Современные аккумуляторные батареи: В Австралии создали новый вид аккумуляторов. Они заряжаются в 60 раз быстрее литий-ионных: Новости — Motor

Содержание

Аккумуляторы в оборудовании

Среди изобретений человека именно аккумулятор является одним из самых значимых. Благодаря появлению портативных источников энергии, каждый из нас сегодня может носить с собой целые мобильные центры и всегда иметь доступ к необходимой информации или средство связи. 

Введение

Помимо того, что аккумуляторы используются в портативных гаджетах, они ещё нашли применение и в совершенно разнообразной технике. В автомобиле есть аккумуляторы, фонарик работает от аккумуляторной батареи, портативные нагреватели работают от аккумуляторных батарей.  


Ну и, конечно же, аккумуляторные батареи используются в торговом оборудовании. Сложно представить себе портативную кассу без источника питания. Само собой, что в качестве такого источника используется именно батарея. 

Аккумуляторные батареи, используемые в торговом оборудовании, бывают разные.

Очень полезно знать, какие типы аккумуляторов используются в современных устройствах. От типа батареи зависит срок жизни самого устройства (т.к. часто заменить батарейку бывает дороже, чем купить новое устройство) и его удобства (например, если использовать кислотно-свинцовые аккумуляторы, то говорить о портативности такого оборудования можно весьма условно, больно уж тяжелый аккумулятор будет). Кроме того, от типа аккумуляторной батареи зависит её ремонтопригодность и особенности эксплуатации. 

В этом материале мы рассмотрим все важные моменты, которые будут полезны любому пользователю современной аккумуляторной батареи, ну а заодно обсудим варианты ремонта батарей.

Наше видео про аккумуляторы

Как работает аккумулятор

Любой аккумулятор представляет собой систему, способную превращать химическую энергию в электрическую. Для того, чтобы это превращение произошло, нужно использовать различные варианты взаимодействия, способные выделять электрическую энергию. Иными словами, необходимо обеспечить протекание химических реакций, которые и будут являться инициатором высвобождения свободных электронов


   

Остались какие-то вопросы или хотите разместить заказ? Мы всегда на связи!

    

По России: 8 (800) 600-32-31

По Москве: +7 (495) 139-09-60


Аккумулятор умеет заряжаться и разряжаться. По сути дела, зарядка и разрядка — это разные химические реакции. 

Если упростить логику, то аккумулятор у нас — это замкнутая система, состоящая из положительной обкладки, отрицательной обкладки и электролита, заполняющего пространство между обкладками. Всё это смонтировано в специальном корпусе. Электролит может быть жидкий или твёрдый, вариантов сегодня огромное количество. Но прежде, чем обсуждать этот вопрос, давайте вернемся именно к логике работы аккумуляторной батареи.

Итак, давайте заведомо всё упростим. Представим, что когда мы заряжаем аккумулятор, электрический ток наливается в него, как чай из чайника наливается в стакан. Процесс разрядки, соответственно, будет совершенно обратным — мы будем сливать электрический ток из аккумулятора, как молоко в миску для кота, тем самым опустошая

емкость аккумулятора

Тут мы случайно вспомнили ещё одну важнейшую характеристику любого аккумулятора — это его емкость. Для простоты понимания емкость можно представлять себе как объем аккумулятора, куда можно налить некоторое количество электричества. Если объем чашки измеряется в миллилитрах, то емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или милиампер-часах. Определяет этот параметр то, сколько полезной энергии сможет взять потребитель из этого аккумулятора.

Теперь обдумаем вопрос электрического тока. Что такое электрический ток? Это упорядоченное движение частичек. Для простоты понимания удобно представлять себе электрический ток в виде потока жидкости. Так будет легко понять связь емкости аккумулятора с его способностью отдавать электрический ток. 

Соответственно, чем больше чая в нашей чашке, тем больше его можно выпить 🙂 Аналогичная ситуация и с

аккумулятором — чем больше там тока (читай как «больше емкость»), тем большее время он сможет отдавать заряд своему потребителю. «Количество тока» определяется количеством частиц, которые смогли закачаться в аккумулятор. Это те самые  частички, которые перемещаются направленно в случае электрического тока

Как заряжается и разряжается аккумулятор 

Теперь мы переходим к самому главному. Процессу зарядки и разрядки.

Когда аккумулятор заряжается, он аккумулирует в себе электроны, передаваемые ему источником. Эти электроны доставляются до него электрическим полем прямиком от источника (в простонародье — от зарядника) и запасаются внутри аккумулятора. Но где же они запасаются? Они располагаются на электродах. Правда это не так просто, как хотелось бы. Без вспомогательного вещества, расположенного между обкладками аккумулятора, просто разместить частички было бы невозможно. В дело вступает

электролит, расположенный между обкладками аккумулятора. В данном случае, электролитом тут является серная кислота с водой. Это самый простой вариант аккумулятора. 


На схеме приведены процессы зарядки (а) и разрядки (б) кислотно-свинцового аккумулятора. Когда электрический ток проходит через электролит, на обкладках, в результате химической реакции «образуется» PbSO4, когда аккумулятор разряжается всё происходит в обратном порядке. Носителем ионов является электролит между пластинами. Ну а дальше, просто остается менять направления протекания электронов через эту цепь. Если аккумулятор заряжается, то образуется PbSO4, если разряжается — он пропадает. 

Вы можете сказать, что в современной технике

используются совершенно другие аккумуляторы, обладающие отличающейся химией.  Но логика работы всегда сохраняется одна и та же. Частички от зарядника поступают в раствор, благодаря взаимодействию с электронами происходит образование ионов и они аккумулируются на противоположных по знаку пластинах. Значит, появляются условия для образования электрического тока.

Какие типы аккумуляторов существуют

Логика работы у всех аккумуляторов примерно одинаковая вне зависимости от их химии. Всегда мы будем иметь раствор электролита в твердом или жидком виде, электроды и корпус, в котором всё это собрано. Но у каждого типа аккумулятора есть некоторые специфические особенности. Давайте рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы аккумуляторных батарей.

Кислотно-свинцовые аккумуляторы

Один из самых «древних» типов аккумуляторных батарей. Обладает высокой выносливостью и способен

работать практически при любых условиях эксплуатации. Одинаково успешно и без потери емкости работает при любых температурах с совершенно незначительной просадкой. Может отдавать огромные (по меркам других моделей) разрядные токи и имеет солидную емкость. Но, между тем, в современном торговом оборудовании практически не используется

Причина тут простая — это огромная масса самой батареи. Если мы с вами хотим запитать автономное стационарное устройство, то такой аккумулятор будет неплох. Но если же нам нужно использовать аккумулятор в портативном устройстве, то эта химия вряд ли подойдет. Правда до тех пор, пока не появились более совершенные варианты батарей, довольно успешно использовались и кислотно-свинцовые аккумуляторы. 

Литий-ионный аккумулятор

 Большая часть сканеров штрих кода и кассового оборудования сегодня используют именно этот тип аккумуляторов. И не удивительно. Литий-ионный аккумулятор зарекомендовал себя с самой лучшей стороны

— он относительно быстро заряжается, имеет небольшую массу (что делает его пригодным для использования в портативном торговом оборудовании — терминалах сбора данных и т. п.), имеет высокие занчения кпд и приемлемую емкость. Скорость зарядки довольно высокая. На данный момент эта технология получила наибольшее распространение, ну а соответственно и портативное торговое оборудование работает именно на этой «химии». 

Правда не лишены эти аккумуляторы и минусов. Они очень капризны и плохо реагируют на работу в агрессивных условиях. Зимой они теряют значительную часть емкости, а заряжать холодный аккумулятор и вовсе нельзя, так как это чревато его поломкой и полным выходом из строя. Заряжать аккумулятор можно только специальной системой, оснащенной платой BMS. Иногда она бывает встроенной в банку аккумулятора, а иногда необходимо устанавливать её отдельно. 

Именно капризность этого типа батареек приводит к тому, что сканер не включается или ТСД не показывает логотип фирмы, или касса не работает в автономном режиме. Ломаются аккумуляторы литий-ион неожиданно и безвозвратно. Если кислотно-свинцовая батарея сначала начнет хандрить и потеряет львиную долю емкости, то литий-ион не будет показывать такие симптомы. Он просто будет отрубаться. Во многом это следствие работы системы BMS, которая не позволяет нагрузке окончательно добиться элемент батареи. 

Никель-кадмиевый аккумулятор

Этот тип аккумуляторов знаком нам по активному их использованию в фотоаппаратах, плеерах, шурповертах и других развлекательных и хозяйственно-бытовых технических устройствах. Отличается он довольно ядреной дуропрочностью и практически не убиваемый. Однако, токоотдача этого элемента остается желать лучшего. Именно поэтому, многие современные устройства, например те же

портативные кассы или терминалы сбора данных работают на литиевых аккумуляторах. Никель-кадмиевые же аккумуляторы так и остались уделом шуруповертов и портативных полировалок.

Есть у аккумуляторов этой химии одна великолепная особенность. Такие аккумуляторы имеют возможность восстанавливаться. Несмотря на то, что и кислотно-свинцовые аккумуляторы тоже можно восстановить и сделать десульфацию, но никель-кадмиевые аккумуляторы регенерируются очень просто с одной только зарядкой, работающей в специальном режиме. Правда, само собой, если срок жизни аккумулятора вышел или израсходован ресурс разрядов-зарядов, то никакое восстановление не поможет. Однако, если аккумулятор пролежал в разряженном состоянии десять лет, то есть все шансы его оживить.

Близкий родственник этой химии — это металл-ангидридные аккумуляторы. Они тоже весьма хороший, но являются ближайшими братьями кадмиевых. В торговом оборудовании основное применение находили именно никель-кадмиевые батареи. 

Литий-полимерный аккумулятор

Есть ещё один вариант химии аккумулятор, которые встречаются в торговом оборудовании. Одно время такие аккумуляторы устанавливали на терминалы сбора данных и на портативные кассы. Это литий-полимерные аккумуляторы. 

У аккумуляторов этого типа есть одна важная особенность. При неправильной эксплуатации эти аккумуляторы могут самовозгораться или даже взрываться. Само собой, речь идёт только о неправильной эксплуатации. Но пользователь далеко не всегда знает, что аккумулятор используется неправильно. Например, от воздействия агрессивной внешней среды, этот тип аккумулятора может вздуваться. После этого батарея уже работает неправильно и в аварийном режиме. Если этот момент не заметить, а заметить его будет сложно, если аккумулятор запрятан, например, в корпусе кассовой машины, то при избыточном заряде или разряде такой аккумулятор может бахнуть.

Если же вернуться к техническим особенностям этого аккумулятора, то они довольно надежны, имеют высокую емкость и могут заряжаться гораздо быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы. В целом, полимеры более капризные, но при аккуратном использовании способны продемонстрировать гораздо более высокие показатели, чем остальные варианты.

В торговом оборудовании на данный момент практически не используются из-за их высокой стоимости и капризного нрава. 

Важнейшие характеристики аккумулятора

Для подбора нового аккумулятора для сканера или кассы, нужно уметь «читать» его характеристики. У каждого аккумулятора есть:

  • Рабочее напряжение — измеряется в Вольтах и всегда приводится на корпусе любой аккумуляторной батареи. При подборе батареи обратите внимание на ваш потребитель (то устройство, которое надо запитать) и выберите рабочее напряжение, эквивалентное этому параметру. Превышать показатели нельзя, поскольку если подключить сканер, работающий при 4 Вольтах, запитать на 2 Вольт, то скорее всего, он погибнет и сгорит.
  • Ток максимального разряда — измеряется в Амперах и важен для живучести аккумулятора
  • Емкость — измеряется в ампер-часах или в милли-ампер часах. Показывает, сколько аккумулятор может отдавать указанный ток. Когда вы выбираете новый аккумулятор, значение должно быть таким же, как у старой батареи или быть выше (что лучше)
  • Вес, размер, габариты — ну это совсем очевидные характеристики. Просто помните, что аккумулятор должен подойти к вашей системе физически.

Какова конструкция аккумулятора

Все аккумуляторные батареи имеют примерно схожую конструкцию. Вне зависимости от химии логика работы остается примерно одинаковой. 

Для начала отметим, что батарея может быть снабжена системой BMS или не снабжена. Эта система нужна для мониторинга заряда, балансировки ячеек аккумулятора и вообще управления работой батареи. Нужна она в тех случаях, когда мы работаем с батареями типа литий-полимер или литий-ион. В классических кислотно-свинцовых аккумуляторах эта система не используется. Это первое отличие, которое можно назвать отличием классов батарей друг от друга.

Теперь вернемся к самим аккумуляторам и опустим надстройки типа BMS. 

Любой аккумулятор состоит из элементов, которые объединяются в ячейки

Ячейки объединяются в целую аккумуляторную батарею. 

Элемент — это мельчайшая часть аккумулятора. Батарея может состоять всего из одного элемента. Такое часто встречается в сканерах штрих-кода. В случае литий-ион — это банка. В случае литий-полимер — это «котлета». В случае кислотно-свинцового аккумулятора — это резервуар внутри огромной батареи. Дальше ячейки соединяются последовательно или параллельно и образуют целую систему. 

Теперь про элемент в отдельности. Чуть выше мы сказали, что элемент батареи должен состоять из корпуса, двух электродов и электролита между ними. Вне зависимости от типа химии, описанной чуть ранее, конструкция элемента будет примерно одинакова. Дальше будут отличаться только варианты электролита или компоновка. 

Например, в случае кислотно-свинцовой батареи, элемент состоит очень просто. Есть резервуар, в этом резервуаре находится электролит, представленной смесью серной кислоты и дистиллированной воды. Внутри электролита плавает группа свинцовых пластин, которые являются электродами. Именно на них происходят окислительно-восстановительные реакции с образованием электрического тока. У группы пластины есть положительный полюс и отрицательный. Вот, собственно, и всё.

Дальше эти элементы объединены в одну большую батарею. 

Если мы рассмотрим элемент любой другой химии, то конструкция останется аналогичной.

Симптомы поломки аккумулятора

Очень часто при выходе из строя кассового аппарата или любого другого типа торгового оборудования, виноватым в поломке является именно аккумулятор. Если ваша портативная касса вышла из строя (кстати говоря, здесь мы писали про то, какие варианты ремонта кассы могут вам помочь), то первым делом проверяйте аккумуляторную батарею.

Какие симптомы подскажут вам, что у вашей кассы или штрих сканера погиб аккумулятор? Их несколько.

  1. Устройство отключается неожиданно и при этом индикатор заряда (если таковой имеется) сначала показывал 100%, а теперь показывает 1%. Это самый распространенный пример.
  2. Аккумулятор заряжался долгое время и простоял при показателе 100% заряда 3-4 часа. Но после этого, при первом же включении аккумулятор протянул 2-3 минуты, а затем повторился пункт номер 1. 
  3. Очевидный пункт — устройство вовсе не включается. Вы зажимаете кнопку включения, а эффекта нет. При этом батарея заряжалась долгое время, а индикатор заряда показывал 100%.
  4. Следующий очевидный пункт — сократилось время автономной работы. Касса работала три часа, а стала работать в автономном режиме 20 минут. 

Как отремонтировать аккумулятор

Любой аккумулятор можно отремонтировать. Правда когда речь идёт про аккумуляторы для торгового оборудования, всегда проще купить новую батарею. 

Мы обсудили устройство аккумулятора и сказали, что батарея состоит из ячеек и элементов. Как правило, причиной поломки аккумулятора является выход из строя одного элемента. Остальные элементы просто не способны тянуть большую нагрузку. Но есть и ещё один фактор — когда система оборудована платой BMS. Тогда сама система защиты батареи отрубает нагрузку в случае, если один из элементов в ячейке резко теряет напряжение. 

Единственным способом ремонта батареи торгового оборудования является замена убитого или сломанного элемента. Нужно найти в точности такой же элемент и впаять новый вместо поврежденного старого. 

Найти старый поврежденный элемент бывает непросто. Для этого нужно вооружиться мультиметром и электрической табуреткой, а также уметь считать показатели, которые должны приходиться на один элемент. Дальше аккумулятор подвергается ускоренному разряду с помощью электрической табуретки и замеряется просадка в Вольтах на каждом элементе и там, где показатели отклоняются от общей картины, элемент сломан. Бывают и простые случаи — например, когда на элементе есть очевидные механические повреждения

Ремонт же самого по себе элемента невозможен. Всё это возможно только в заводских условиях. И если раньше в кислотно-свинцовый аккумулятор можно было подлить дистиллированной водички, то сейчас даже батареи этого типа необслуживаемые. Последнее, в целом, логично. Ведь если представить себе кассу, из которой хлещет кислота от аккумулятора, становится страшно. 

Случаются и простые механические поломки. Например, один элемент может оторваться от ячейки, а ячейка может потерять контакт с основным блоком батареи. Эти недуги лечатся очень легко, правда случаются не так часто.

Заключение

Мы рассмотрели основные проблемы, которые могут возникнуть у вас при использовании аккумуляторов в терминалах сбора данных, в мобильных кассах или сканерах штри-кодов. По сути дела, эта информация относится ко всем современным портативным устройствам.

Если у вас остались какие-то дополнительные вопросы, то пожалуйста пишите их под нашим тематическим видео в этой статье, а мы обязательно ответим на них!


Литиевые тяговые аккумуляторы на 12-80 Вольт

Литий на замену свинцово-кислотным батареям — это реально!

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:

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>


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>

  • 60 v 52ah (по C2), 240 x 160 x 380 mm, тяговый, Литий (NMC)

  • 60 v 32ah (по C2), 300 x 230 x 180 mm, тяговый, Литий (NMC)

  • 60 v 20 ah (по C2), 236x196x153 mm, тяговый, Литий (NMC)

  • 48 v 24 ah (по C2), 183x156x203 mm, тяговый, Литий (NMC)


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.

Отправить запрос на расчет литиевого АКБ для штабелера / погрузчика


Вред литиевых аккумуляторов: влияние на окружающую среду

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-02-2022

Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.

Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы. На самом деле все не так идеально, как хотелось бы. Вред от производства литиевых аккумуляторов для одного электрокара, в соответствии некоторым исследованиям, сопоставим с тем, что выбрасывает в атмосферу обычный автомобиль на двигателе внутреннего сгорания в течение нескольких лет. Не в последнюю очередь это связано с тем, насколько много элементов питания используется в автомобиле.

Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.

Как аккумуляторы влияют на окружающую среду

Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов. К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.

 

Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.

Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.

Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым. Тем не менее, даже при таком раскладе электромобиль будет по меньшей мере вдвое экологичнее. Это не в последнюю очередь связано с низким КПД двигателей внутреннего сгорания, который даже не достигает и 50%. Хотя, и у электрокаров КПД не идеальный, плюс аккумулятор подвержен саморазряду даже при отсутсвии нагрузки. Это как бензобак, который немного протекает. Энергетическая отрасль претерпевает серьезное развитие и все больший процент энергии вырабатывается за счет возобновляемых источников (солнце, ветер и вода). Вместе с этим, соответственно, снижается косвенный вред от эксплуатации аккумуляторов.

Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.

Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека. Существует множество случаев самовозгорания аккумуляторов, которые могут привести к пожару. Чаще всего воспламенение связано с резким повышением температуры из-за замыкания электродов. К сожалению, далеко не всегда замыкание происходит из-за физического воздействия на аккумулятор. Причиной тому может стать техническая недоработка (многим известен случай массового возгорания смартфонов Samsung Galaxy Note 7) или сложные внутренние процессы в ходе старения.

Что мы можем сделать

Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.

Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.

Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.

Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.

Технология и компоненты в аккумуляторных батареях для электромобилей

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.

Хотите получить более специализированные знания?

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 25.06.2015 19:00
Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип

Применение

Обозначение

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т. д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

-20 … +40

3,2-4,2

280

никель-солевой

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Na/NiCl

-50 … +70

2,58

140

никель-кадмиевый

Электрокары, речные и морские суда, авиация

Ni-Cd

–50 … +40

1,2-1,35

40 – 80

железо-никелевый

Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления

Ni-Fe

–40 … +46

1,2

100

никель-водородный

Космос

Ni-h3

 

1,5

75

никель-металл-гидридный

электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Ni-MH

–60 … +55

1,2-1,25

60 – 72

никель-цинковый

Фотоаппараты

Ni-Zn

–30 … +40

1,65

60

свинцово-кислотный

Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.

Pb

–40 … +40

2, 11-2,17

30 – 60

серебряно-цинковый

Военная сфера

Ag-Zn

–40 … +50

1,85

<150

серебряно-кадмиевый

Космос, связь, военные технологии

Ag-Cd

–30 … +50

1,6

45 – 90

цинк-бромный

 

Zn-Br

 

1,82

70 – 145

цинк-хлорный

 

Zn-Cl

–20 … +30

1,98-2,2

160 – 250

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

  • Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

  • Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

  • Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

    Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

    Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

  • GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

    Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

    Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

     

     

     

  • OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

    Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

    Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.


    Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

  • OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

    Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

    Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

    Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

    Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Тип

LA

VRLA

AGM VRLA

GEL VRLA

OPzV

OPzS

Емкость, Ампер/час

10 – 300

1 – 300

1 – 3000

1 – 3000

50 – 3500

50 – 3500

Напряжение, Вольт

6, 12

4, 6, 12

2, 4, 6, 12

2, 6, 12

2

2

Оптимальная глубина разряда, %

 

30

<40

<50

<60

<60

Допустимая глубина разряда, %

 

<75

<80

<90

<90

<100

Циклический ресурс, D. O.D.=50%

 

<250-300

<1000

<1400

<3200

<3300

Оптимальная температура, °С

0 … +45

+15 … +25

+10 … +25

+10 … +25

0 … +30

0 … +30

Диапазон рабочих температур, °С

–50 … +70

–35 … +60

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

Срок службы, лет при +20°С

<7

<7

5 – 15

8 – 15

15 – 20

17 – 25

Саморазряд, %

3 – 5

2 – 3

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

Макс. ток заряда, % от емкости

10 – 20

20 – 25

20 – 30

15 – 20

15 – 20

10 – 15

Минимальное время заряда, ч

8 – 12

6 – 10

6 – 10

8 – 12

10 – 14

10 – 15

Требования к обслуживанию

3 – 6 мес.

нет

нет

нет

нет

1 – 2 года

Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.

70 – 150

200 – 250

250 – 380

350 – 500

1000 – 1400

1500 – 3500

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

  • Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

    Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

    На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

    Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

     

  • Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

    Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

    Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

  • Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

    Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

    Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

    Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

    На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

    Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

    Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. 

  • Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

    Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

    NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.

    Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

  • Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

    Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.

    Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

     

  • Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.

    Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

  • Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

    Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

    Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.

    Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

  • Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

    В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

    Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

    Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Параметр \ Тип

LiCoO2

LiMn2O4

LiNiMnCoO2

LiFePO4

LiNiCoAlO2

Li4Ti5O12

Напряжение элемента, Вольт;

3. 6

3.7

3.6-3.7

3.2

3.6

2.4

Оптимальная глубина разряда, %;

85-90

85-90

85-90

85-90

85-90

85-90

Допустимая глубина разряда, %;

100

100

100

100

100

100

Циклический ресурс, D.O.D.=80%;

700 — 1000

1000 — 2000

1000 — 2000

1000 — 2000

1000 — 2000

5000 — 8000

Оптимальная температура, °С;

+20. ..+30

+20…+30

+20…+30

+20…+30

+20…+30

+20…+30

Диапазон рабочих температур, °С;

–10 …+60

–10 …+45

–10 …+55

–10 …+60

–10 …+55

–10 …+45

Срок службы, лет при +20°С;

5 – 7

10

10

20 — 25

20 — 25

18 — 25

Саморазряд в мес., %

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

Макс. ток разряда

1C

10C/30C 5с

2C

25 — 30C

1C

10C/30С 5с

Макс. ток заряда

0,7-1C

0,7-1C

0,7-1C

1C

0,7C

1C

Минимальное время заряда, ч

2 — 3

2 — 2.5

2 — 3

2 — 3

2 — 3

2 — 3

Требования к обслуживанию

нет

нет

нет

нет

нет

нет

Уровень стоимости

высокий

средний

средний

низкий

средний

высокий

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

  • время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

  • время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

  • время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

  • время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

  • время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Параметр \ Тип

Никель-кадмиевые / Ni-Cd

Емкость, Ампер/час;

1 – 1500

Напряжение элемента, Вольт;

1,2

Оптимальная глубина разряда, %;

60 — 80

Допустимая глубина разряда, %;

100

Циклический ресурс, D.O.D.=80%;

2300

Оптимальная температура, °С;

0 … +20

Диапазон рабочих температур, °С;

-50 … +70

Срок службы, лет при +20°С;

25

Саморазряд в мес. , %

4

Макс. ток разряда

10 C5

Макс. ток заряда

0.4 C5

Минимальное время заряда, ч

5

Требования к обслуживанию

Малообслуживаемые или необслуживанемые

Уровень стоимости

средняя (300 – 400$ 100Ач)

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Параметр \ Тип

Никель-кадмиевые / Ni-Cd

Емкость, Ампер/час;

10 – 1000

Напряжение элемента, Вольт;

1,2

Оптимальная глубина разряда, %;

50 — 80

Допустимая глубина разряда, %;

100

Циклический ресурс, D.O.D.=80%;

1800 — 2300

Оптимальная температура, °С;

+15 . .. +25

Диапазон рабочих температур, °С;

-40 … +60

Срок службы, лет при +20°С;

20

Саморазряд в мес., %

15

Макс. ток разряда

0.25C 5

Макс. ток заряда

0.25C 5

Минимальное время заряда, ч

12 – 16

Требования к обслуживанию

Малообслуживаемые

Уровень стоимости

средняя, низкая

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Какие проблемы помогают решить современные инновационные зарядные устройства линейки СибАмпер?

В настоящее время существует большое разнообразие видов аккумуляторных батарей и фирм их производителей. В связи с особенностями технологии производства, произведенные аккумуляторные батареи имеют характерные эксплуатационные отличия, т.е. имеют отличия как в области применения, так и в обслуживании. 

Срок службы аккумуляторной батареи зависит от многих факторов. Основные — температура аккумулятора, ток разряда, глубина разряда, ток заряда, напряжение заряда, профиль заряда, температурная компенсация напряжения заряда и время заряда. Основным фактором старения аккумуляторной батареи при разряде является глубина разряда. Для примера приведем график зависимости количества циклов от глубины разряда аккумуляторов Ventura, который представлен на Рисунке 1.

График взят из руководства по эксплуатации промышленных аккумуляторов Ventura www.wizard-m.ru/downloads/it/instruction/instruction_ventura.pdf

Рисунок 1 — Зависимость количества циклов от глубины разряда аккумуляторов Ventura.

В процессе заряда можно выделить несколько факторов, которые влияют на старение аккумуляторной батареи:

1. Точность поддержания напряжения заряда

Высокое напряжение заряда ведет к увеличению температуры аккумуляторной батареи и повышенному выделению газов через аварийный клапан, что приводит к осушению аккумуляторной батареи и быстрой ее деградации. В свою очередь низкое напряжение заряда ведет к глубокой сульфатации аккумуляторной батареи и потери ее емкости.

2.    Уровень пульсации тока заряда

Для достижения максимального срока службы аккумуляторной батареи переменная составляющая тока, протекающего через батарею во всех режимах и обусловленная всеми нагрузками, не должна превышать 0,1∙С10 [Ампер] RMS, по рекомендации Ventura. Это означает, что необслуживаемые аккумуляторы необходимо использовать совместно с импульсными зарядными устройствами, работающими на частоте в десятки килогерц и обеспечивающими постоянное напряжение (не пульсирующее в такт с напряжением в сети 220В 50Гц) (данные взяты из статьи «Ликбез по кислотным аккумуляторам» https://samodelcin.nethouse.ru/page/38684).

3.    Точность поддержания тока заряда.

Разряженный аккумулятор в начальной фазе заряда потребляет большой ток. Слишком большой начальный ток может вызвать перегрев аккумулятора и его повреждение. Поэтому в начале заряда ток следует ограничивать на уровне 0,25∙С10 [Ампер] при эксплуатации в циклическом режиме и на уровне 0,1∙С10 [Ампер] при ускоренном заряде аккумуляторов, эксплуатирующихся в режиме непрерывного подзаряда.

4.    Точность поддержания напряжения подзаряда

Завышенное и заниженное напряжение приводят к ускоренной коррозии электродов. При заниженном напряжении аккумуляторная батарея испытывает недозаряд, что приводит к необратимой сульфатации активной массы пластин, ускорению коррозии решеток и, как следствие, досрочному выходу аккумуляторов из строя. Для примера приведем график зависимости срока службы аккумуляторной батареи от уровня напряжения заряда, приведенного к ячейке аккумуляторной батареи Ventura, который представлен на Рисунке 2.

 

Рисунок 2 — Зависимость срока службы аккумулятора Ventura от напряжения подзаряда.

5.    Температурная компенсация

При повышении температуры происходит увеличение электрохимической активности аккумулятора, а при понижении температуры – соответственно снижение. Поэтому при повышенной температуре напряжение заряда следует снижать во избежание перезаряда, а при пониженной температуре – повышать, чтобы не допустить недозаряда. Как правило, для достижения максимальной продолжительности срока службы аккумулятора, рекомендуется применять зарядные устройства с функцией термокомпенсации напряжения заряда. Рекомендованный коэффициент термокомпенсации для аккумуляторов Ventura составляет минус 3мВ/°С/элемент для режима поддерживающего заряда и минус 4мВ/°С/элемент для режима заряда при циклической эксплуатации. Стандартно средняя точка принимается при температуре 25°С. Для примера приведем график зависимости напряжения заряда от температуры для режимов постоянного подзаряда и циклического применения аккумуляторной батареи Ventura, который представлен на рисунке 3. 


Рисунок 3 — Соотношение между напряжением заряда аккумулятора Ventura и температурой.

В связи с широкой номенклатурой фирм и типов производимых аккумуляторов можно подобрать аккумуляторную батарею под необходимые задачи, тем самым обеспечив максимально возможный срок ее службы.

Но как правильно подобрать необходимое зарядное устройство?

Фирмы изготовители аккумуляторных батарей рекомендуют конкретные значения параметров заряда, причем у разных фирм значения для одного и того же типа аккумуляторной батареи могут варьироваться. Следовательно, невозможно использовать одно стандартное зарядное устройство с усредненными параметрами, так как это приведет к сокращению срока службы аккумуляторной батареи и экономическим потерям.

В связи с этим к современным зарядным устройствам предъявляются следующие требования:

1.    Настраиваемые параметры заряда: ток, напряжение, температурная компенсация, время заряда и профиль заряда.
2.    Высокая точность установки и поддержания параметров заряда, не менее 1%.
3.    Возможность заряжать разные типы аккумуляторных батарей, в том числе высокоемких Li-ion.
4.    Наличие датчика температуры аккумуляторной батареи.
5.    Измерение напряжения аккумуляторной батареи непосредственно на ее клеммах.
6.    Кроме основного процесса заряда, зарядное устройство должно обеспечивать настраиваемые режимы десульфатации и выравнивающего заряда.
7.    Наличие дополнительных сигнальных входов и выходов для совместной работы с другими устройствами.

Производственная компания «СибКонтакт», как производитель современной преобразовательной техники, поставила задачу разработки зарядных устройств, удовлетворяющих вышеописанным требованиям и помогающих решить проблемы как частных клиентов, так и бизнеса.

В течение трех лет велась разработка концепта зарядного устройства на современной элементной базе как зарубежных, так и отечественных производителей. Отдельно необходимо выделить программное обеспечение, которое соответствует возможностям самых передовых фирм изготовителей зарядных устройств. Собранные опытные партии зарядных устройств прошли проверку у реальных потребителей (один из них — государственное предприятие ПАТП-4, отзыв предприятия размещен здесь первый в списке). Отзывы и предложения потребителей были учтены при дальнейшей модернизации зарядного устройства.


В процессе отработки технических решений и программного обеспечения компания «СибКонтакт» активно взаимодействовала с фирмами — изготовителями аккумуляторных батарей. Одной из таких фирм является инновационная отечественная компания «ЛИОТЕХ». Примененные алгоритмы заряда Li-ion аккумуляторных батарей были разработаны совместно с инженерами компании «ЛИОТЕХ». Процесс сбора и обработки информации с каждой ячейки Li-ion аккумулятора осуществлялся с помощью Системы контроля и управления аккумуляторной батареей (СКУ), разработанной компанией СибКонтакт.

Какие проблемы помогают решить зарядные устройства линейки СибАмпер?

1.    Вы  не зависите от фирмы изготовителя аккумуляторной батареи и легко может применять разные типы аккумуляторов от разных фирм изготовителей. Одно зарядное устройство можно использовать для всех типов свинцово-кислотных и Li-ion аккумуляторных батарей.
2.    Вам нет необходимости подбирать аккумуляторные батареи под одинаковое напряжение. В зависимости от цели и мощности нагрузки можно использовать как 12 В, так и 24 В аккумуляторные батареи, при этом использовать одно зарядное устройство.
3.    Вы можете без проблем перейти с одного типа аккумуляторных батарей на другой. Например, с AGM на GEL или Li-ion, при этом продолжать пользоваться одним зарядным устройством.
4.    Вы можете использовать аккумуляторные батареи разной емкости от 50 Ач до 1000 Ач и более благодаря широкому диапазону регулируемого тока заряда,при этом продолжать пользоваться одним зарядным устройством.
5.    Если Вы пользуетесь электрическими штабелерами, ричтраками, погрузчиками, карами, поломоечными машинами и другой подобной техникой,  можете не переживать при замене аккумуляторной батареи. Теперь нет необходимости зависеть от навязанной аккумуляторной батареи фирмой изготовителем штабелера или кара. Можно приобрести одну подходящую или разные подходящие по типу аккумуляторные батареи, при этом продолжать пользоваться одним зарядным устройством.
6.    Благодаря высокому току заряда можете быстро зарядить аккумуляторную батарею, что особенно важно для передвижного бизнеса, работающего на аккумуляторных батареях — накопителях:

  • морозильные камеры
  • «магазины на колесах»
  • передвижные кофейные станции, станции с прохладительными напитками
  • станции для изготовления сахарной ваты
  • мобильные кухни, автодомики
  • мобильные пункты управления
  • соревнования по автозвуку
  • передвижные базовые станции мобильной связи или телевидения
  • передвижные медицинские станции и другие автономные объекты, работающие от аккумуляторных батарей большой емкости.

7.    Благодаря высокому току заряда, можете одновременно зарядить несколько аккумуляторных батарей – накопителей за ночное время с помощью одного зарядного устройства.
8.    Вы не только можете быстро и качественно зарядить аккумуляторную батарею, но и так же восстановить ёмкость аккумуляторной батареи после глубокого разряда и ёмкость сульфатированной аккумуляторной батареи. Для глубоко разряженных аккумуляторов есть специальная стадия заряда — плавный старт, при которой зарядное устройство заряжает аккумулятор малым током, до установленного напряжения и стадия выравнивающий заряд, при которой на аккумулятор подается повышенное напряжение для лучшего перемешивания электролита. Ограничение тока необходимо для того, чтобы аккумулятор не разогрелся и не начал выделять водород в больших количествах. Это может привести к потере части электролита,что через 20-40 циклов приведет к снижению емкости аккумуляторной батареи на 60%. Для сульфатированных аккумуляторов есть стадия десульфатации.
9.    Вы можете использовать зарядное устройство в качестве зарядно-выпрямительного устройства в дополнение к зарядному устройству источников-бесперебойного питания или систем резервирования. Благодаря возможности выставить напряжение возобновления заряда, зарядное устройство автоматически зарядит аккумулятор при его разряде, запитает нагрузку и поддержит аккумулятор в заряженном состоянии неограниченное время.
10.    Вы освободите дополнительное время для себя, так как процесс заряда полностью автоматический. Зарядное устройство в автоматическом режиме пройдет все включенные стадии заряда и выключится или перейдет в буферный режим после завершения заряда.
11.    Благодаря программируемым сигнальным входам и выходам, можно легко решить проблемы связи зарядного устройства с другими устройствами, например, инвертором, солнечным контроллером заряда, другим зарядным устройством или дополнительной индикацией. Например, можно выставить уровень пониженного или повышенного напряжения на аккумуляторной батарее, при котором зарядное устройство отключит или включит, допустим, инвертор или солнечный контроллер заряда. Или выставить общее время заряда, при наступление которого сработает индикация или выключится / включится другое устройство. Можно так же настроить индикацию, которая покажет недопустимые параметры сетевого напряжения для заряда, пониженное или повышенное напряжение сети. Так же с помощью программируемого входа можно дистанционно включать или отключать процесс заряда.  Настраиваемые параметры очень обширны, наш клиент может осуществить самые нестандартные возможности, которые могут понадобиться в процессе эксплуатации.
12.    Благодаря пульту управления, получите полные сведения о процессе заряда, об ошибках в процессе заряда, об отсутствии сетевого напряжения питания, повышенной или пониженной температуре аккумуляторной батареи. В случае недопустимых параметров для заряда, зарядное устройство автоматически выключится и затем автоматически восстановит процесс заряда при достижении допустимых параметров для заряда аккумуляторной батареи, тем самым убережет ваше имущество. Так же зарядное устройство выдаст предупреждение о необходимости замены аккумуляторной батареи при ее неспособности держать напряжение.
13.    Вы получите специализированную поддержку сервисного центра и инженерной группы при решении технических задач.

14.    Вы получаете надежного партнера на долгие годы.
15.    Вы получаете современное зарядное устройство за оптимальную цену.

Зарядные устройства серии СибАмпер позволяют решать большинство проблем как для бизнеса, так и для частных клиентов.

Программное обеспечение и возможности зарядного устройства своевременно модернизируются для того, чтобы решать самые сложные задачи для Вашего бизнеса. Компания «СибКонтакт» продолжает сотрудничество с фирмами изготовителей аккумуляторных батарей, чтобы всегда быть в тренде, находиться на самых высоких позициях и предлагать лучшие и комплексные решения Ваших проблем!

Узнать больше о СибАмпер в интернет-магазине
 

При частичном или полном использовании данного материала ссылка на сайт sibcontact. com обязательна

Батареи для Tesla и накопителей электроэнергии: кто лидеры инноваций? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Если ключевой элемент традиционного автомобиля — двигатель внутреннего сгорания, то во все более популярных электромобилях это — аккумуляторная батарея: от нее зависят дальность пробега, скорость зарядки, вес и, главное, цена машины.

Если в традиционной электроэнергетике принципиальную роль играет турбина, то для развития все более популярных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) крайне важны накопители энергии: без них не решить главную проблему ветряных и солнечных электростанций — зависимость от переменчивости погоды.

Илон Маск: новое поколение аккумуляторов и Tesla за 25 000 долларов

Так что батареи и аккумуляторы — это сейчас одно из магистральных направлений технологического развития на планете. Весьма симптоматично, что американский предприниматель Илон Маск решил устроить 22 сентября специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, а Европейское патентное ведомство (EPO) и Международное энергетическое агентство (IEA) провели совместное исследование «Инновации в области батарей и накопителей электроэнергии». Его результаты опубликовали в тот же день.  

Электромобили Tesla на территории завода комапнии в Фримонте ждут отправки покупателям

Для главы компании Tesla аккумуляторные батареи — это ключ к массовому рынку. «У нас нет доступного автомобиля, но он у нас будет. Однако для этого мы должны снизить стоимость батарей», — заявил Илон Маск в ходе презентации, за которой в интернете следили 270 000 зрителей. Он обещал примерно через три года наладить серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, но обойдутся в два раза дешевле.

И тогда, заверил Илон Маск, «мы сможем выпускать очень убедительный электромобиль по цене 25 тысяч долларов» (это примерно 21 000 евро). Глава Tesla объявил, что на первом этапе выпускать аккумуляторы нового поколения будут вблизи головного завода компании в калифорнийском Фримонте, для чего потребуется специальная монтажная линия. Одновременно предприниматель сообщил, что на гигафабрике Tesla в Неваде будет налажена утилизация отслуживших аккумуляторных батарей.

Кобальт от «Норникеля» может и не понадобиться

Для России особенно важно то, что батареи нового поколения планируется выпускать практически без использования редкого, а потому весьма дорогого металла кобальта. Его единственным российским производителем и экспортером является компания «Норникель» в Норильске.

Кобальтовые слитки на заводе «Норникель». Главные производители этого металла — ДР Конго и Китай

После Battery Day курс акций Tesla, стремительно взлетевший в этом году, что превратило американского производителя электромобилей в самого дорогостоящего автостроителя мира, упал. Биржевых инвесторов и спекулянтов разочаровало то, что Илон Маск говорил о среднесрочной перспективе в три года, а они, похоже, рассчитывали на анонс немедленных прорывов.

Одновременно несколько снизились котировки акций поставщиков батарей для Tesla — японской корпорации Panasonic и южнокорейской LG Chem, входящей в группу LG. Но это тоже не более чем сиюминутное недовольство биржевых игроков: средне- и долгосрочные перспективы этих компаний представляются весьма многообещающими. Об этом свидетельствует совместное исследование Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства.  

Аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%

Эксперты двух организаций проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии, и на основании этого весьма объективного критерия сделали целый ряд выводов.

До 2011 года разработчики сосредотачивались на совершенствовании аккумуляторов для смартфонов

Первый и главный из них: «В последние десять лет патентирование в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее патентирования в других сферах». Иными словами, именно на этом направлении сосредоточены сейчас особенно крупные материальные и интеллектуальные ресурсы, именно здесь накапливаются многочисленные инновации.

Авторы исследования обнаружили, что число патентов, связанных с аккумуляторными батареями для электромобилей, еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники (прежде всего смартфонов), и с тех пор неуклонно растет. Они также подсчитали, что особое внимание изобретателей к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а аккумуляторы для стационарных установок в электроэнергетике — примерно на две трети.  

Япония и Южная Корея — лидеры в области батарейных технологий

Второй ключевой вывод исследования: «Япония и Республика Корея являются лидерами в глобальном соревновании в области батарейных технологий, что заставляет другие страны пытаться добиться конкурентных преимуществ в определенных нишах вдоль цепочки создания дополнительной стоимости при производстве батарей». Если говорить более просто: догнать ушедшие в этой сфере далеко вперед две азиатские страны уже настолько трудно, что остальным приходится довольствоваться узкой специализацией в отдельных сегментах.         

Аккумуляторные батареи для электромобилей — это сложная высокотехнологичная продукция

Так, девять из десяти крупнейших обладателей патентов — компании из Азии: семь японских во главе с Panasonic и Toyota, а также южнокорейские Samsung и LG Electronics. Единственный представитель других континентов в Топ-10 — немецкий концерн Bosch, занявший пятое место.

В Топ-25 ближе к концу вошли также немецкие Daimler, BASF и Volkswagen. Всего же в этом списке шесть представителей Европы: это еще ирландская многопрофильная компания Johnson Controls и французский научно-исследовательский институт атомной и альтернативной энергетики CEA. Америка представлена автостроителями General Motors и Ford.

Разные типы аккумуляторов: NMC, NCA и LFP

Вклад Китая в глобальное развитие батарейных технологий, отмечается в исследовании, к 2018 году практически сравнялся с американским и приблизился к европейскому. Явная специфика Европы и США — значительно число патентов регистрируют малые и средние предприятия, а также вузы и государственные научно-исследовательские институты. В Азии подавляющее большинство изобретений приходится на крупные концерны.

Третий вывод исследования касается перспективных направлений инновационной деятельности. В минувшем десятилетии стремительно нарастало число патентов, связанных с литий-никель-марганец-кобальт-оксидными аккумуляторами (NMC). Теперь многообещающей альтернативой, полагают авторы исследования, становятся литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные аккумуляторы (NCA), которые, к примеру, производит Panasonic и использует Tesla.

BYD — крупнейший китайский производитель электрических легковых машин и автобусов

Однако стремление снизить долю кобальта или вовсе от него отказаться приведет к тому, что будет расти роль литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP), на которые тоже делает ставку Tesla, а также, к примеру, китайский автостроитель BYD, указывается в исследовании. Если в 2010 году практически вообще не было патентов, связанных с данной технологией, то в последние годы их число стало заметно нарастать.

Поэтому можно предположить, что ее разработчикам просто еще нужно пару лет. Может быть, как раз те три года, о которых Илон Маск говорил на Tesla Battery Day.  

Смотрите также:

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электростанция из аккумуляторов

    Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Большие батареи на маленьком острове

    Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Главное — хорошие насосы

    Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Место хранения — норвежские фьорды

    Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электроэнергия превращается в газ

    Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Водород в сжиженном виде

    Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    В чем тут соль?

    Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Каверна в роли подземной батарейки

    На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Крупнейший «кипятильник» Европы

    Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Накопители энергии на четырех колесах

    Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

    Автор: Андрей Гурков


 

 

Как хранение энергии может произвести революцию в промышленности в ближайшие 10 лет

Что может изменить 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.

По мере того, как неотложность климатического кризиса становится все более очевидной, аккумуляторы являются ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии. 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.

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.

Изменение электросети

Если электромобили будут расти быстрее, чем ожидалось, то, например, пиковый спрос на нефть может быть достигнут раньше, чем ожидалось, в то время как большее количество зеленой энергии изменит структуру электросети.

В недавней записке для клиентов аналитики Cowen заявили, что в энергосистеме «в следующие десять лет произойдет больше изменений, чем за предыдущие 100 лет».

Растущий рынок хранения 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 дойдет до некоторых лидеров 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. обработать.»

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 возобновляемых источников 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 прорывной 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 элементам управления и энергетическим системам на основе батарей», 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 . Прорывные аккумуляторы: обеспечение эры 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 году 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 стоимость производства.

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 предлагать 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 50.

Цены на аккумуляторные батареи для электромобилей обычно рассчитываются по стоимости киловатт-часа. 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, считает BloombergNEF, что важно, поскольку это консенсус отрасли относительно того, когда электромобили достигнут ценового паритета с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания.

«Хотя концепция электромобилей не нова, в этом автомобильном цикле отличается наличием надежных и недорогих аккумуляторов, которые обладают 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 почти 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 | Getty Images

Аккумуляторная батарея является ключевым отличием электромобилей, поскольку запас хода автомобиля определяется количеством накопленной энергии, а также определяет, сколько времени требуется транспортному средству для зарядки.

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 электрификации» благодаря, среди прочего, плотности энергии его батареи.

Компактная модель Tesla Model 3 стоит от 39 990 долларов, не считая экономии от государственных субсидий и газа, а это 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 батарейным питанием 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 предприятия по производству лития по всему миру, в том числе в Силвер-Пик, штат Невада, и Салар-де-Атакама, Чили. В прошлом году количество аналитиков с Уолл-стрит, которые имеют рейтинг покупки акций, упало с 80% до 52%. самых интригующих историй 3-5 лет. Его цель в 83 доллара на 15% выше, чем сейчас торгуются акции. Соляные бассейны и завод по переработке литиевого рудника Soquimich (SQM) на солончаке Атакама в северной части Чили, 10 января 2013 г.

Ivan Alvarado | Reuters

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 домашнем хранилище 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 аккумулятором Powerwall, который, по словам аналитика Baird Бен Калло, в настоящее время является «недооцененной» частью компании, но он ожидает, что он станет «большим направлением деятельности 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. год, после роста на 465%.

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 затрат на солнечную и ветровую энергию также повышают жизнеспособность аккумулирования энергии.

«10 лет назад аккумуляторы были желательными в плане решения проблемы более широкого проникновения возобновляемых источников энергии в электрическую сеть, и сегодня я думаю, что вы можете увидеть линию прямой видимости 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.

Компания 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 литий-ионных аккумуляторов 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 росту интеграции литий-ионных аккумуляторов в энергосистему. 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. Вторичная переработка и воздействие добычи металлов на окружающую среду — еще одна проблема, за которой стоит следить.

Миллиарды долларов тратятся на поиск альтернатив. Твердотельные батареи, в которых, например, вместо жидких электролитов используется натрий, являются одним из возможных вариантов, как и проточные батареи, в которых для хранения энергии используются резервуары с электролитами. Но ни один из этих вариантов пока не является жизнеспособным.

Хотя точный тип батареи, которая победит, неизвестен, несомненно то, что батареи будут играть еще большую роль в питании нашей жизни в будущем.

«Крупные инвестиции в производство аккумуляторов и постоянное развитие технологий уже к 2030 году привели к коренным изменениям в том, как мы будем питать нашу жизнь и организовывать энергетические системы», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в Breakthrough Batteries: Powering the Energy. Эпоха чистой электрификации .

— CNBC’s Майкл Блум , Нейт Раттнер и Майкл Вэйланд предоставил репортаж.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Литий-ионные батареи из переработанных материалов так же хороши, как новые

Переработанные литий-ионные батареи работают так же, как и батареи, изготовленные из новых материалов. (Фото: WEERAPAT/DepositPhotos)

Электромобили играют важную роль в сокращении выбросов, которые вызывают глобальное изменение климата, учитывая, сколько людей водят автомобили. В отличие от автомобилей, потребляющих бензин, электромобили накапливают энергию в перезаряжаемых литий-ионных батареях. Однако даже эти батареи имеют ограниченный срок службы. Когда аккумуляторы или автомобиль, который они снабжают, утилизируются, литий-ионные аккумуляторы представляют собой серьезную проблему утилизации. Между тем создание новых аккумуляторов для новых автомобилей сопряжено с опасной добычей металлов и значительными энергозатратами. К счастью, новое исследование, опубликованное в джоулей , объясняет, что переработка проводящих катодов литий-иона может создавать более устойчивые батареи, которые не уступают «первым» элементам.

Ян Ван, профессор Вустерского политехнического института, работал с группой ученых, чтобы исследовать возможности переработки ценных металлов внутри литий-ионных аккумуляторов. Ван объяснил IEEE Spectrum: «Производители аккумуляторов все еще не решаются использовать переработанные материалы в своих батареях». Однако действительно ли эти переработанные материалы не соответствуют требованиям? Чтобы выяснить это, команда протестировала переработанные катоды NMC111 из аккумуляторов. Катод — это часть батареи, которая получает электроны (ток) из цепи и восстанавливает их для передачи посредством химической реакции.

Катод NMC111 состоит из ценных элементов никеля, марганца и кобальта. Компания Battery Resourcers — стартап, соучредителем которого является Ван, — разработала запатентованный метод переработки этих элементов в катодный материал. В отличие от других процессов, конечный продукт готов к использованию. Исследование показало, что переработанный материал имеет пористую структуру, которая сохраняет ту же плотность энергии, что и новый материал, но также имеет более чем на 50% более длительный срок службы. Эта проводимость обеспечивает движение ионов лития и предполагает, что переработанные батареи могут даже превзойти первичные элементы.Несмотря на то, что они не тестировались в автомобилях, элементы были протестированы с аналогичными требованиями к энергии.

Переработка ионно-литиевых аккумуляторов сложна. Их можно сжечь или растворить. Запатентованная технология Battery Resourcers снимает внешнюю упаковку для переработки и продажи отдельно. Катодный материал является наиболее ценной частью батареи. Его растворяют, фильтруют и смешивают с образованием новых катодных порошков. Стартап уже продает эти порошки производителям автомобилей для создания новых катодов в новых батареях.Это экономит часть энергии, затрачиваемой на добычу новых материалов, а также человеческие и экологические издержки проблемной отрасли. Если будущее за электромобилями, то и переработка аккумуляторов тоже должна быть.

Испытания показывают, что литий-ионные аккумуляторы, изготовленные из переработанных материалов, работают так же хорошо, как и аккумуляторы, изготовленные из новых материалов.

Аккумуляторы Nissan Leaf в 2009 году. (Фото: Tennen-Gas через Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Катоды литий-ионных аккумуляторов должны быть переработаны, чтобы избежать проблем, связанных с распространением электронных транспортных средств.

Схема литий-ионного аккумулятора

. (Фото: PATTARWIT/DepositPhotos)

ч/т: [IEEE Spectrum]

Статьи по теме:

Поколение Z посвящает свою многообещающую карьеру борьбе с климатическим кризисом

Эта гладкая стена ветряной турбины позволяет вам использовать достаточно энергии для питания вашего дома

Компания по очистке океана успешно вывезла 20 000 фунтов пластика из Тихого океана

Испания запрещает пластиковую упаковку для фруктов и овощей в целях сокращения отходов

Ретроспектива литий-ионных аккумуляторов

Анод

Металлический литий является самым легким металлом и обладает высокой удельной емкостью (3. 86 Ач g 1 ) и чрезвычайно низкий электродный потенциал (-3,04 В по сравнению со стандартным водородным электродом), что делает его идеальным анодным материалом для высоковольтных и высокоэнергетических батарей. Однако электрохимический потенциал Li + /Li находится выше самой низкой незанятой молекулярной орбитали (LUMO) практически известных неводных электролитов, что приводит к непрерывному восстановлению электролита, если только не образуется пассивирующая поверхность твердого электролита (SEI) 1 . SEI подвержен повреждению и неравномерно восстанавливается на поверхности металлического лития из-за большого изменения объема и высокой реакционной способности металлического лития, что приводит к росту дендритов, что может привести к короткому замыканию ячейки и возгоранию (рис.1а).

Рис. 1: Важные открытия, сформировавшие современные литий-ионные аккумуляторы.

Разработка ( a ) анодных материалов, включая металлический литий, нефтяной кокс и графит, ( b ) электролитов с растворителем пропиленкарбонатом (PC), смесью этиленкарбоната (EC) и по крайней мере одним линейным карбонатом выбранный из диметилкарбоната (DMC), диэтилкарбоната (DEC), этилметилкарбоната (EMC) и многих добавок, ( c ) катодных материалов, включая материалы конверсионного типа, интеркаляционные материалы, дисульфид титана (TiS 2 ) и литий-кобальт оксид (LiCoO 2 ).

Чтобы избежать проблем с безопасностью металлического лития, Арманд предложил сконструировать литий-ионные батареи с использованием двух разных промежуточных узлов 2,3 . Бесенхард сообщил о первом графитовом электроде на основе литий-ионной интеркаляции, показав, что графит может интеркалировать несколько ионов щелочных металлов, включая ионы лития 4 . Графит интеркалирует ионы лития на основе слоистой структуры с наполовину заполненными орбиталями p z , перпендикулярными плоскостям, которые могут взаимодействовать с орбиталями Li 2s, чтобы ограничить объемное расширение и рост дендритов.Однако удельная емкость графита (LiC 6 , 0,372 Ач г –1 ) 1 значительно меньше, чем у металлического лития. Так было до полного отзыва литий-металлических батарей компанией Moli Energy после нескольких пожаров, интеркаляционные материалы, такие как графит, все чаще рассматривались как жизнеспособный анод в гонке по замене металлического лития для повышения безопасности. В это время соинтеркаляция электролита (пропиленкарбонат ПК) приводила к расслаиванию и разрушению графита (рис.1а), что создает проблему для его применения в аккумуляторной ячейке.

В 1985 году Акира Йошино 5 из Asahi Kasei Corporation обнаружил, что нефтяной кокс, менее графитированный углерод из остатков фракционирования нефти, может обратимо интеркалировать ионы лития при низком потенциале ~0,5 В по сравнению с Li + . /Li без структурных разрушений. Его структурная стабильность обусловлена ​​областями аморфного углерода в нефтяном коксе, служащими ковалентными связями для соединения слоев вместе 6 (рис.1а). Хотя аморфная природа нефтяного кокса ограничивает емкость по сравнению с графитом (~Li 0,5 C 6 , 0,186 Ач g –1 ) 6 , он стал первым коммерческим промежуточным анодом для литий-ионных аккумуляторов благодаря своей устойчивость на велосипеде.

Катод

Для обеспечения высокой емкости металлического лития сначала рассматривались катоды конверсионного типа, включающие фториды, сульфиды или оксиды металлов (рис.  1c). Во время работы батареи эти материалы вступают в реакцию с образованием фаз различной структуры и нового состава 6 .Следовательно, конверсионные электроды не допускают многократных циклов, поскольку во время каждого цикла происходит разрыв связи и восстановление.

Зная об ограничениях конверсионных реакций, ученые обратились к новым механизмам хранения ионов лития, которые не предполагают структурного разрушения во время циклирования. Халькогениды металлов (MX 2 ) со слоистой структурой и доступным пространством для хранения литий-ионных гостевых систем привлекли внимание Уиттингема и его коллег из Exxon 7 , которые показали, что дисульфид титана (TiS 2 ) может химически интеркалировать Li-ион. ионов во всем стехиометрическом диапазоне с минимальным расширением решетки.В 1973 и 1974 годах Уиттингем применил TiS 2 в качестве катода для батарей (рис. 1c) и впоследствии продемонстрировал элемент на 2,5 В в 1976 году 8 .

По-видимому, низкое напряжение батареи TiS 2 //Li свидетельствует об ограниченности ее плотности энергии. Стремясь найти новые катодные материалы, которые интеркалируют ионы лития при более высоких потенциалах, Гуденаф обратился к оксидным эквивалентам халькогенидов металлов (MX 2 , где X = O). Он отметил, что вершина полос S-3p 6 имеет более высокую энергию, чем вершина полос O-2p 6 , что обуславливает более высокие потенциалы интеркаляции для оксидов металлов, чем для сульфидов металлов 9 (рис.1с). Более высокая энергия полос S-3p 6 в сульфидах металлов объясняется меньшей электростатической энергией Маделунга (больший сульфид-ион) и большей энергией, необходимой для переноса электрона от катиона (M n+ ) к S . – /S 2– при бесконечном расстоянии 9 .

Это базовое понимание привело к открытию трех классов оксидных катодов Гуденафом и его сотрудниками 10 . В 1979 и 1980 годах Гуденаф сообщил об оксиде лития-кобальта (LiCoO 2 ) 11 , который может обратимо поглощать и высвобождать ионы лития при потенциалах выше 4.0 В по сравнению с Li +  /Li и включена перезаряжаемая батарея на 4,0 В в сочетании с литий-металлическим анодом. Однако количество кобальта ограничено, что создает ценовой барьер для его применения. Шпинель LiMn 2 O 4 12 с тетраэдрическими ионами лития предлагает окислительно-восстановительный потенциал ~ 4,0   В по сравнению с Li + / Li при сниженной стоимости. Однако он ограничен проблемами деградации из-за растворения Mn в присутствии ионов H + (уровень ppm) в электролите.Оксид полианиона Li x Fe 2 ( X O 4 ) 3 ( X  = S, Mo, W и т. д.) 13,14 902 обеспечивает более высокое напряжение по сравнению с простыми оксидными элементами. например, Fe 2 O 3 /Fe 3 O 4. Ковалентная связь X -O в оксиде полианиона ослабляет ковалентность связи Fe-O за счет индукционного эффекта, что приводит к снижению окислительно-восстановительной энергии. пары Fe 2+/3+ и, таким образом, увеличение окислительно-восстановительного потенциала (например, от <2.от 5 В в Fe 2 O 3 до 3,6 В в Li x Fe 2 (SO 4 ) 3 ). Оксид полианиона обеспечивает преимущества снижения стоимости благодаря большому количеству переходных металлов, таких как Fe, и улучшенную термическую стабильность и безопасность благодаря прочной ковалентной связи кислорода. Однако он страдает от плохой электронной проводимости и более низкой плотности. Среди трех классов оксидов слоистые оксиды с высокой гравиметрической и объемной плотностью энергии до сих пор остаются любимыми катодами 10 , а электрод LiCoO 2 в настоящее время является доминирующим катодным материалом, питающим большинство персональных электронных устройств.

Электролит

Рабочее окно электролита определяется его НСМО и высшей занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО), которая должна быть выше электрохимического потенциала анода ( μ a ) и ниже электрохимического потенциала катод ( μ c ) соответственно (LUMO >  μ a , HOMO <  μ c ). В качестве альтернативы следует создать стабильный пассивирующий слой SEI на аноде или катоде в случае LUMO <  μ a или HOMO >  μ c соответственно 1 .

Создание стабильного SEI путем подбора состава электролита сделало возможным практическое применение графитового анода. Первоначально ПК был предпочтительнее этиленкарбоната (ЭК) из-за его более низкой температуры плавления (-48,8  o °С) по сравнению с ЭК (36,4  o °С) 6 . Однако сообщалось, что ПК вызывает структурные повреждения графита, что приводит к снижению срока службы. Исследователи Sanyo 6,15 заявили об успешном электрохимическом литировании графита в электролитах на основе ЭК, а Dahn 16 сообщил, что ЭК может подавлять расслоение графита из-за образования жертвенного SEI, прокладывая путь к разработке графитового анода для Литий-ионные аккумуляторы (рис.1б). С тех пор EC стал незаменимым растворителем для литий-ионных аккумуляторов. Потенциальные механизмы, лежащие в основе «несоответствия EC − PC» 17 , связаны с различиями между их продуктами восстановления. Изогнутая цепная структура пропилендекарбоната лития (восстановительный продукт поликарбоната) склонна к образованию рыхлых отложений с плохим сцеплением на поверхности электрода. EC имеет тенденцию образовывать графитовое интеркаляционное соединение с более высоким содержанием анионов (например, PF 6 ) в сольватной оболочке Li + , чем PC, что приводит к более высокому F-содержащему продукту SEI, чей энергетический разрыв между LUMO и HOMO велик. достаточно, чтобы изолировать туннелирование электронов от анода, обеспечивая эффективную пассивацию разложения электролита.

Внутри аккумуляторов, питающих ваш автомобиль, телефон и многое другое

Аккумуляторы захватили современный мир, не особо изменив его.

Смартфон, по сравнению с ним, имеет гораздо меньше общего с мейнфреймами, которые ему предшествовали. То же самое касается Tesla Model 3 и Ford Model T. Но литий-ионная технология, используемая в современных батареях, десятилетиями демонстрировала экспоненциальный рост — от гаджетов к электромобилям и даже породила несколько миллиардеров — без серьезных изменений в его структура с тех пор, как Sony впервые коммерциализировала эту технологию в 1991 году.

Не потому, что химики не пробовали. Просто разработка новых материалов, соответствующих промышленным стандартам, является очень сложной задачей.

Все батареи состоят из четырех компонентов: два электрода (анод и катод), жидкий электролит, который помогает ионам перемещаться между электродами, и сепаратор, предотвращающий прямой контакт электродов друг с другом и предотвращающий возгорание. Когда батарея заряжена, ионы перетекают от катода к аноду. Когда он разряжается, ионы меняют курс.

По мере того, как мир движется к быстрому сокращению выбросов парниковых газов, начинается гонка за подключением большего количества вещей к еще более мощным батареям: электросетей, грузовиков, кораблей и даже самолетов. Внутреннее пространство этой важнейшей технологии, наконец, готово к кардинальным изменениям, а ряд секретных стартапов обещает прорыв. QuantumScape Corp. утверждает, что создала новый материал для аккумуляторов, который позволит электромобилям путешествовать дальше и заряжаться намного быстрее. зрение.Его конкуренты, в том числе такие гиганты, как Samsung и Panasonic, также гонятся за батареями следующего поколения.

Прежде чем мы перейдем к будущему батарей, важно понять физическую эволюцию сегодняшних литий-ионных технологий. Миллиарды людей используют телефоны с более быстрой зарядкой и автомобили с большей дальностью действия, но мало кто из нас может объяснить, что стоит за этими улучшениями. Это история доработок: небольшой эффективности производства, небольших улучшений в материалах и небольшого прироста производительности.

О батарее судят по тому, сколько энергии она содержит. Этот ключевой фактор тесно связан со скоростью зарядки аккумулятора, количеством циклов зарядки-разрядки, которые он может выдержать, и безопасностью. Повышенная плотность энергии также может сделать его более подверженным возгоранию. Более высокая скорость перезарядки может привести к меньшему количеству жизненных циклов.

В конечном счете, цена превыше всего. Это определяется тем, сколько энергии может хранить батарея, материалами, используемыми для ее изготовления, и толщиной покрытия электродов, которое можно использовать без ущерба для производительности.Чем ниже стоимость, тем дешевле электромобиль.

За последнее десятилетие небольшие разработки привели к снижению стоимости литий-ионных аккумуляторов более чем на 90%. Исследовательская группа по экологически чистой энергии BloombergNEF ожидает, что в ближайшее десятилетие расходы снизятся вдвое, учитывая будущие разработки. Электромобили в настоящее время уже конкурентоспособны во многих странах, если вы включаете расходы на топливо в течение всего срока службы автомобиля, но по мере дальнейшего снижения стоимости аккумуляторов даже предельная цена электромобилей будет дешевле, чем у альтернативы с бензиновым двигателем.

Возвращаясь к истокам, литий-ионный аккумулятор появился в исследовательской лаборатории Exxon еще в 1970-х годах. Металлический литий, используемый для изготовления анода батареи, продолжал вызывать пожары, что привело к тому, что Exxon отказался от этой идеи. Академический интерес сохранялся, и ученые из разных уголков мира разрабатывали более безопасные материалы.

Американский ученый Джон Гуденаф обнаружил, что катоды, полностью сделанные из кобальта, более безопасны и сохраняют больше энергии. Открытие принесло ему Нобелевскую премию по химии в 2019 году.Затем марокканский ученый Рашид Язами обнаружил, что использование графита, формы углерода, в качестве анода сделало литий-ионную батарею более стабильной и, таким образом, продлило ее срок службы. Наконец, Кейзабуро Тодзава, возглавлявший подразделение аккумуляторов Sony в 1990-х годах, объединил все эти изобретения, чтобы создать первую коммерческую литий-ионную батарею.

Несмотря на то, что кобальт является дорогим металлом, он по-прежнему оставался доступным для небольших батарей в первых ноутбуках и мобильных телефонах. Но как только литий-ионные батареи стали использоваться в электромобилях, химики стали искать более дешевые металлы, такие как никель, марганец и даже железо.

Альтернативные металлы должны быть тщательно оценены. Если дешевый металл означает непропорционально худшую производительность батареи, он не подойдет. В результате миллионов экспериментов на рынке стали доминировать три химических катода: оксиды никеля, марганца, кобальта (NMC), оксиды никеля, кобальта, алюминия (NCA) и фосфат лития-железа (LFP).

Давайте заглянем внутрь черного ящика, который является батареей, чтобы понять, как мы сюда попали и что будет дальше.

Сокращение использования кобальта с помощью NMC

Одной из первых появившихся альтернатив кобальту было использование никеля и марганца, которые превышали способность кобальта накапливать ионы лития. Но полностью потерять кобальт было невозможно. Химики узнали, что кобальт играл роль учителя в школе, дисциплинируя непослушные ионы лития, когда они двигались, и гарантируя, что батарея прослужит большее количество циклов заряда-разряда.

За несколько лет исследований химикам удалось увеличить толщину материала анода и катода, которые являются энергоносителями в батарее, по сравнению с другими частями. Путем проб и ошибок они также нашли смесь, в которой можно было использовать меньше кобальта и больше никеля.Все это помогает хранить больше ионов лития на единицу объема и массы, что способствует увеличению плотности энергии батареи. Это, в свою очередь, увеличивает запас хода автомобиля и снижает его цену.

Алюминий

прибывает с Tesla NCA

Вместо марганца Tesla и ее партнер по производству аккумуляторов Panasonic обнаружили, что алюминий также может выполнять эту работу. В то время это считалось более рискованным, чем химия NMC, но игра окупилась для Теслы. NCA также был дешевле, чем NMC, потому что он еще больше снизил использование кобальта.Химия стала основой автомобилей Tesla, которые часто могут похвастаться превосходными характеристиками по сравнению с другими электромобилями.

Химики батареи Tesla также обнаружили, что добавление небольшого количества оксида кремния, как перца в макароны, помогло уменьшить количество графита, необходимого для хранения того же количества ионов лития. Это помогло уменьшить вес аккумулятора без ущерба для производительности и снизить его стоимость. Модель 3 была запущена с использованием этой новой химии и помогла Tesla создать самый доступный автомобиль на сегодняшний день.

Нет необходимости в кобальте с LFP

Конечной целью катодных материалов текущего поколения является полный отказ от использования кобальта. Первой попыткой этого была разработка химии LFP, в которой железо использовалось по очень низким ценам. Батарея показала хорошие результаты по большинству показателей, но она не могла хранить столько ионов лития, сколько могли бы богатые кобальтом катоды.

Однако экономическая выгода была достаточно велика, чтобы батареи LFP нашли применение в дешевых электромобилях, таких как такси, и в электрических автобусах, которым требовались аккумуляторные батареи гораздо большего размера.Поскольку автобусам нужны аккумуляторные батареи гораздо большего размера, а такси должны быть как можно дешевле, это помогло сделать самую дешевую литий-ионную батарею лучшим кандидатом для другого сегмента рынка электромобилей.

Более чем десятилетняя доработка помогла батареям LFP улучшить производительность, несмотря на то, что по плотности энергии они по-прежнему отстают от химических катодов на основе кобальта. Основной импульс был получен от создания стабильной батареи с более толстыми материалами электродов. В сложной химической смеси, которой является батарея, небольшое увеличение толщины — немалый подвиг.

В твердотельное будущее

Конечной целью анода в литий-ионной батарее является использование металлического лития. Попытки создать этот материал привели к плачевным результатам. Металлический литий нестабилен и склонен к возгоранию. Внутри батареи при зарядке и разрядке она также имеет тенденцию образовывать тонкие нити, называемые дендритами, которые могут прорезать сепаратор и контактировать с катодом. Это вызывает короткое замыкание, а затем пожар. Пожары аккумуляторных батарей потушить намного сложнее, чем пожары двигателей внутреннего сгорания.

Химики-аккумуляторщики десятилетиями пытались решить проблему дендритов. Одним из многообещающих усилий является использование твердого электролита для замены жидкости в системе и подавления образования дендритов. Эта технология получила новое название: твердотельная батарея. Если твердотельные аккумуляторы появятся на рынке во второй половине этого десятилетия, как ожидается, они, вероятно, ознаменуют собой большой скачок в производительности аккумуляторов, увеличив запас хода электромобиля на целых 50% и сократив время зарядки до 15 часов. минут.

Поскольку металлический литий выглядит многообещающим анодным материалом, химики в области аккумуляторов снова ищут новые катодные материалы. Ожидается, что эти новые материалы, не содержащие кобальта, еще больше повысят плотность энергии, что может сделать батареи достаточно легкими для питания электрических самолетов. От лабораторий Exxon до переворота в автомобильной промышленности литий-ионные аккумуляторы прошли долгий путь. И, тем не менее, мир только начинает использовать потенциал этой технологии экологически чистой энергии.

Исправление: в статье ранее говорилось, что Гудинаф был британцем. Он американец, но получил Нобелевскую премию за работу в Оксфордском университете в Великобритании

Понимание функций современных автомобильных аккумуляторов

В 1950-х годах стартерная батарея автомобиля выполняла совсем другую функцию. Двигатели имели больший рабочий объем в кубических дюймах, были оснащены стартерами с полным приводом и использовали моторное масло с высокой вязкостью. Это означало, что пусковая автомобильная батарея должна была производить не менее 400 ампер при холодном пуске, чтобы запустить двигатель холодным зимним утром.

Что еще хуже, карбюраторным двигателям также требовалось значительно больше времени запуска для подачи бензина в цилиндры.

Перенесемся в настоящее. Функция пускового аккумулятора резко изменилась, поскольку современные двигатели, как правило, имеют гораздо меньший рабочий объем и используют моторные масла с меньшей вязкостью, такие как 5w-30 и 0w-40. Современные топливные форсунки распыляют бензин непосредственно во впускное отверстие или в сам цилиндр. Когда двигатель прокручивается, компьютер двигателя автоматически регулирует состав топливной смеси, обороты холостого хода и угол опережения зажигания.Кроме того, современным стартерам с редуктором на постоянных магнитах требуется лишь часть силы тока, необходимой 30 лет назад. Результатом этих технических усовершенствований стал двигатель, который запускается мгновенно и относительно мало требует от аккумулятора.

Ранние автомобили изолировали аккумулятор от электрической системы при выключенном зажигании, встраивая прерывающее или разъединяющее реле в регулятор напряжения системы зарядки. Напротив, батарея в современных автомобилях постоянно подключена к электрической системе автомобиля для питания систем безопасности, ответа на команды брелока и поддержания электронной памяти в различных компьютерах и модулях.

В то время как современные системы связи модуля Controller Authority Network (CAN) позволяют полудюжине или более модулям управления транспортным средством отключаться или «переходить в спящий режим», чтобы они не разряжали аккумулятор, современные электрические системы по-прежнему имеют тенденцию разряжать аккумулятор, когда автомобиль припаркован. На самом деле уровень заряда аккумулятора может стать критически низким после того, как автомобиль простоял всего три недели.

Наконечник для сохранения свежести батареи

Скоропортящиеся продукты, такие как бананы, хлеб и молоко, теряют свою целостность, если слишком долго лежат на полке. Свинцово-кислотные батареи также могут потерять часть своей целостности, если они простоят слишком долго и устареют. Они теряют мощность мощности, которую невозможно восстановить. Пример: если емкость новой батареи на момент покупки составляет менее 65-75 процентов, ваш генератор/генератор переменного тока может никогда не восстановить утраченную емкость батареи. Используйте батарею с датой, чтобы убедиться, что она не просрочена

Последнее отличие в работе современных аккумуляторов заключается в том, что аккумулятор действует как конденсатор в электрической системе автомобиля, поглощая скачки напряжения, которые часто возникают при размыкании или замыкании электрического выключателя.Поскольку аккумулятор имеет тенденцию поглощать скачки напряжения, если аккумулятор отсоединяется при работающем двигателе, скачки напряжения переходного процесса и колебания тока могут легко вывести из строя компьютер или модуль.

ТИПЫ АККУМУЛЯТОРОВ И НОМИНАЛЫ

Автомобильные пусковые батареи рассчитаны на пусковой ток (CA) и холодный пусковой ток (CCA). Ток запуска имеет более высокий числовой показатель и используется для сравнения только в теплом климате, в то время как ток холодного запуска предназначен для использования в холодном климате.Всегда используйте каталог аккумуляторов, чтобы согласовать рекомендованный автопроизводителем CCA с приложением. Замена батареи с меньшим, чем рекомендовано, CCA приведет к сокращению срока службы батареи и снижению производительности в холодную погоду.

Современные пусковые батареи с жидкостными элементами, как правило, состоят из тонких аккумуляторных пластин, предназначенных для обеспечения очень высокой скорости разряда во время запуска. В то время как батареи глубокого цикла обычно изготавливаются с более толстыми пластинами, предназначенными для обеспечения более низкого, но более постоянного тока разряда.Аккумуляторы глубокого цикла обычно имеют меньший CCA, чем пусковые аккумуляторы, и требуют более длительного времени перезарядки при более низких настройках силы тока.

Аккумуляторы глубокого разряда рассчитаны в ампер-часах, что соответствует силе разряда и часам, необходимым для снижения напряжения на клеммах аккумулятора до 10 вольт. Например, батарея глубокого цикла емкостью 60 ампер-часов может разряжаться на 10 ампер в течение шести часов, прежде чем напряжение на клеммах достигнет 10 вольт. Или скорость разряда может быть 5 ампер в течение 12 часов. Тем не менее, когда напряжение на клеммах меньше 10 вольт, аккумулятор считается полностью разряженным.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ АККУМУЛЯТОРОВ

В последние годы наша обычная свинцово-кислотная батарея с «затопленными» жидкостными элементами была усовершенствована для снижения коррозионного выделения газов и увеличения срока службы на 3-4 года, в зависимости от климата и условий эксплуатации. Большинство современных аккумуляторов также спроектированы так, чтобы противостоять эрозии пластин путем подвешивания пластин аккумулятора над нижней частью корпуса аккумулятора, чтобы снизить вероятность того, что накопление отложений приведет к короткому замыканию пластин аккумулятора.

Аккумуляторы с абсорбирующим стекловолокном (AGM)

становятся популярным выбором для аккумуляторов премиум-класса, поскольку абсорбирующий стеклянный мат удерживает электролит между положительной и отрицательной пластинами батареи. Помимо других достоинств, этот метод изготовления позволяет устанавливать батарею в любом положении без утечки кислоты и выдерживать сильную вибрацию. Многие мотоциклы и внедорожники используют аккумуляторы AGM для повышения надежности и срока службы.

МОДЕЛИ НЕИСПРАВНОСТИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Характер отказов автомобильного аккумулятора изменился.Двадцать лет назад неисправный аккумулятор резко снижал скорость проворачивания двигателя и вызывал затрудненный запуск; однако современные двигатели легко запускаются, поэтому неисправная батарея обычно работает хорошо, пока не выйдет из строя. Нет ничего необычного в том, что владелец припарковал свой автомобиль только для того, чтобы через час обнаружить, что его аккумулятор полностью разряжен.

Глубокий разряд является одной из основных причин преждевременного выхода из строя аккумулятора и генератора. Вторичные радиоприемники и другие аксессуары обычно несут ответственность за высокую разрядку аккумулятора при выключении зажигания. Другие причины включают чрезмерное использование аксессуаров при включенном зажигании, выключенном двигателе или чрезмерное проворачивание двигателя с трудным запуском.
Аккумуляторы также имеют тенденцию разряжаться из-за неиспользования. Если транспортное средство стоит на стоянке в течение длительного периода времени и проезжает только короткие расстояния, пластины аккумулятора имеют тенденцию покрываться кристаллами сульфата, которые снижают способность пластин поглощать и отводить электрический ток. Симптомами сульфатированного аккумулятора являются снижение CCA и невозможность перезарядки.

Вибрация, вызванная интенсивным движением по бездорожью или ослаблением крепления аккумуляторной батареи, ускоряет нормальную эрозию пластин аккумуляторной батареи.Осадок, скапливающийся на дне корпуса аккумулятора, может замкнуть накоротко положительные и отрицательные пластины аккумулятора, что приведет к полному выходу аккумулятора из строя.

Состояние перезарядки в системе зарядки автомобиля также может сократить срок службы батареи из-за выкипания электролита батареи и воздействия атмосферного воздуха на пластины батареи. Симптомами чрезмерной зарядки являются мокрый корпус батареи, чрезмерная коррозия клемм и прижимов, а также отчетливый запах тухлых яиц или серы.Помните, что высокие температуры окружающей среды ускоряют все вышеперечисленные факторы износа батареи.

Постоянный или периодический отказ отдельных элементов также может вызывать множество труднодиагностируемых жалоб на холодный пуск и управляемость. 12-вольтовая батарея состоит из шести элементов, при этом каждый полностью заряженный элемент производит 2,2 вольта. Суммарное напряжение этих шести элементов составляет 12,6 вольта. Потеря одного элемента может привести к снижению напряжения на клеммах аккумуляторной батареи до 10,4 вольт, что может вызвать затрудненный запуск и жалобы на работу холодного двигателя.

ПРОВЕРКА АККУМУЛЯТОРА

Современные анализаторы автомобильных аккумуляторов проверяют состояние аккумулятора, пропуская слабый переменный ток через элементы аккумулятора. Поскольку электронные тестеры избавляют от необходимости перезаряжать сильно разряженную батарею для тестирования, они, по сути, доминируют на рынке быстрого обслуживания.

В противоположность этому, обычные тестеры нагрузки батареи с углеродным ворсом требуют, чтобы батарея была заряжена не менее чем на 75 процентов и имела комнатную температуру. Классические тестеры удельного веса, которые используются для измерения плотности электролита, очень точны для определения состояния отдельных элементов.Тестер удельного веса также требует подзарядки и также опасен в использовании, поскольку высококоррозионный аккумуляторный электролит может попасть в глаза. Хотя оба метода полезны, электронное тестирование является самым безопасным и, как правило, наиболее точным методом измерения состояния батареи.

Как самый вонючий фрукт в мире может питать ваш телефон

«Это полностью меняет правила игры», — говорит Софи Осборн, одна из команды, работающей над проектом со Скоттом. «Мы так долго собирали ядерные отходы, и теперь мы больше не говорим о долгосрочном хранении, а фактически перепрофилируем их для производства электроэнергии.

В то время как химические батареи, такие как литий-ионные, плохо работают при высоких температурах, эти прочные алмазные батареи способны работать в самых сложных условиях, где трудно найти замену, например, в космосе, на дне океан или, возможно, на вершине вулкана. Например, они идеально подходят для поддержания работы спутников и компьютеризированных датчиков.

«Батарейки совсем крошечные, — говорит Скотт. На данный момент исследователям удалось создать алмазные батареи, производящие 1.8 вольт — похоже на батарейку АА, но имеет гораздо меньший ток. Технически их тоже можно перезаряжать, но потребуется несколько часов в активной зоне реактора, чтобы достичь исходной мощности, говорит Скотт. Хотя стабильная струйка тока, создаваемая при распаде радиоактивных материалов, означает, что они будут излучать электричество в течение невероятно долгого времени, период полураспада углерода составляет 5730 лет.

Несмотря на то, что они сделаны из алмаза, вряд ли они будут такими уж дорогими. «Вы удивитесь, как дешево могут стоить искусственные бриллианты, — говорит Скотт.

Скотт полагает, что в ближайшие десять или два десятилетия мы сможем даже увидеть, как сверхдолговечные алмазные батареи появятся в наших домах, возможно, в дымовых извещателях или пультах от телевизоров, или в медицинских устройствах, таких как слуховые аппараты или кардиостимуляторы.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.