На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

АвтоМотив

19 подписчиков

Свежие комментарии

Неудобный секрет литий-ионного аккумулятора

Планы по переходу на электроэнергию основаны на технологиях, которые еще не готовы. Каковы 10 наиболее вероятных аккумуляторов будущего?

Электрическая революция больше не является предсказанием будущего: она происходит на наших глазах. В 2022 году более 10% автомобилей, проданных по всему миру, были электрическими.

Евросоюз и некоторые отдельные штаты США планируют запретить двигатель внутреннего сгорания с 2035 года, Китай тоже не далек от этого пути. Развитые страны инвестируют рекордные суммы в технологии накопления энергии, чтобы сделать возобновляемую энергию более надежным источником. Но ни один политик не говорит вслух, что для того, чтобы воплотиться в жизнь, все эти смелые планы опираются на технологии, которых еще не существует . Электрическая революция — это кредитная революция — без радикального технологического прорыва в области аккумуляторов она обречена.
Конечно, сегодня у нас есть и множество других способов хранения энергии, кроме химических батарей – например, физические батареи (водяные типа ПАВЕТС Чайра, солнечные, гравитационные), или производство водорода из возобновляемых источников энергии. Но большинство из них огромные, тяжелые и их трудно передвигать. Транспортному сектору придется полагаться на химические батареи.

Есть только одна проблема: доминирующей технологии в этой области уже почти полвека. И изначально он не был разработан для использования в автомобилях, грузовиках или самолетах.
Идея литий-ионной батареи возникла во время нефтяного кризиса начала 1970-х годов. Резкий рост цен на топливо возродил идеи электродвижения, похороненные на заре ХХ века. Но существующие свинцово-кислотные батареи не могут его поддерживать. Нефтяные и химические гиганты начинают искать альтернативы. Молодой химик по имени Стэн Уиттингем начал экспериментировать с анодом из металлического лития и катодом из дисульфида титана. Был оформлен патент, и рабочий прототип был показан на автосалоне в Детройте. Но потом нефтяной кризис утих, и Exxon решила, что вложения в новые аккумуляторы не окупятся.

Аккумулятор Уиттингема несравненно лучше свинцово-цинкового, но и у него есть недостатки — относительно медленная скорость зарядки и высокий риск воспламенения. Джон Гудиноу, профессор Техасского университета, решил первую проблему, заменив в катоде дисульфид титана оксидом кобальта. Его коллега из Университета Мейдзё Акира Йошино решил вторую проблему, используя кокс для анода и значительно снизив риск возгорания. Благодаря работе этих трех человек родился первый «современный» литий-ионный аккумулятор для массового использования, представленный Sony в 1992 году. А в 2019 году Уиттингем, Гудино и Йошино разделили Нобелевскую премию по химии.

Самовоспламеняющиеся батареи попали в заголовки некоторых моделей сотовых телефонов, но электромобили также подвержены аналогичному риску. Несколько разрабатываемых в настоящее время технологий обещают нейтрализовать опасность, но литий-ионный аккумулятор, который так хорошо работает в наших телефонах и ноутбуках, не совсем подходит для автомобилей. Его плотности энергии недостаточно, чтобы обеспечить необходимый автономный переход в несколько сотен километров — для этого батареи в автомобилях должны быть огромными. И соответственно – очень тяжелый. Современный электромобиль весит в среднем на 350-400 кг больше, чем его аналог с двигателем внутреннего сгорания. Это порождает всевозможные осложнения. Например, нужны специальные (и значительно более дорогие) шины, чтобы выдержать нагрузку. Британская ассоциация автостоянок недавно предупредила, что многие старые многоэтажные автостоянки страны рассчитаны на гораздо меньший вес транспортных средств и могут рухнуть под тяжестью электромобилей. Но самая существенная проблема с большим весом заключается в том, что он значительно увеличивает расход энергии. Электромобилю с запасом хода более 400 км на одном заряде обычно требуется от 22 до 30 киловатт-часов энергии, чтобы проехать 100 км. Это все же эффективнее дизельных машин (переделанных в квх,расход бензинового автомобиля около 65-70 на 100 км/ч, дизельного — около 60 кВтч, пропан-бутана — около 38 кВтч) . Но этого недостаточно для достижения экологических целей, ради которых на рынок навязываются электромобили.

Цены на обычные и электрические автомобили в последнее время начали сближаться, но не из-за удешевления последних, а из-за искусственно навязанного удорожания первых. Вторая, еще более существенная проблема литий-ионных аккумуляторов – их цена. Ожидалось, что по мере того, как батареи станут более массовыми, их стоимость снизится из-за эффекта масштаба. Это происходило в период с 2010 по 2020 год, когда цена упала с более чем 1200 долларов до всего около 130 долларов за киловатт-час. Но затем начался обратный процесс: с ростом спроса на аккумуляторы сырье для них начало неудержимо дорожать.
Никель, который три года назад стоил около 11 000 долларов за тонну, сейчас стоит 23 200 долларов, а в какой-то момент стоил более 33 000 долларов. Стоимость кобальта выросла с 22 000 долларов в 2016 году до примерно 49 000 долларов в начале апреля 2023 года. Медь — незаменимое сырье для электрических систем — подскочила с 5000 долларов до примерно 9000 долларов за тонну (это также единственный из так называемых «металлов зеленого перехода») . что Болгария имеет в своем распоряжении). И это только начало: только один из 10 новых автомобилей — электрический. Представьте себе эффект, когда они станут пять из 10, или 10 из 10. Тогда вопрос уже будет не только в цене. Не случайно Илон Маск назвал никель «новым золотом». А Карлос Таварес, генеральный директор гиганта Stellantis, недавно подчеркнул, что если все примерно 1,3 миллиарда автомобилей на планете заменить электрическими, то лития просто не хватит.

Добыча лития в Америке
Именно поэтому переход на электротранспорт на транспорте является революцией «в кредит». Планируется, опираясь на будущие открытия, которые изменят нынешний химический состав аккумуляторов и сделают их одновременно легче, эффективнее, дешевле и безопаснее. Такая ставка не обязательно ошибочна: развитие технологий неоднократно доказывало, что при наличии экономической мотивации находятся новые решения. В настоящее время разрабатывается более 20 различных новых аккумуляторных технологий — некоторые из них просто вариации существующих, другие радикально отличаются от них. Только время покажет, какой из них преуспеет, или, возможно, победители будут разными для разных типов использования.

Прежде чем мы более подробно рассмотрим альтернативы, возможно, нам следует напомнить себе, что такое литий-ионный аккумулятор. Немногие представляют себе, что при зарядке мы просто «наливаем» электричество в аккумулятор, как воду в трубочку. Но батарея не хранит электричество напрямую, а производит его только по мере необходимости посредством химической реакции между двумя электродами и разделяющей их средой, называемой электролитом. Когда вы подключаете литий-ионный аккумулятор к прибору (или когда вы включаете электромобиль), ионы лития перемещаются от анода к катоду, отдавая электроны и создавая заряд. Когда вы заряжаете аккумулятор, ионы возвращаются от катода к аноду.

Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх