Ковчег Завета (золотая коробка) возможно, использовали ранние батареи для питания золотого корпуса. Тогда коробка сможет дать иллюзия магических сил, шокируя тех, кто к ней прикоснулся. Это только теория, но было бы интересное использование электричества для создания чувства благоговения и страха.

6.) ETC Видео с батареями:

Tesla Model S — аккумуляторы, кузов и подвеска >

Лаборатория аккумуляторов для гибридных автомобилей с Энди Берком >

История о аккумуляторном бизнесе GE, доктор Оливер Винн (бывший менеджер) >

В электрическом автомобиле Baker использовались свинцово-кислотные аккумуляторы Эдисона. 1901 >

Первый компьютеризированный гибридный автомобиль HTV1 (свинцово-кислотные аккумуляторы) 1978-1982 >

Похожие темы:

Тепловозы электрические	Электромобили	Фотогальваника
Конденсаторы	Полупроводниковая электроника	Еще

Статья MW

Источники:
Эпоха телеграфа и телефона. Д. Макникол. 1915
Университет Санта-Клары
Университет Рутгерса: документы Томаса Эдисона
The New York Medical Journal, январь-июнь 1889 г.
Progressive Dynamics Inc.
Energizer
Wikipedia
IEEE Spectrum
General Electric
Трактат о нервных и психических заболеваниях Лэндона Картера Грея. 1893 г. Corrosion-doctors.org
Доктор Эндрю Берк. Калифорнийский университет в Дэвисе. 2010
Фото/Видео:
Технический центр Edison
Whelan Communications

Для использования изображений и видео Технического центра Edison см. наше лицензионное соглашение.

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор представляет собой аккумулятор с передовой технологией, в которой ионы лития используются в качестве ключевого компонента его электрохимии. Во время цикла разряда атомы лития в аноде ионизируются и отделяются от своих электронов. Ионы лития движутся от анода и проходят через электролит, пока не достигнут катода, где они рекомбинируют со своими электронами и электрически нейтрализуются. Ионы лития достаточно малы, чтобы проходить через микропроницаемый разделитель между анодом и катодом. Отчасти из-за небольшого размера лития (уступая только водороду и гелию) литий-ионные батареи способны иметь очень высокое напряжение и запас заряда на единицу массы и единицы объема.

В литий-ионных батареях в качестве электродов могут использоваться различные материалы. Наиболее распространенной комбинацией является комбинация оксида лития-кобальта (катод) и графита (анод), которая чаще всего встречается в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Другие катодные материалы включают оксид лития-марганца (используемый в гибридных электрических и электрических автомобилях) и фосфат лития-железа. В литий-ионных батареях в качестве электролита обычно используется эфир (класс органических соединений).

Применение аккумуляторов

Математические модели эффективности батарей

Каковы некоторые преимущества литий-ионных батарей?

По сравнению с другими высококачественными аккумуляторами (никель-кадмиевые или никель-металлогидридные) литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. У них одна из самых высоких плотностей энергии среди аккумуляторных технологий на сегодняшний день (100-265 Втч/кг или 250-670 Втч/л). Кроме того, литий-ионные аккумуляторные элементы могут выдавать напряжение до 3,6 В, что в 3 раза выше, чем у таких технологий, как Ni-Cd или Ni-MH. Это означает, что они могут обеспечивать большое количество тока для мощных приложений, в которых литий-ионные батареи также сравнительно просты в обслуживании и не требуют плановых циклов для продления срока службы батареи. Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, пагубного процесса, при котором повторяющиеся циклы частичной разрядки/зарядки могут привести к тому, что аккумулятор «запомнит» более низкую емкость. Это преимущество как перед Ni-Cd, так и перед Ni-MH, которые проявляют этот эффект. Литий-ионные аккумуляторы также имеют низкую скорость саморазряда, составляющую около 1,5-2% в месяц. Они не содержат токсичного кадмия, что облегчает их утилизацию по сравнению с Ni-Cd батареями.

Благодаря этим преимуществам литий-ионные аккумуляторы вытеснили никель-кадмиевые аккумуляторы и заняли лидирующие позиции на рынке портативных электронных устройств (таких как смартфоны и ноутбуки). Литий-ионные батареи также используются для питания электрических систем в некоторых аэрокосмических приложениях, в частности, в новом и более экологичном Боинге 787, где вес является значительным фактором стоимости. С точки зрения экологически чистой энергии большая часть перспектив литий-ионных технологий исходит из их потенциального применения в автомобилях с батарейным питанием. В настоящее время самые продаваемые электромобили Nissan Leaf и Tesla Model S используют литий-ионные аккумуляторы в качестве основного источника топлива.

Каковы недостатки литий-ионных аккумуляторов?

Несмотря на свои технологические перспективы, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему имеют ряд недостатков, особенно в отношении безопасности. Литий-ионные аккумуляторы имеют тенденцию к перегреву и могут быть повреждены при высоких напряжениях. В некоторых случаях это может привести к тепловому разгону и возгоранию. Это вызвало серьезные проблемы, в частности, остановку парка самолетов Boeing 787 после того, как поступили сообщения о возгорании бортовых батарей. Из-за рисков, связанных с этими батареями, ряд транспортных компаний отказываются выполнять массовые перевозки батарей самолетами. Для литий-ионных аккумуляторов требуются защитные механизмы для ограничения напряжения и внутреннего давления, что в некоторых случаях может увеличить вес и ограничить производительность. Литий-ионные аккумуляторы также подвержены старению, а это означает, что они могут терять емкость и часто выходят из строя через несколько лет. Еще одним фактором, ограничивающим их широкое распространение, является их стоимость, которая примерно на 40% выше, чем у Ni-Cd. Решение этих проблем является ключевым компонентом текущих исследований в области технологии. Наконец, несмотря на высокую плотность энергии литий-ионных аккумуляторов по сравнению с другими типами аккумуляторов, они по-прежнему имеют примерно в сто раз меньшую плотность энергии, чем бензин (который содержит 12 700 Втч/кг по массе или 8760 Втч/л по объему).

CEI Contributions

Research Highlights

Один из способов, с помощью которого CEI работал над достижением этой цели, заключается в прямой визуализации, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе. Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы. Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Еще один аспект исследования батарей CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния батареи. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, руководитель Лаборатории моделирования, анализа и управления технологическими процессами для электрохимических систем (MAPLE), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью. Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие направления

Большая часть текущих исследований CEI направлена ​​на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов. Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Другим крупным направлением исследований CEI является разработка новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и дизайн наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. . Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку с большей способностью поглощать литий.

Узнать больше

• Веб-сайт, посвященный батареям и их повторному использованию, создан студентом REU Alek Lazarski «Мост чистой энергии»
• На веб-странице исследовательской группы Субраманиана есть свежие публикации о нелинейном моделирующем прогнозирующем управлении для литий-ионных аккумуляторов и других электрохимических систем.
• Институт чистой энергии (UW) ускоряет масштабные исследования чистой энергии, включая солнечную энергию следующего поколения, материалы для аккумуляторов, а также их интеграцию с системами и сетью. У него также есть информационно-пропагандистские программы, чтобы заинтересовать студентов в области STEM и чистой энергии. http://www.cei.washington.edu/ & http://www.cei.washington.edu/education/products/
• Университет аккумуляторов, спонсируемый Cadex Electronics Inc., предоставляет бесплатные образовательные материалы по аккумуляторам. http://batteryuniversity.com/
• «Батареи в портативном мире. Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров», опубликованный основателем Cadex Electronics Inc. На веб-сайте есть примечания к книге. http://www.buchmann.ca/buchmann/
• В Википедии содержится хороший обзор химии литий-ионных аккумуляторов и их разработки. https://en.wikipedia.org/wiki/Литий-ионная_батарея

Будущее литий-ионных и твердотельных аккумуляторов

Аккумуляторы всегда были важнейшей конструктивной особенностью всего, от ручных инструментов до компьютеров и мобильных телефонов, от источников бесперебойного питания до спутников. В течение многих лет ведутся исследования аккумуляторов, направленные на увеличение плотности энергии (количество энергии при заданном размере и весе). Потребность в большей плотности энергии возникла во время подъема портативных устройств, от промышленных измерительных инструментов до мобильных телефонов. Увеличение количества телекоммуникационных спутников означало, что вес батареи был фактором. Каждый технологический прогресс, как правило, выдвигал на передний план возможности аккумуляторов. В то время как лаборатории работали над усовершенствованием аккумуляторных технологий, электронные технологии продолжали развиваться быстрее, требуя все большего количества энергии и мощности.

Но только когда на сцену вышли электромобили (EV), производители начали серьезно задумываться о важности аккумуляторов для обеспечения большего запаса хода, большей надежности и снижения затрат. Для рынка электромобилей размер и вес так же важны, как и срок службы. Классифицируемые как первичные (одноразовые, как правило, для долгосрочных приложений с низким энергопотреблением) и вторичные (перезаряжаемые) батареи претерпевают одно новшество за другим, поскольку они пытаются обеспечить большую плотность энергии, чем когда-либо прежде.

Текущее состояние батарей

Сегодня современная технология производства первичных аккумуляторов основана на металлическом литии, тионилхлориде (Li-SOCl2) и оксиде марганца (Li-MnO2). Они подходят для долгосрочных приложений от пяти до двадцати лет, включая учет, электронный сбор платы за проезд, отслеживание и Интернет вещей (IoT). Ведущим химическим составом для перезаряжаемых батарей, используемых в телекоммуникациях, авиации и железнодорожном транспорте, являются батареи на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH). Аккумуляторы на основе лития (Li-ion) доминируют на рынке бытовой электроники и расширили свое применение на электромобили (EV). Здесь важно отметить, что количество литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях, превышает объем мобильных и ИТ-приложений вместе взятых.

Литий-ионные аккумуляторы, подстегиваемые ростом рынка мобильных телефонов, планшетов и портативных компьютеров, должны достигать все более высокой плотности энергии. Плотность энергии напрямую связана с количеством часов, в течение которых батарея может работать. Специалисты по батареям в этой области постоянно корректировали технологию для увеличения плотности, в том числе меняли химический состав и модифицировали конструкции. Они даже изучили цепочку поставок сырья, посчитав, что добывать кобальт в качестве добавки к литий-ионным конструкциям дорого и сложно.

Литий-ионные аккумуляторы сегодня являются основным источником питания и хранения аккумуляторов. Фото: Аккумуляторы Saft

Плотность энергии измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч/кг). Литий-ионные конструкции обеспечивают самую высокую плотность до 250-270 Втч/кг для имеющихся в продаже аккумуляторов. Для сравнения, свинцово-кислотные батареи предлагают менее 100 Втч/кг, а никель-металлогидридные батареи едва превышают 100 Втч/кг. В дополнение к плотности энергии, удельная мощность также является важным фактором. Плотность мощности измеряет скорость разрядки (или зарядки) аккумулятора по сравнению с плотностью энергии, которая является мерой общего количества заряда. Например, аккумулятор большой мощности можно разрядить всего за несколько минут по сравнению с . высокоэнергетическая батарея, которая разряжается за несколько часов. Конструкция батареи по своей сути обменивает плотность энергии на плотность мощности. По словам Джуна Сан Парка, технического менеджера по твердотельным технологиям, «литий-ионные аккумуляторы могут быть чрезвычайно мощными с точки зрения плотности мощности, и Saft производит литий-ионные элементы с одной из самых высоких удельных мощностей в мире, используемые в Joint Strike Fighter и Гоночные аккумуляторы Формулы-1 мощностью до 50 кВт/кг».

Технология литий-ионных аккумуляторов значительно продвинулась за последние 30 лет, но лучшие литий-ионные аккумуляторы приближаются к пределу своих возможностей из-за ограничений материалов. У них также есть серьезные проблемы с безопасностью, такие как воспламенение при перегреве, что приводит к увеличению затрат, поскольку в аккумуляторную систему должны быть встроены функции безопасности.

Рекомендуется для вас: Разработка аккумуляторов с быстрой зарядкой

 Отвечая на вопрос об альтернативных материалах литий-ионным, Пак сказал: , конструкции на основе магния (Li/S, Na, Mg). Они, безусловно, имеют потенциальные преимущества перед существующими литий-ионными батареями с точки зрения плотности энергии или стоимости после коммерциализации. Тем не менее, зрелость технологии на данный момент все еще низка по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Следовательно, чтобы конкурировать с литий-ионными аккумуляторами, необходимы дальнейшие прорывы от используемых материалов к производству». В конечном счете, похоже, что Li/S аккумуляторы не готовы к коммерциализации из-за разрыва между практическим производством и академическими исследованиями в настоящее время, но серьезно исследуются.

Парк объясняет: «стремление уменьшить углеродный след также стимулирует развитие устойчивого производства энергии, такой как солнечная и ветровая, в сочетании с устройством хранения, таким как батарея». Это намекает на то, что более высокие требования приводят к инновациям в выборе материалов, дизайне и производственных процессах. Такие материалы, как твердый полимер, керамика и стеклянный электролит, позволяют создавать твердотельные батареи и новые экологически безопасные процессы, исключающие использование токсичных растворителей, которые используются в процессе производства литий-ионных батарей.

Твердотельные батареи

Хотя текущая промышленность сосредоточена на литий-ионных батареях, наблюдается переход к твердотельным батареям. По словам Дуга Кэмпбелла, генерального директора и соучредителя Solid Power Inc., «литий-ионный аккумулятор, впервые изобретенный и запущенный в коммерческую эксплуатацию в 90-х годах, в целом остался прежним. У вас практически те же комбинации электродов с небольшими изменениями. Промышленность извлекла из этой технологии максимум возможного». Компания Solid Power экспериментировала с несколькими типами материалов, включая полимеры, оксиды и сульфиды. У каждого есть свои преимущества и недостатки. Благодаря своим исследованиям они решили продолжить разработку сульфидной технологии.

Проверьте свои знания: Что вы знаете об электрификации сельской местности?

 Может показаться, что переход от батареи с жидким электролитом к твердотельной батарее выходит за рамки традиционной конструкции, но он направлен на то, чтобы превзойти нынешние возможности по плотности энергии. Металлический литий образует дендриты в системе жидких аккумуляторов, что снижает срок службы и безопасность аккумуляторов. Замена высокореакционноспособного жидкого электролита твердотельным электролитом, который по своей природе более безопасен и механически более жесток, увеличивает плотность энергии батареи без ущерба для безопасности.

Такие компании, как Solid Power, лидируют в производстве твердотельных аккумуляторов. Фото: Твердая сила

Технология твердотельных аккумуляторов включает твердые металлические электроды, а также твердый электролит. Хотя химический состав в целом одинаков, твердотельные конструкции позволяют избежать утечек и коррозии на электродах, что снижает риск возгорания и снижает затраты на проектирование, поскольку устраняет необходимость в средствах безопасности. Конструкция с твердым электролитом также позволяет уменьшить форм-фактор, что означает меньший вес. Самое главное, ожидается, что твердотельные батареи преодолеют существующие в настоящее время ограничения по плотности энергии. Считается, что использование металлического лития теоретически удвоит емкость технологии литий-ионных элементов при соответствующей разработке. Металлический литий имеет в 10 раз большую емкость, чем стандартные угольные аноды, используемые в современных литий-ионных батареях.

Зачем переходить на твердотельные батареи

В настоящее время отрасль переходит на твердотельные батареи по нескольким причинам. Прежде всего, стандартные литиевые батареи с жидким электролитом натолкнулись на теоретические пределы используемых комбинаций электродов, даже при точной настройке конструкции для увеличения плотности. Тем не менее, с точки зрения рынка, поскольку электромобили набирают силу на рынке, существует значительная потребность в постоянном увеличении плотности энергии, где каждое увеличение прямо пропорционально увеличению запаса хода автомобиля и времени автономной работы в целом. Потребность в электродах с гораздо большей емкостью, таких как твердый металлический литий, означает, что вы ожидаете от 50 до 100 процентов улучшения ватт-часа на килограмм. Кроме того, некоторые дополнительные преимущества включают замену летучего и легковоспламеняющегося жидкого электролита стабильным и твердым материалом, который не будет иметь проблемы с тепловым разгоном, наблюдаемой в прошлом, например, твердый литий-ионный химия намного безопаснее.

Тем не менее, есть еще вопросы, которые необходимо решить, например, какие материалы являются наиболее эффективными и какие методы производства обеспечивают наименьшую стоимость конечного продукта. В настоящее время твердотельные батареи, способные конкурировать на рынке, ограничены небольшими элементами. Первыми коммерчески доступными твердотельными батареями являются тонкопленочные батареи. Эти нанобатареи состоят из слоистых материалов, которые функционируют как электроды и электролиты. Тонкопленочные твердотельные батареи по структуре напоминают обычные перезаряжаемые батареи, за исключением того, что они очень тонкие и гибкие. Помимо легкого веса и небольшого размера, тонкопленочные батареи обеспечивают более высокую плотность энергии для небольших электронных устройств, таких как кардиостимуляторы, беспроводные датчики, смарт-карты и метки RFID.

Ожидается, что помимо увеличенной емкости батареи твердотельные батареи преодолеют ограничения по плотности энергии и размеру. Фото: Твердая сила

Помимо решения проблем доступности и масштаба, твердотельные батареи также имеют технологические проблемы. Твердотельные батареи намного безопаснее, но все еще существует проблема дендритов, корнеобразных отложений, которые образуются на металлическом литии в анодах, образующихся при зарядке и разрядке батареи. Накопление дендритов снижает емкость твердого электролита и, следовательно, накопленный заряд.

Поиск подходящего материала сепаратора, который позволяет ионам лития проходить между электродами, а также блокирует дендриты, является самой сложной задачей для разработчиков. Согласно недавней статье «Стабильность интерфейса в твердотельных батареях» , исследователи использовали такие материалы, как полимер, который широко используется в батареях с жидким электролитом, или твердую керамику. Полимер не блокирует дендриты, а большая часть используемой керамики хрупка и не выдерживает многократных циклов зарядки. Ожидается, что после того, как проблема дендритов будет решена, твердотельные батареи предложат потребителям некоторые заманчивые преимущества в производительности: более быструю зарядку, более высокую плотность энергии, более длительный жизненный цикл и большую безопасность.

Еще одним разрабатываемым методом является безанодная конструкция. Когда аккумулятор разряжается во время использования, литий течет от анода к катоду. В этом случае толщина анода уменьшается. Этот процесс меняется на обратный, когда аккумулятор заряжается и ионы лития возвращаются в анод.

Вам также может понравиться: Как пищевая сеть может поддерживать подачу электроэнергии

Другая компания, Sion Power, перешла с Li/S на Licerion Lithium-Metal Technology. Согласно их технической информации, Sion Power преодолела проблемы, которые преследовали исторические химические процессы с металлическим литием — плотность энергии (Втч / л) и срок службы — путем разработки многогранного подхода к защите металлического литиевого анода. Они включают три уровня защиты: химическая защита внутри ячейки, физическая защита внутри ячейки и физическая защита на уровне упаковки. В них используется запатентованная технология защищенного литиевого анода (PLA), при которой металлический литий-анод физически защищен тонким, химически стабильным и ионопроводящим керамическим полимерным барьером. Это позволяет добавкам электролита на уровне ячейки стабилизировать поверхность анода, что увеличивает срок службы и увеличивает энергию. Пакет включает в себя запатентованное сжатие ячеек и усовершенствованную систему управления батареями.

Будущее хранения энергии

Гонка продолжается. В условиях стремительного роста продаж электромобилей потребность в высокоплотных, долговечных и недорогих батареях означает, что конкурентная среда для твердотельных батарей становится тесной. Это отличная новость для исследований и разработок этих батарей, поскольку это необходимо для быстрого вывода твердотельных батарей на рынок. На данный момент несколько материалов и конструкций изучаются и демонстрируют значительный прогресс.

Поскольку небольшие элементы уже доказали более высокие возможности, необходимые для твердотельных батарей, это только вопрос времени, когда производственные процессы станут на свои места и для более крупных батарей. Несколько компаний предположили, что мы увидим эти батареи на рынке уже в следующем году для одних и к 2025 году для других. Как только производство наверстает упущенное, как в случае с литий-ионными аккумуляторами с жидким электролитом, технологические инновации подтолкнут нас дальше. Это означает, что мы, вероятно, увидим изменение материалов и подходов к дизайну, которые будут расширять возможности аккумуляторов на долгие годы.

Терри Персун — писатель по технологиям из Порт-Таунсенд, штат Вашингтон,
. Зарегистрируйтесь для участия в нашей предстоящей серии вебинаров по экологически чистой энергии: «Зеленый переход»

Почему аккумуляторы в современных гаджетах не рассчитаны на долгий срок службы : NPR

Почему аккумуляторы в современных гаджетах не рассчитаны на длительный срок службы Аккумуляторов в наших телефонах и наушниках хватает всего на несколько лет. Дэниел Эстрин из NPR спрашивает технического обозревателя The Washington Post Джеффри Фаулера о продолжительности жизни современных гаджетов и о том, почему они умирают.

Технологии

7 августа 2020 г., 21:00 по восточноевропейскому времени

Слышал о всех вещах

Почему батареи в современных гаджетах не рассчитаны на длительный срок службы

Аккумуляторов в наших телефонах и наушниках хватает всего на несколько лет. Дэниел Эстрин из NPR спрашивает технического обозревателя The Washington Post Джеффри Фаулера о продолжительности жизни современных гаджетов и о том, почему они умирают.

ДАНИЭЛЬ ЭСТРИН, ВЕДУЩИЙ:

Мы все любим наши электронные устройства и часто ими пользуемся, но мы просто смирились с тем, что со временем батареи изнашиваются и нам придется покупать новые версии. Так ли работают технологии? Нет, именно так технологические компании зарабатывают на нас больше денег. Об этом сообщает технический обозреватель The Washington Post Джеффри Фаулер. Он исследовал продолжительность жизни некоторых из самых популярных гаджетов и задался вопросом, почему они, кажется, предназначены для того, чтобы умереть? Джеффри Фаулер, добро пожаловать.

ДЖЕФФРИ ФАУЛЕР: Привет, привет.

ЭСТРИН: Итак, приведите нам пример одного из ваших любимых устройств, которое вы исследовали, и что вы узнали о нем?

ФАУЛЕР: Что ж, давайте поговорим об одном из самых успешных продуктов Apple за последние пару лет — AirPods. Так что эти вещи очень удобны. Ты втыкаешь их в уши. Там нет проводов. Но что-то происходит с ними примерно через два года — или, по крайней мере, случилось с моим. Я начал слышать этот (вокалирующий) звук, что означает, что батарея больше не в порядке. И, вы знаете, достаточно скоро, это может продолжаться только минут пять-десять, прежде чем вы услышите этот звук.

Это случилось со мной. И вот я пошел в магазин Apple. И я сказал, привет, не могли бы вы заменить батарейки в них? И они сказали нет. Все, что они могли сделать, это продать мне новые AirPods и выбросить старые. И причина в том, что батареи внутри этих AirPods приклеены внутри. И это похоже на то, почему они должны были спроектировать их таким образом? Но потом я понял, ага, это все часть генерального плана — заставить нас купить новую пару.

ЭСТРИН: Так это генеральный план технологических компаний, чтобы мы продолжали покупать вещи, или просто батареи физически не рассчитаны на длительный срок службы?

ФАУЛЕР: Литиевые аккумуляторы скоро выйдут из строя. Вопрос в том, что вы делаете с этим фактом заранее? Когда мы покупаем продукты с перезаряжаемыми батареями, запечатанными внутри, это похоже на покупку автомобиля с шинами, которые вы не можете поменять. Компании могут разрабатывать эти продукты по-разному. Они могли — и во многих случаях так и поступали — спроектировать их так, чтобы сзади был небольшой люк, который открывался. Вынимаешь батарею, когда она разряжена, вставляешь новую и готово.

ЭСТРИН: Позвольте мне спросить вас, какое это имеет значение, если — вы знаете, если технологии продолжают обновляться, каждые несколько лет мы хотим покупать следующее и последнее, самое большое обновление какого-то устройства. Я имею в виду, разве не в этом суть технологии?

ФАУЛЕР: Послушайте, вы разговариваете с специалистом по гаджетам из Washington Post. Конечно, я люблю новые гаджеты. Но мы мало говорим о том, что это еще и экологическая катастрофа. Итак, во-первых, материалы, из которых изготавливаются эти устройства, редки. Некоторые из них приходится добывать в таких местах, как Африка — например, кобальт — способами, которые действительно наносят ущерб людям, которым приходится заниматься этой добычей. Вы знаете, такие гаджеты, как телефоны или даже ноутбуки, не потребляют много энергии в течение своей жизни. Однако большая часть энергии, которая потребляется за всю их жизнь, уходит просто на их создание — около 70%. Поэтому каждый раз, когда мы покупаем новую вещь, это означает, что нужно делать что-то новое. И именно здесь наносится ущерб.

ЭСТРИН: Итак, у вас есть несколько идей, как заставить компании, знаете ли, заранее сообщать потребителям, как долго прослужат их устройства, и некоторые идеи о том, как это изменить. Каковы ваши идеи?

ФАУЛЕР: Вы знаете, Федеральная торговая комиссия уже может вводить правила, требующие от компаний делать такие вещи, как перечисление того, где производится продукция — сделано в Китае, сделано в США. Почему бы не потребовать от них сказать, что такое перезарядка батареи? рассчитывать на этот продукт? И еще, что происходит, когда батарея умирает? Есть ли сервис по замене и сколько это стоит? Это похоже на информацию, которую должен знать каждый потребитель заранее.

ЭСТРИН: Джеффри Фаулер, технический обозреватель The Washington Post, большое спасибо, что присоединились ко мне. Надеюсь, в ближайшее время у вас не будет похорон гаджета.

ФАУЛЕР: Спасибо.

Copyright © 2022 NPR. Все права защищены. Посетите страницы условий использования и разрешений нашего веб-сайта по адресу www.npr.org для получения дополнительной информации.

стенограммы NPR созданы в срочный срок подрядчиком NPR. Этот текст может быть не в своей окончательной форме и может быть обновлен или пересмотрен в будущем. Точность и доступность могут отличаться. Официальной записью программ NPR является аудиозапись.

Сообщение спонсора

Стать спонсором NPR

Какой аккумулятор лучше? — Battery University

Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, обеспечивают очень высокую плотность энергии, обеспечивают 1000 циклов зарядки/разрядки и имеют толщину листа бумаги. Они настоящие? Возможно — но не в одной и той же батарее. В то время как один тип батареи может быть разработан для небольшого размера и длительного времени работы, этот аккумулятор не будет служить долго и преждевременно изнашивается. Еще одна батарея может быть рассчитана на длительный срок службы, но размер большой и громоздкий. Третья батарея может обеспечить все желаемые характеристики, но цена будет слишком высока для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и отреагировали, предложив комплекты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений. Индустрия мобильных телефонов является примером умной адаптации. Особое внимание уделяется небольшим размерам, высокой плотности энергии и низкой цене. Долголетие на втором месте.

Надпись NiMH на аккумуляторе не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Призматическая никель-металлогидридная батарея для мобильного телефона, например, имеет тонкую геометрию. Такой блок обеспечивает плотность энергии около 60 Втч/кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH предлагает плотность энергии 80 Втч/кг и выше. Тем не менее, количество циклов этой батареи от среднего до низкого. Аккумуляторы NiMH высокой прочности, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в объемные цилиндрические элементы. Энергетическая плотность этих элементов составляет скромные 70 Втч/кг.

Компромиссы также существуют в отношении литиевых батарей. Литий-ионные аккумуляторы производятся для оборонных приложений, плотность энергии которых намного превышает плотность энергии коммерческого эквивалента. К сожалению, эти литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой емкости считаются небезопасными для населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения коммерческих аккумуляторов. Исключаются так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде. Мы тщательно изучаем аккумуляторы не только с точки зрения плотности энергии, но и долговечности, нагрузочных характеристик, требований к обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов. Поскольку NiCd остается стандартом, с которым сравнивают другие аккумуляторы, мы оцениваем альтернативные химические вещества по сравнению с этим классическим типом аккумуляторов.

Никель-кадмий (NiCd) — зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии. NiCd используется там, где важны длительный срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения: рации, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и небезопасен для окружающей среды.

Никель-металлогидридный (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет уменьшенного срока службы. NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают мобильные телефоны и портативные компьютеры.

Свинцово-кислотный — наиболее экономичный для приложений с большой мощностью, где вес не имеет большого значения. Свинцово-кислотный аккумулятор является предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем бесперебойного питания.

Литий-ионный (Li‑ion) — самая быстроразвивающаяся аккумуляторная система. Литий-ионный используется там, где большое значение имеют высокая плотность энергии и малый вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают ноутбуки и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер (литий-ионный полимер) — обладает свойствами литий-ионного аккумулятора в ультратонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основное применение — мобильные телефоны.

На рис. 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых аккумуляторных систем с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к нагрузке и стоимости. Цифры основаны на средних рейтингах имеющихся в продаже аккумуляторов на момент публикации.

9399397139979779




7
7
















70007
.

.

.





.
.
777 (7.2 В)
77 (7.2. V)

	NiCd	NiMH	Lead Acid	Li-ion	Li-ion polymer	Reusable Alkaline
.0031							60-120	30-50	110-160	100-130	80 (начальный)
. 6V pack	200 to 300 1 6V pack	<100 1 12V pack	150 to 250 1 7.2V pack	200 to 300 1 7.2V pack	200 до 2000 1 6V pack
Cycle Life (to 80% of initial capacity)	1500 2	300 to 500 2,3	200 to 300 2	500 to 1000 3	300 to 500	50 3 (to 50%)
Fast Charge Time	1h typical	2-4h	8-16h	2- 4ч	2-4ч	2-3h
Overcharge Tolerance	moderate	low	high	very low	low	moderate
Self-discharge / Month (room temperature)	20 % 4	30% 4	5%	10% 5	~10% 5	0. 3%
Cell Voltage (nominal)	1.25V 6	1.25V 6	2V	3.6V	3.6V	1.5V
Load Current — peak — best result	20C 1C	5C 0,5C или ниже	5C 7 0,2C	> 2C 1C или нижняя	> 2C 1C или нижний	> 2C 1C или нижний	.	Operating Temperature (discharge only)	-40 to 60°C	-20 to 60°C	-20 to 60°C	-20 to 60°C	0 to 60 ° C	от 0 до 65 ° C
Требование по техническому обслуживанию	30-60 дней	60–90 дней	с 3 до 6 месяцев 9	39.	не требуется	не требуется
Типичная стоимость батареи (только ссылка в долларах США)	$ 50 (7,2 В)	$ 60 (7,2 В)	$ 25 (6 В)	$ 100 (7. 2V)	$ 100.1000 77 (7.2V)	$ 10077777777 (7.2 В)	$ 1007777777777 (7.2 В)	$ 100.10077 (7.2 В)	$5 (9V)
Cost per Cycle (US$) 11	$0.04	$0.12	$0.10	$0.14	$0.29	$0.10-0.50
Коммерческое использование с	1950	1990	1970 (sealed lead acid)	1991	1999	1992

Figure 1: Characteristics of commonly used rechargeable batteries

1. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи зависит от номинала элемента, типа схемы защиты и количества элементов. Схема защиты Li‑ion и Li‑polymer добавляет порядка 100 мОм.
2. Срок службы основан на регулярном обслуживании батареи. Несоблюдение периодических циклов полной разрядки может сократить срок службы в три раза.
3. Срок службы зависит от глубины разрядки. Неглубокие разряды обеспечивают больше циклов, чем глубокие разряды.
4. Максимальная разрядка сразу после зарядки, затем снижается. Емкость NiCd уменьшается на 10% в первые 24 часа, а затем снижается примерно до 10% каждые 30 дней. Саморазряд увеличивается с повышением температуры.
5. Внутренние схемы защиты обычно потребляют 3% накопленной энергии в месяц.
6. 1,25 В — напряжение открытой ячейки. 1,2 В — обычно используемое значение. Между ячейками нет разницы; это просто метод оценки.
7. Выдерживает импульсы сильного тока.
8. Применяется только для разгрузки; диапазон температур заряда более ограничен.
9. Техническое обслуживание может осуществляться в форме «уравнительной» или «добавочной» оплаты.
10. Стоимость аккумулятора для имеющихся в продаже портативных устройств.
11. Получено путем деления цены батареи на срок службы. Не включает стоимость электроэнергии и зарядных устройств.

Наблюдение: Интересно отметить, что NiCd имеет самое короткое время заряда, обеспечивает самый высокий ток нагрузки и предлагает самую низкую общую стоимость за цикл, но предъявляет самые высокие требования к обслуживанию.

Никель-кадмиевая (NiCd) батарея

NiCd предпочитает быструю зарядку медленной и импульсную зарядку зарядке постоянным током. Все другие химические вещества предпочитают неглубокий разряд и умеренные токи нагрузки. NiCd — надежный и бесшумный; каторжный труд не представляет проблемы. Фактически, NiCd — единственный тип батареи, который хорошо работает в суровых условиях эксплуатации. Он не любит, когда его балуют, сидя в зарядном устройстве в течение нескольких дней и используя только изредка в течение коротких периодов времени. Периодическая полная разрядка настолько важна, что, если ее не выполнять, на пластинах элементов будут образовываться крупные кристаллы (также называемые 9 разрядами).0057 память ) и NiCd постепенно потеряет свою производительность.

Среди перезаряжаемых аккумуляторов NiCd остается популярным выбором для таких приложений, как рации, оборудование для неотложной медицинской помощи и электроинструменты. Аккумуляторы с более высокой плотностью энергии и менее токсичными металлами вызывают переход от NiCd к более новым технологиям.

Преимущества и ограничения NiCd аккумуляторов
преимущества	FAST и простая зарядка — даже после проростки. Большое количество циклов заряда/разряда — при правильном обслуживании NiCd обеспечивает более 1000 циклов заряда/разряда. Хорошая нагрузочная способность — NiCd позволяет заряжать аккумулятор при низких температурах. Длительный срок хранения – в любом состоянии заряда. Простое хранение и транспортировка — большинство авиаперевозчиков принимают NiCd без особых условий. Хорошие характеристики при низких температурах. Прощение за оскорбления — NiCd — одна из самых прочных аккумуляторных батарей. Экономичная цена — NiCd является самой дешевой батареей с точки зрения затрат на цикл. Доступны различные размеры и варианты исполнения — большинство NiCd элементов имеют цилиндрическую форму.
Ограничения	Относительно низкая плотность энергии — по сравнению с более новыми системами. Эффект памяти — NiCd необходимо периодически тренировать, чтобы предотвратить память. Небезопасно для окружающей среды — NiCd содержит токсичные металлы. Некоторые страны ограничивают использование NiCd аккумуляторов. Имеет относительно высокий саморазряд — требует подзарядки после хранения.

Рис. 2: Преимущества и недостатки никель-кадмиевых аккумуляторов.

Никель-металл-гидридная (NiMH) батарея

Исследования системы NiMH начались в 1970-х годах как способ хранения водорода для никель-водородной батареи . Сегодня никель-водородные батареи в основном используются для спутниковых приложений. Они громоздки, содержат стальные канистры высокого давления и стоят тысячи долларов за элемент.

В первые дни экспериментов с NiMH аккумуляторами сплавы гидридов металлов были нестабильны в окружающей среде элемента, и желаемые рабочие характеристики не могли быть достигнуты. В результате развитие NiMH замедлилось. Новые гидридные сплавы были разработаны в XIX в.80, которые были достаточно стабильны для использования в камере. С конца 1980-х NiMH неуклонно совершенствуется.

Успех NiMH был обусловлен высокой плотностью энергии и использованием экологически чистых металлов. Современный NiMH предлагает до 40 процентов более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd. Существует потенциал для еще более высоких мощностей, но не без некоторых негативных побочных эффектов.

NiMH менее долговечен, чем NiCd. Циклирование под большой нагрузкой и хранение при высокой температуре сокращают срок службы. NiMH страдает от высокого саморазряда, который значительно больше, чем у NiCd.

NiMH заменяет NiCd на таких рынках, как беспроводная связь и мобильные компьютеры. Во многих частях мира покупателю рекомендуется использовать батареи NiMH, а не NiCd. Это связано с заботой об окружающей среде о небрежной утилизации отработанной батареи.

Эксперты согласны с тем, что NiMH значительно улучшились за эти годы, но ограничения остаются. Большинство недостатков характерны для технологии на основе никеля и присущи никель-кадмиевой батарее. Общепризнанно, что NiMH — это промежуточный шаг к технологии литиевых батарей.

Advantages and Limitations of NiMH Batteries
Advantages	Емкость на 30–40 % выше, чем у стандартного NiCd. NiMH имеет потенциал для еще более высокой плотности энергии. Менее подвержен памяти, чем NiCd. Периодические циклы упражнений требуются реже. Простота хранения и транспортировки — условия транспортировки не подлежат нормативному контролю. Экологически чистый — содержит только легкие токсины; выгодно для вторичной переработки.
Ограничения	Ограниченный срок службы — при многократном глубоком циклировании, особенно при высоких токах нагрузки, характеристики начинают ухудшаться после 200–300 циклов. Предпочтительны циклы поверхностной, а не глубокой разрядки. Ограниченный ток разряда — хотя никель-металлгидридные аккумуляторы способны обеспечивать высокие разрядные токи, повторные разряды с высокими токами нагрузки сокращают срок службы аккумулятора. Наилучшие результаты достигаются при токах нагрузки от 0,2°C до 0,5°C (от одной пятой до половины номинальной емкости). Требуется более сложный алгоритм зарядки — NiMH выделяет больше тепла во время зарядки и требует больше времени для зарядки, чем NiCd. Капельный заряд имеет решающее значение и должен тщательно контролироваться. Высокий саморазряд — у NiMH саморазряд примерно на 50% выше, чем у NiCd. Новые химические добавки улучшают саморазряд, но за счет меньшей плотности энергии. Производительность снижается при хранении при повышенных температурах — NiMH следует хранить в прохладном месте и при уровне заряда около 40 процентов. Высокий уровень обслуживания — батарея требует регулярной полной разрядки для предотвращения образования кристаллов. Примерно на 20 процентов дороже, чем NiCd — NiMH батареи, рассчитанные на высокое потребление тока, стоят дороже, чем обычная версия.

Рис. первая перезаряжаемая батарея для коммерческого использования. Сегодня залитые свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях, вилочных погрузчиках и крупных системах бесперебойного питания (ИБП).

В середине 19В 70-х годах исследователи разработали необслуживаемую свинцово-кислотную батарею, которая могла работать в любом положении. Жидкий электролит трансформировался в увлажненные сепараторы, и корпус был герметизирован. Были добавлены предохранительные клапаны для выпуска газа во время заряда и разряда.

В связи с различными приложениями появилось два обозначения аккумуляторов. Это небольшие герметичные свинцово-кислотные (SLA), также известные под торговой маркой Gelcell, и свинцово-кислотные с большим клапаном (VRLA). Технически обе батареи одинаковы. (Инженеры могут возразить, что слово «герметичная свинцово-кислотная» является неправильным, поскольку ни одна свинцово-кислотная батарея не может быть полностью герметизирована.) Поскольку мы делаем акцент на портативных батареях, мы ориентируемся на SLA.

В отличие от залитых свинцово-кислотных аккумуляторов, как SLA, так и VRLA разработаны с низким потенциалом перенапряжения, чтобы предотвратить достижение аккумулятором своего газообразующего потенциала во время зарядки. Избыточная зарядка может вызвать газообразование и истощение воды. Следовательно, эти батареи никогда не могут быть полностью заряжены.

Свинцово-кислотный запоминающему устройству не подлежит. Если оставить батарею на подзарядке в течение длительного времени, это не приведет к ее повреждению. Сохранение заряда аккумулятора является лучшим среди перезаряжаемых аккумуляторов. В то время как NiCd саморазряжается примерно на 40 процентов накопленной энергии за три месяца, SLA саморазряжается на такое же количество энергии за один год. Купить SLA относительно недорого, но эксплуатационные расходы могут быть выше, чем у NiCd, если требуются полные циклы на повторяющейся основе.

SLA не поддерживает быструю зарядку — обычное время зарядки составляет от 8 до 16 часов. SLA всегда должен храниться в заряженном состоянии. Если оставить аккумулятор в разряженном состоянии, это приведет к сульфатации, состоянию, из-за которого аккумулятор будет трудно, а то и невозможно перезарядить.

В отличие от NiCd, SLA не любит глубокое циклирование. Полный разряд вызывает дополнительную нагрузку, и каждый цикл лишает батарею небольшого количества емкости. Эта характеристика износа в той или иной степени применима и к другим химическим элементам аккумуляторов. Чтобы предотвратить нагрузку на аккумулятор из-за повторяющихся глубоких разрядов, рекомендуется использовать аккумулятор SLA большей емкости.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры SLA обеспечивает от 200 до 300 циклов разрядки/зарядки. Основной причиной его относительно короткого срока службы является коррозия решетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Эти изменения наиболее распространены при более высоких рабочих температурах. Велоспорт не предотвращает и не обращает вспять тенденцию.

Оптимальная рабочая температура для аккумуляторов SLA и VRLA составляет 25°C (77°F). Как правило, повышение температуры на каждые 8°C (15°F) сокращает срок службы батареи вдвое. VRLA, срок службы которых составляет 10 лет при 25°C, будет годен только 5 лет при эксплуатации при 33°C (95°F). Та же батарея прослужит чуть больше года при температуре 42°C (107°F).

Среди современных перезаряжаемых аккумуляторов семейство свинцово-кислотных аккумуляторов имеет самую низкую плотность энергии, что делает их непригодными для портативных устройств, требующих компактных размеров. Кроме того, производительность при низких температурах оставляет желать лучшего.

SLA рассчитан на 5-часовой разряд или 0,2C. Некоторые аккумуляторы даже рассчитаны на медленный 20-часовой разряд. Более длительное время разрядки дает более высокие показания емкости. SLA хорошо работает при высоких импульсных токах. Во время этих импульсов скорость разряда может значительно превышать 1C.

С точки зрения утилизации аккумулятор SLA менее вреден, чем NiCd аккумулятор, но высокое содержание свинца делает аккумулятор SLA небезопасным для окружающей среды.

Advantages and Limitations of Lead Acid Batteries
Advantages	Недорогой и простой в производстве — с точки зрения стоимости ватт-часов SLA является наименее дорогим. Зрелая, надежная и хорошо изученная технология — при правильном использовании SLA долговечна и обеспечивает надежное обслуживание. Низкий саморазряд — скорость саморазряда является одной из самых низких среди аккумуляторных систем. Низкие требования к обслуживанию — без памяти; нет электролита для заливки. Высокая скорость разряда.
Ограничения	Нельзя хранить в разряженном состоянии. Низкая плотность энергии — низкое соотношение массы и плотности энергии ограничивает использование в стационарных и колесных приложениях. Допускает только ограниченное количество циклов полной разрядки — хорошо подходит для резервных приложений, требующих лишь редких глубоких разрядов. Неблагоприятно для окружающей среды — электролит и содержащийся в нем свинец могут нанести ущерб окружающей среде. Ограничения на транспортировку залитой свинцовой кислоты — существуют экологические проблемы, связанные с утечкой в ​​случае аварии. Тепловой разгон может произойти при неправильной зарядке. Рис. 4. Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов. Литий-ионная батарея Первые работы с литиевой батареей начались в 1912 под Г.Н. Льюисом, но только в начале 1970-х годов в продажу поступили первые неперезаряжаемые литиевые батареи. Литий — самый легкий из всех металлов, обладает самым большим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую плотность энергии на единицу веса. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за проблем с безопасностью. Из-за присущей металлическому литию нестабильности, особенно во время зарядки, исследования переместились на неметаллическую литиевую батарею с использованием ионов лития. Хотя плотность энергии немного ниже, чем у металлического лития, литий-ионный аккумулятор безопасен при соблюдении определенных мер предосторожности при зарядке и разрядке. В 1991, корпорация Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор. Другие производители последовали их примеру. На сегодняшний день литий-ионный аккумулятор является самым быстрорастущим и наиболее многообещающим химическим аккумулятором. Плотность энергии литий-ионного аккумулятора обычно в два раза выше, чем у стандартного NiCd. Улучшения в электродных активных материалах могут увеличить плотность энергии почти в три раза по сравнению с NiCd. В дополнение к высокой емкости нагрузочные характеристики достаточно хороши и ведут себя аналогично NiCd с точки зрения характеристик разряда (аналогичная форма профиля разряда, но другое напряжение). Плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной мощности в желаемом спектре напряжения. Высокое напряжение элемента позволяет использовать аккумуляторы только с одним элементом. Большинство современных мобильных телефонов работают на одной ячейке, что упрощает конструкцию батареи. Для поддержания той же мощности потребляются более высокие токи. Низкое сопротивление ячейки важно для обеспечения неограниченного протекания тока во время импульсов нагрузки. Литий-ионная батарея не требует особого ухода, и это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических элементов. Память отсутствует, и циклы по расписанию не требуются для продления срока службы батареи. Кроме того, саморазряд в два раза меньше, чем у NiCd, что делает литий-ионные аккумуляторы хорошо подходящими для современных приборов для измерения уровня топлива. Литий-ионные аккумуляторы не причиняют особого вреда при утилизации. Несмотря на общие преимущества, литий-ионный аккумулятор имеет и недостатки. Он хрупкий и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждую батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения элемента при разряде. Кроме того, температура ячейки контролируется для предотвращения экстремальных температур. Максимальный зарядный и разрядный ток ограничен от 1C до 2C. При соблюдении этих мер предосторожности возможность образования металлического лития из-за перезарядки практически исключена. Старение является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители хранят молчание по этому поводу. Некоторое ухудшение емкости заметно через год, независимо от того, используется батарея или нет. В течение двух или, возможно, трех лет батарея часто выходит из строя. Следует отметить, что другие химические вещества также имеют возрастные дегенеративные эффекты. Это особенно верно для NiMH, если они подвергаются воздействию высоких температур окружающей среды. Хранение аккумулятора в прохладном месте замедляет процесс старения литий-ионного (и других химических элементов). Производители рекомендуют температуру хранения 15°C (59°F). Кроме того, во время хранения аккумулятор должен быть частично заряжен. Производители постоянно совершенствуют химический состав литий-ионного аккумулятора. Новые и улучшенные химические комбинации вводятся каждые шесть месяцев или около того. При таком быстром прогрессе трудно оценить, насколько хорошо будет стареть обновленная батарея. Наиболее экономичным литий-ионным аккумулятором с точки зрения соотношения стоимости и энергии является цилиндрический элемент 18650. Эта ячейка используется для мобильных вычислений и других приложений, не требующих сверхтонкой геометрии. Если требуется более тонкий аккумулятор (тоньше 18 мм), лучшим выбором будет призматический литий-ионный аккумулятор. Прироста плотности энергии по сравнению с 18650 нет, однако стоимость получения той же энергии может удвоиться. Для сверхтонкой геометрии (менее 4 мм) единственным выбором является литий-ионный полимер. Это самая дорогая система с точки зрения соотношения стоимости и энергии. Нет прироста плотности энергии, а долговечность уступает прочной ячейке 18560. Advantages and Limitations of Li-ion Batteries Преимущества Высокая плотность энергии — потенциал для еще большей производительности. Относительно низкий саморазряд — саморазряд вдвое меньше, чем у NiCd и NiMH. Low Maintenance — периодическая разрядка не требуется; нет памяти. Ограничения Требуется схема защиты — схема защиты ограничивает напряжение и ток. Батарея безопасна, если ее не спровоцировать. Подвержен старению, даже если не используется — хранение аккумулятора в прохладном месте и при 40-процентном уровне заряда уменьшает эффект старения. Умеренный разрядный ток. В соответствии с правилами перевозки — отгрузка больших партий литий-ионных аккумуляторов может подлежать регулирующему контролю. Это ограничение не распространяется на аккумуляторы ручной клади. Дорого в производстве — примерно на 40% дороже, чем NiCd. Более совершенные технологии производства и замена редких металлов более дешевыми альтернативами, вероятно, снизят цену. Неполная зрелость — изменения в сочетаниях металлов и химических веществ влияют на результаты испытаний батарей, особенно при использовании некоторых быстрых методов испытаний. Рис. тип используемого электролита. Оригинальный дизайн, восходящий к 1970-х, используется сухой твердый полимерный электролит. Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но допускает обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Конструкция из сухого полимера обеспечивает упрощение изготовления, прочность, безопасность и геометрию тонкого профиля. Нет опасности воспламенения, поскольку не используется жидкий или гелеобразный электролит. При толщине ячейки всего один миллиметр (0,039дюймов), дизайнеры оборудования предоставлены своему собственному воображению с точки зрения формы, формы и размера. К сожалению, сухой литий-полимер имеет плохую проводимость. Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить импульсы тока, необходимые для современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагрев ячейки до 60°C (140°F) и выше увеличивает проводимость, но это требование не подходит для портативных приложений. Чтобы сделать маленькую литий-полимерную батарею проводящей, в нее было добавлено некоторое количество гелеобразного электролита. Большинство коммерческих литий-полимерных аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, являются гибридными и содержат гелеобразный электролит. Правильный термин для этой системы Литий-ионный полимер . Из рекламных соображений большинство производителей аккумуляторов маркируют аккумулятор просто как Li-polymer . Поскольку гибридный литий-полимерный аккумулятор на сегодняшний день является единственной функционирующей полимерной батареей для портативного использования, мы сосредоточимся на этом химическом составе. С добавлением гелеобразного электролита, в чем тогда разница между классическим литий-ионным и литий-ионным полимером? Хотя характеристики и производительность этих двух систем очень похожи, литий-ионный полимер уникален тем, что твердый электролит заменяет пористый сепаратор. Гелеобразный электролит просто добавляется для повышения ионной проводимости. Технические трудности и задержки в массовом производстве отложили внедрение литий-ионных полимерных аккумуляторов. Кроме того, обещанное превосходство литий-ионного полимера до сих пор не реализовано. Никаких улучшений в приросте емкости не достигается — фактически емкость чуть меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. На данный момент преимущества в цене нет. Основной причиной перехода на литий-ионный полимер является форм-фактор. Это позволяет использовать тонкую геометрию, стиль, который востребован в высококонкурентной индустрии мобильных телефонов. Advantages and Limitations of Li-ion Polymer Batteries Advantages Очень низкий профиль — возможны батареи, которые по форме напоминают кредитную карту. Гибкий форм-фактор — производители не привязаны к стандартным форматам ячеек. При больших объемах любой разумный размер может быть произведен экономично. Легкий вес – гелеобразные, а не жидкие электролиты позволяют упростить упаковку, в некоторых случаях устраняя металлическую оболочку. Повышенная безопасность — более устойчивы к перезарядке; меньше вероятность утечки электролита. Ограничения Меньшая плотность энергии и меньшее количество циклов по сравнению с литий-ионными аккумуляторами — существует потенциал для улучшений. Дорого в производстве — после массового производства литий-ионный полимер может стать дешевле. Уменьшенная схема управления компенсирует более высокие производственные затраты. Как хранение энергии может произвести революцию в промышленности в ближайшие 10 лет 41 десятилетие. В 2010 году наши телефоны и компьютеры питались от батареек. К концу десятилетия они начнут питать наши автомобили и дома. За последние десять лет всплеск производства литий-ионных аккумуляторов привел к снижению цен до такой степени, что — впервые в истории — электромобили стали коммерчески жизнеспособными с точки зрения как стоимости, так и производительности. Следующий шаг и то, что определит следующее десятилетие, — это хранилище коммунального масштаба. новости об инвестициях По мере того, как безотлагательность климатического кризиса становится все более очевидной, ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии, являются батареи. Солнечная энергия и ветер играют большую роль в выработке электроэнергии, но без эффективных методов хранения энергии природный газ и уголь необходимы в то время, когда солнце не светит или ветер не завывает. И поэтому крупномасштабное хранение играет важную роль, если общество хочет уйти от мира, зависящего от ископаемого топлива. смотреть сейчас По оценкам UBS, в течение следующего десятилетия затраты на хранение энергии снизятся на 66-80%, а мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов. Попутно будут расти и развиваться целые экосистемы, чтобы поддерживать новую эру электричества с батарейным питанием, и последствия этого будут ощущаться во всем обществе. Замена электросети Если электромобили будут расти быстрее, чем ожидалось, пиковый спрос на нефть может быть достигнут, например, раньше, чем ожидалось, в то время как большее количество зеленой энергии изменит состав электросети. В недавней записке для клиентов аналитики Cowen заявили, что в энергосистеме «в течение следующих десяти лет произойдет больше изменений, чем за предыдущие 100 лет». Растущий рынок накопителей энергии предлагает множество инвестиционных возможностей, особенно с учетом того, что государственные субсидии и нормативные акты способствуют переходу на экологически чистую энергию. Но, как и на других высококонкурентных рынках, таких как производство полупроводников в 1990-х годах, производство аккумуляторов не всегда приносило инвесторам максимальную прибыль. Ряд аккумуляторных компаний обанкротились, что подчеркивает тот факт, что продукт, изменяющий общество, может не вознаграждать акционеров. «В конце концов, это достанется некоторым лидерам отрасли, которые заработают немного денег», — сказал Джо Оша из JMP Securities. «Я думаю, что все эти компании проделают хорошую работу по снижению цен для производителей [электромобилей] в течение следующих 5-10 лет. процесс.» Тем не менее, несмотря на то, что инвестировать в компании, занимающиеся исключительно производством аккумуляторов, может быть сложно, есть возможности нацелиться на компании, которые выиграют от перехода к миру с низким уровнем выбросов углерода. Например, Sunrun — крупнейшая компания по производству солнечной энергии для жилых помещений в Соединенных Штатах, а NextEra Energy — одна из крупнейших в стране компаний по производству возобновляемой энергии, которая в настоящее время строит хранилище коммунального масштаба. Поскольку ученые изменяют химический состав батарей, а компании делают ставки на то, что может стать следующей революционной технологией, Дэн Голдман, основатель венчурной компании Clean Energy Ventures, ориентированной на чистые технологии, сказал, что такие области, как инновационные системы управления батареями, являются хорошим ставка для инвесторов, поскольку они могут работать с любой аккумуляторной технологией. «Использование огромных экономических возможностей, лежащих в основе перехода к системам управления и энергосистемам на основе аккумуляторов», требует, чтобы не только планировщики, политики и регуляторы, но и инвесторы «использовали экосистемный подход к развитию этих рынков», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в Аккумуляторы прорыва: Энергия чистой электрификации . Батарейки: новая звезда науки Технология аккумуляторов в ее простейшем виде насчитывает более двух столетий. Само слово является общим термином, поскольку батареи бывают всех форм и размеров: свинцово-кислотные, никель-железные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и т. д. Литий-ионные батареи — что само по себе может быть общим термином — были впервые разработаны в 1970-х годах и впервые коммерциализированы Sony в 1991 для портативного видеомагнитофона компании. Теперь их можно найти во всем: от айфонов до медицинских устройств, от самолетов до международной космической станции. Возможно, лучшим свидетельством той роли, которую эти батареи сыграли в современном обществе, является то, что в этом году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею. «За последние десятилетия эта разработка [литий-ионных аккумуляторов] развивалась быстрыми темпами, и мы можем ожидать еще много важных открытий в технологии аккумуляторов», — заявила в октябре Шведская королевская академия наук. «Эти будущие прорывы, несомненно, приведут к дальнейшим улучшениям в нашей жизни не только для нашего удобства, но и в отношении глобальной и местной окружающей среды и, в конечном итоге, устойчивости всей нашей планеты». Электромобили: путь вперед Tesla была первой автомобильной компанией, выпустившей на рынок электромобиль с батарейным питанием, когда она представила Roadster в 2008 году. Автопроизводители ранее возились с гибридными моделями, но, как правило, полностью электрические автомобили их не интересовали. учитывая высокую себестоимость продукции. Но за последнее десятилетие вкусы потребителей изменились, и по мере усиления надзора со стороны регулирующих органов — особенно в Европе — автопроизводителям приходилось идти в ногу со временем. Практически все автопроизводители сейчас предлагают или планируют предложить полностью электрические или, по крайней мере, гибридные модели автомобилей. В ноябре Ford представил свой полностью электрический Mustang Mach-E, который является частью плана компании стоимостью 11 миллиардов долларов по разработке 40 полностью электрических и гибридных моделей к 2022 году, а в марте Volkswagen увеличил свою цель по выпуску электромобилей до 70 новых моделей к 2028 году. по сравнению с предыдущей целью в 50. Цены на аккумуляторные батареи для электромобилей обычно оцениваются по стоимости за киловатт-час. За последние десять лет цены упали, поскольку производство достигло эффекта масштаба. По данным BloombergNEF, сейчас они стоят около 156 долларов за киловатт-час, что на 85% меньше, чем в 2010 году, когда они стоили 1100 долларов плюс/кВтч. А продолжающееся производство и повышение эффективности должны привести к тому, что к 2024 году цены упадут ниже цены в 100 долларов за кВтч, как обнаружило BloombergNEF, что важно, поскольку это отраслевой консенсус относительно того, когда электромобили достигнут ценового паритета с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. «Хотя концепция электромобилей не нова, в этом автомобильном цикле отличается наличием надежных и недорогих аккумуляторов, обладающих отличными энергетическими и энергетическими характеристиками в практичном форм-факторе», — сказал аналитик Cowen Джеффри Осборн. последнее примечание для клиентов. Рабочие на линии по производству литий-ионных аккумуляторов для электромобилей (EV) на заводе в Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай. Reuters Мировые продажи подключаемых электромобилей, включая электромобили с батарейным питанием и подключаемые гибридные электромобили, достигли 1,98 миллионов в 2018 году, по данным Международного энергетического агентства, в результате чего общее количество электромобилей на дорогах превысило 5,1 миллиона. Это все еще очень небольшая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей, находящихся на дорогах сегодня, но ожидается, что их число будет продолжать расти. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году 57% продаж новых легковых автомобилей будут электромобилями, что увеличит общий парк электромобилей до 30%. В настоящее время Tesla является крупнейшим в мире производителем электромобилей, и, хотя она еще не получила годовой прибыли, она сообщала о прибыли ежеквартально, в том числе в последнем квартале. Компания оказалась несколько поляризованной с точки зрения инвестирования, учитывая частые невыполнения поставленных задач и иногда неустойчивое поведение генерального директора Илона Маска. Но компании удалось снизить цену на свой аккумулятор. Отчасти это связано с гигафабрикой Tesla в Спарксе, штат Невада, которая работает с максимальной эффективностью, а также с тем, что варианты хранения компании для жилых и коммунальных помещений помогают распределить фиксированные затраты на производство аккумуляторов. Компания также воспользовалась государственными субсидиями и оптимизировала операции на своей гигафабрике. Литий-ионные аккумуляторные элементы Томохиро Осуми | Блумберг | Гетти Изображений Аккумулятор является основным отличием электромобилей, поскольку запас хода автомобиля определяется количеством накопленной энергии, а также временем, которое требуется для зарядки автомобиля. В недавней заметке Credit Suisse говорится, что важно отдать должное компании Tesla за разработку аккумуляторов. Фирма имеет низкий рейтинг акций, но заявила, что автопроизводитель имеет «преимущество перед другими автопроизводителями в области электрификации», среди прочего, благодаря плотности энергии его батареи. Стоимость компактной модели 3 Tesla начинается от 39 990 долларов США, не считая экономии от государственных субсидий и газа, что означает, что она все еще значительно дороже, чем компактные автомобили, работающие на газе. Еще одна проблема, которую автопроизводителям придется решать в будущем, — это больший запас хода на одной зарядке и более быстрое время зарядки, что препятствует широкому внедрению. Но с учетом снижения стоимости аккумуляторов электромобили S&P Global Platts заявили, что они могут стать конкурентоспособными в странах с высокими ценами на нефть уже в ближайшие два-три года. «Tesla вывела на рынок бренд, и это действительно помогло всей отрасли, — сказал Остин Девани, директор IHS Markit по глобальным неорганическим веществам. «Вы доберетесь до того, что карманная сторона начнет привлекать больше людей к электромобилям, поэтому вы увидите увеличение уровня проникновения в ближайшие годы». Инвестиционные возможности в цепочке поставок аккумуляторов Основной причиной того, что электромобили с питанием от аккумуляторов все еще относительно дороги, является стоимость сырья, необходимого для их производства. Помимо лития, для литий-ионных аккумуляторов необходимы другие минералы, такие как кобальт и графит, а также такие металлы, как никель, алюминий и марганец. Электромобили теперь опережают бытовую электронику по спросу на литий. По данным S&P Global Platts, несмотря на растущий спрос на минерал, цены резко упали за последнее десятилетие после того, как наращивание производства превысило более медленные, чем ожидалось, продажи электромобилей. Фирма заявила, что ожидает, что спрос со стороны транспортного и энергетического секторов почти утроится в течение следующих пяти лет, и что по мере нарастания импульса спрос может превысить предложение. Химическая компания Albemarle может стать одним из бенефициаров растущего спроса, поскольку у нее есть заводы по производству лития по всему миру, в том числе в Силвер-Пик, штат Невада, и Салар-де-Атакама, Чили. Акции боролись за последние несколько лет, и за последний год количество аналитиков Уолл-стрит, которые имеют рейтинг покупки акций, упало с 80% до 52%. Но не все отказались от акций. Аналитик Jefferies Лоуренс Александр сказал в декабре, что это «одна из самых интригующих историй за 3-5 лет». Его цель в 83 доллара на 15% выше, чем сейчас торгуются акции. Другие производители лития включают компанию Livent из Филадельфии, которая была выделена из FMC Corporation, и чилийскую компанию Sociedad Quimica y Minera De Chile S.A. солончак Атакама на севере Чили, 10 января 2013 г. Иван Альварадо | Reuters Когда дело доходит до фактического производства аккумуляторных элементов для аккумуляторных батарей, на рынке доминируют азиатские компании, такие как Panasonic, CATL, LG Chem и китайская BYD, почти 25% которой принадлежит Berkshire Hathaway Уоррена Баффета. Panasonic сотрудничает с Tesla, а LG Chem производит батареи, в частности, для General Motors и Ford. В декабре GM и LG Chem объявили, что к 2023 году они инвестируют до 2,3 миллиарда долларов в создание совместного предприятия в Огайо по производству аккумуляторных элементов для электромобилей. «Новый объект поможет нам масштабировать производство и значительно повысить рентабельность и доступность электромобилей», — заявила генеральный директор и председатель GM Мэри Барра на мероприятии для СМИ, посвященном новому заводу. Девани сказал, что мы достигли своего рода «переломного момента», когда материальные игроки могут увидеть паритет в ценах на батареи и пакеты. «Пять лет назад… электромобили были чем-то вроде новинки… потребитель не всегда обращал внимание на преимущества, сегодня они есть». Питание вашего телефона для питания вашего дома Спрос на более крупные и качественные аккумуляторы для питания электромобилей имеет волновой эффект, в том числе в домашних хранилищах энергии. Это особенно верно, поскольку падение цен на солнечную энергию в сочетании с государственными субсидиями побудило потребителей переключиться на возобновляемые источники энергии. В ноябрьской записке для клиентов Оша из JMP сказал, что SunRun, которая предлагает варианты солнечной энергии и хранения, выглядит готовой к «отличному 2020 году», отчасти из-за потенциала роста бизнеса компании по хранению. «Внедрение накопителей заметно как в RUN, так и во всей отрасли — бытовые батареи превратились из редкости во все более распространенную часть новой бытовой солнечной установки», — сказал он. Tesla — еще одна компания, предлагающая солнечную энергию и аккумуляторы с помощью своей батареи Powerwall, которая, по словам аналитика Baird Бена Калло, в настоящее время является «недооцененной» частью компании, но, как он ожидает, станет «более важной областью внимания по мере увеличения маржи и развертывания растут». Tesla Powerwall 2 Источник: Tesla Хотя обе эти компании также предлагают солнечные установки, другие компании, такие как Enphase Energy, предлагают батареи, которые интегрируются с существующими солнечными системами. В этом году акции Enphase стали лидерами индекса NASDAQ Composite после взлета на 465%. Следующий шаг: накопители коммунального масштаба Самый большой потенциальный рынок для хранения энергии – это не отдельные потребители, а крупные коммунальные предприятия. Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, обеспечивают все больше и больше энергии для сети. Но до тех пор, пока не будет разработано эффективное хранилище энергии, эти прерывистые источники будут продолжать полагаться на ископаемое топливо. Проект по хранению солнечной энергии и энергии Лаваи на острове Кауаи, Гавайи. Проще говоря, электрическая сеть обычно работает в настоящее время так, что используемая энергия вырабатывается всего несколько мгновений назад. Запасов не так много, поэтому спрос и предложение всегда должны быть в равновесии. Но по мере того, как цены на аккумуляторы падают, все больше и больше коммунальных предприятий интегрируют литий-ионные аккумуляторы в свои системы. В настоящее время они в основном используются для замены так называемых пиковых электростанций — электростанций, обычно работающих на природном газе, которые используются только в периоды пиковой нагрузки. Они также начинают заменять дизельные генераторы в местах с постоянной потребностью в электроэнергии, например, в больницах. Правительственные стимулы и снижение стоимости солнечной и ветровой энергии также повышают жизнеспособность аккумулирования энергии. «10 лет назад аккумуляторы были желательными, поскольку решение для более высокого проникновения возобновляемых источников энергии в электрическую сеть, и сегодня я думаю, что вы можете увидеть прямую видимость в течение следующих 10 лет, чтобы это стремление стало реальностью», Об этом CNBC заявил управляющий директор Ultra Capital Кристиан Ханельт. Он добавил, что у коммунальных компаний есть естественное преимущество, поскольку они разбираются в передающей сети и знают, где они могут извлечь выгоду. NextEra Energy является одним из крупнейших в стране поставщиков возобновляемой энергии, включая предложения по хранению энергии. В недавней записке для клиентов Credit Suisse назвал это одной из своих лучших инвестиционных идей, основанной на «сильном влиянии NextEra на быстрорастущую отрасль возобновляемых источников энергии» и «ведущем в мире крупномасштабном бизнесе по развитию возобновляемых источников энергии». Другие имена, предлагающие накопители энергии, включают EnerSys из Пенсильвании, а также Pinnacle West Capital Corporation, которая в феврале объявила о планах добавить 850 мегаватт аккумуляторов в Аризоне в течение следующих 5 лет. В настоящее время крупнейшая установка ионно-литиевых батарей находится в Южной Австралии и питается от Tesla. Он имеет мощность 100 мегаватт, что, согласно сайту, позволяет ему снабжать электроэнергией 30 000 домов при диспетчеризации на пиковой мощности. В ноябре французская компания Neoen, управляющая площадкой, объявила о 50-процентном расширении, в результате чего мощность увеличится до 150 МВт. Чиновники и рабочие собираются возле комплекса, в котором расположен Hornsdale Power Reserve с самой большой в мире ионно-литиевой батареей производства Tesla, во время официального запуска возле южно-австралийского города Джеймстаун. Дэвид Грей | Reuters Производители и операторы оборудования для возобновляемых источников энергии, а также химические компании и компании, производящие материалы, также могут выиграть, если хранение сделает ветровую и солнечную энергию более доступной. Осборн отметил, что потребуется новое программное обеспечение, чтобы помочь коммунальным компаниям понять потребности в электроэнергии, поскольку возобновляемые источники энергии и электромобили получают энергию из сети. «Мы рассматриваем внедрение интеллектуальных технологий в электросети как одну из следующих больших волн расходов на ИТ и новую инвестиционную тему, которая, вероятно, будет актуальна в течение следующих 10-20 лет. Масштабируйте интеграцию программного обеспечения, используя датчики связи по сети», — сказал он. Следующее десятилетие Затраты, которые остаются высокими, являются одной из причин, препятствующих всплеску интеграции литий-ионных аккумуляторов в сеть. Еще один фактор заключается в том, что этот конкретный тип батареи не обязательно лучше всего подходит для хранения энергии в течение более длительных периодов времени. Также известно, что они загораются, и есть проблемы с некоторыми необходимыми компонентами, такими как кобальт, почти половина которого поступает из Конго. No related posts. alexxlab Разное Простые раскраски для детей 2 лет: развиваем мелкую моторику и творческие способности alexxlab 24.11.2024 0 Разное Почему грудничок психует во время кормления: причины и решения alexxlab 23.11.2024 0 Разное Кишечная инфекция при беременности: причины, симптомы, лечение alexxlab 19.11.2024 0 Разное Компот из чернослива для грудничка: польза, рецепты и советы по приготовлению alexxlab 17.11.2024 0 Разное Двойня: особенности родов и выбор между естественными и кесаревым сечением alexxlab 16.11.2024 0 Разное Физиологический насморк у грудничка: симптомы, причины и особенности alexxlab 15.11.2024 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт