Литиевые аккумуляторы для автомобилей: нужно ли платить больше?

Литий-железо-фосфатный (LiFePo4) аккумуляторные батареи с каждым днем получают все большее распространение на украинском рынке. Кроме того, некоторые модели автомобилей, например, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid, Tesla, Porsche и др., с конвейера комплектуются аккумуляторами нового поколения.

Многие автомобилисты задаются вопросом: стоит ли менять кислотный аккумулятор на литиевый? Нужно ли платить больше, поскольку LiFePo4 стоят на порядок дороже обычных АКБ для автомобиля?

В корпусе литий-железо-фосфатного автомобильного аккумулятора на 12V упаковано определенное количество герметичных прямоугольных банок. Очевидные преимущества такой конструкции — это компактные размеры и легкий вес.

Если Вы подумали, что бессмысленно переплачивать за аккумулятор, который весит на 10-15 кг меньше обычного, его же не в руках носить, а возить под капотом, не спешите переходить на другую вкладку.

Сколько часов езды на автомобиле вам понадобится, чтобы зарядить кислотный аккумулятор емкостью 50Ач? 10 – 12 часов? Батареи LiFePo4 не боятся высоких токов заряда, следовательно, для полной зарядки ему понадобится не более 3-х часов.

 

Саморазряд  Lifepo4 при комнатной температуре не превышает 3% (от заявленной емкости) в месяц. Вы можете быть уверенны, что эта батарея, в отличие от кислотной, не разрядится после длительного (1-2 месяца) хранения.

 

Технология изготовления литий-ферум-фосфатных аккумуляторов полностью исключает использование токсичных веществ. Литиевые АКБ считаются экологически чистыми.

 

Что касается ресурса работы, то вместо 1500 – 2000 циклов, которые выдерживают кислотные аккумуляторы, литиевые батареи вырабатываются после 5000 – 7000 циклов. LiFePo4 прослужит Вам от 10 до 15 лет, притом, что производитель дает гарантию на 3 года.

Кроме того, LiFePo4 ремонтопригодны. Вышедшую из строя банку можно легко заменить.

Какой аккумулятор необходим Вашему автомобилю – решать Вам. Конечно, за использование более надежной и долговечной, нежели свинцово-кислотная, аккумуляторной батареи придется заплатить. Ну или подождать каких-то 5 – 10 лет, пока ученные не найдут способ удешевить технологию производства LiFePo4. Правда, не факт, что к тому времени литиевые АКБ не будут считать «устаревшими моделями».

Li-ion ИБП и АКБ | Каталог продукции компании БАСТИОН

Филиал №11 ДЕАН
(861) 372-88-46
www.dean.ru

Филиал ЭТМ
(86137) 6-36-20, 6-36-21
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8512) 48-14-00 (многоканальный)
www.etm.ru

Системы видеонаблюдения, филиал
(3854) 25-59-30
www.sv22.ru

Филиал ЭТМ
(8162) 67-35-10, 67-35-15
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4922) 54-04-99, 54-04-98
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8172) 28-51-08,
28-51-06, 27-09-39
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(3412) 90-88-93,
90-88-94,
90-88-95
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4842) 51-79-78,
51-79-72,
51-79-37,
52-81-39
www.etm.ru

Протэк
(996) 334-59-64
www.pro-tek.pro

Системы видеонаблюдения, филиал
(3842) 780-755
www.sv22.ru

Филиал ЭТМ
(3842) 31-58-78, 31-60-18, 31-66-06
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4942) 49-40-92, 49-40-93
www.etm.ru

Техника безопасности ОП на Стасова

(861) 235-45-30, 233-98-66, 8-918-322-17-14
www.t-save.ru

Техника безопасности ОП на Промышленной
(861) 254-72-00, 8-918-016-72-31, 8-989-270-02-12
www.t-save.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Достоевского
(861) 200-15-44, 200-15-48, 200-15-49
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Рашпилевской
(861) 201-52-52
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Леваневского
(861) 262-33-66, 262-28-00
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Мандариновой
(861) 201-52-53
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(861) 273-99-03
www.luis-don.ru

Филиал ЭТМ
(861) 274-28-88 (многоканальный),

200-11-55
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(3843) 993-600, 993-041, 993-042
www.etm.ru

Арсенал Безопасности ГК
(3812) 466-901 , 466-902, 466-903, 466-904, 466-905
www.arsec.ru

ДЕАН СИБИРЬ
(3812) 91-37-96, 91-37-97
www.dean.ru

СТБ
(3812) 51-40-04, 53-40-40
www.stb-omsk.ru

Филиал Ганимед СБ
(3812) 79-01-77

+7-913-673-99-01
www.ganimedsb.ru

Филиал ЭТМ
(3812) 60-30-81
www.etm.ru

КомплектСтройСервис
(4912) 24-92-14
(4912) 24-92-15
www.kssr.ru

Филиал ЭТМ
(4912) 30-78-53,
30-78-54,
30-78-55,
29-31-70
www.etm.ru

Филиал Бастион
(8692) 54-07-74
+7-978-749-02-41
www.bastion24.com

Филиал Грумант Корпорация
(8692) 540-060, МТС Россия: +7 978 744 3859

www.grumant.ru

Бастион
(365) 512-514
+7-978-755-44-25
www.bastion24.com

Охранные системы
(365) 251-04-78
(365) 251-14-78
+7 (978) 824-22-38

Филиал Защита СБ
(4725) 42-02-31
www.zassb.ru

Филиал ЭТМ
(4725) 42-25-13, 42-62-51
www.etm.ru

Филиал ЦСБ
(8452) 65-03-50, 8-800-100-81-98
www.centrsb.ru

Филиал ЭТМ
(4752) 53-70-07,

53-70-00
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4872) 22-24-25,
22-24-26,
22-26-71
www.etm.ru

Центр Систем Безопасности
(3452) 500-067, 48-46-46, 41-52-55
www.csb72.ru

Филиал ДЕАН
(3452) 63-83-98, 63-83-99
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(3452) 63-81-83
(3452) 48-95-35
www.luis.ru

Филиал РАДИАН
(3452) 63-31-85, 63-31-86
www.radiantd.ru

Филиал ЭТМ
(3452) 65-02-02
(3452) 79-66-60 (61/63)

(3452) 65-01-01
www.etm.ru

Востокспецсистема
(4212) 67-42-42
www.vssdv.ru

КОМЭН
(4212) 75-52-53, 75-52-54, 60-32-35
www.koman.ru

ТД «Планета Безопасности»
(4212) 74-62-12, 20-40-06, 74-85-11
www.planeta-b.ru

Филиал Хранитель
(4212) 21-70-82, 21-30-50, 24-96-56
www.hranitel-dv.ru

Филиал ЭТМ
(8202) 49-00-33, 49-00-39
www.etm.ru

АИСТ
+7 (4852) 45-10-78
+7 (4852) 45-10-73
www.aist76.ru

Филиал ЭТМ
(4852) 55-15-15,
55-57-94,
55-31-84,
55-33-84
www.etm.ru

Литий-ионный аккумулятор сдать по выгодной цене в СПб.

Среди многих типов аккумуляторных батарей литий-ионные являются наиболее популярными, поскольку обеспечивают больше энергии, чем другие типы источников питания. Они гораздо лучше удерживают заряд, чем старые батареи, такие как никель-металлгидридные. Однако, когда они выходят из строя, их нужно правильно утилизировать. 

Область применения литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы иногда называют сокращенно LIB. Скорее всего, у вас есть несколько устройств как в доме, так и в бизнесе, которые питаются от этих популярных и перезаряжаемых батарей. Одно из самых популярных применений — домашняя электроника и другие устройства, включая ноутбуки, мобильные телефоны и планшеты. Неудивительно, что их использование простирается далеко за пределы дома. Они используются в электроинструментах и садовом оборудовании. Растущий сегмент, использующий литий-ионные аккумуляторы, включает в себя электрические и гибридные автомобили, а также модели самолетов, электрические инвалидные коляски и аэрокосмическую промышленность.

Зачем утилизировать литиевые аккумуляторы

Литий-ионные (li-ion) аккумуляторы содержат множество химических веществ. Неправильная утилизация может привести к серьезным последствиям — загрязнению окружающей среды и потеря (материальных) ресурсов. При этом литий обладает высокой реакционной способностью и трудно поддается контролю. Такие воздействия, как высокая температура, напряжение зарядки, короткое замыкание, могут вызвать экзотермическую реакцию – химическую реакцию, которая высвобождает энергию через свет или тепло в батарее. Она может быстро загореться. 

Литий-ионные аккумуляторы содержат тонкий лист полипропилена, который разделяет электроды и предотвращает короткое замыкание. Однако, если устройство раздавлено или проколото, это может привести к тепловой реакции, так как батареи закорачиваются, когда нарушается разделитель между их положительными и отрицательными компонентами. Чем больше батарея, тем сильнее тепловая реакция. Таким образом, выброшенная батарея может воспламенить другой горючий материал, расположенный рядом с ней. Именно поэтому утилизировать в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Как правильно утилизировать литий-ионные батареи

Лучший способ правильно утилизировать литий-ионные аккумуляторы — отнести их в пункт приема ЭКОЦИФРЫ. Мы принимаем все виды аккумуляторов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, предлагая клиентам выгодные условия сотрудничества. Наш пункт приема оснащен всем необходимым для безопасного сбора и хранения литий-ионных аккумуляторов в соответствии с требованиями действующего законодательства. 

Мы принимаем различные типы литий-ионных батарей (с высокой и низкой производительностью, от мобильных устройств и промышленного оборудования), которые часто выбрасывают в мусор, за деньги. Таким образом, вы не только сможете избавиться от ненужных старых аккумуляторов, но и получите экономическую выгоду. 

Преимущества переработки литий-ионных аккумуляторов

Утилизация литий-ионных аккумуляторов – единственное правильное решение. Переработанные материалы могут быть использованы для изготовления новых батарей, что снижает производственные затраты. В настоящее время на эти материалы приходится более половины затрат изготовление аккумуляторов. 

В последние годы цены на два наиболее распространенных катодных металла, кобальт и никель, самые дорогие компоненты, значительно колебались. В 2018 году цена кобальта превысила 90 000 долларов за метрическую тонну.

Во многих типах литий-ионных батарей концентрации этих металлов, а также лития и марганца превышают содержание, обнаруженное в природных рудах, что делает использованные старые батареи очень ценными. Если эти металлы могут быть извлечены из отработавших эксплуатационный срок аккумуляторов, это позволит существенно сократить затраты на добычу руды.

В дополнение к потенциальным экономическим выгодам рециркуляция может уменьшить количество материала, поступающего на свалку. Эксперт по борьбе с загрязнением окружающей среды сказал, что кобальт, никель, марганец и другие металлы, присутствующие в литий-ионном аккумуляторе, могут легко просочиться из корпуса, загрязнить почву и грунтовые воды, а также угрожать экосистемам и здоровью человека. То же самое относится и к растворам солей фторида лития (обычно LiPF 6) в органических растворителях, используемых в аккумуляторных электролитах.

Именно поэтому, чтобы не нарушать действующие требования законодательства РФ, при наличии старых литий-ионных аккумуляторов, которые уже не пригодны к эксплуатации, обращайтесь в компанию «Экологические цифры». Цены и условия сотрудничества можете уточнить у наших сотрудников по телефону или онлайн. Адреса пунктов приема, куда можно сдать аккумуляторы в СПб, можете посмотреть в разделе «Контакты» или уточнить у консультантов.

Чем опасны литий ионные батареи?

Литий-ионные аккумуляторы не безопасны и лучше их не использовать в качестве источника питания электрического погрузчика, штабелёра, электротележки. Они могут взрываться, самовозгораться, поэтому лучше с ними не связываться

Что лучше свинцовый аккумулятор или литиевый?

Литий-ионные аккумуляторы по плотности энергии превосходят свинцовые в несколько раз. … В то же время, литий-ионный аккумулятор при абсолютной ёмкости 270 Втч (7,5 Ач * 36 В) весит 1,6 кг, то есть его плотность энергии составляет 168 Втч/кг, что превосходит значение свинцового аккумулятора более чем в 4 раза.

Чего боятся литий ионные аккумуляторы?

Чего боятся Li-ion аккумуляторы

Среди них можно выделить следующие: Ток заряда и разряда. … Для многих литий-ионных аккумуляторов это не очень актуально из-за наличия BMS контроллера, управляющего всеми процессами и защищающего от неправильной эксплуатации; Уровень заряда.

Чем опасен литий для человека?

Литий (6,9 а. е. м.) — считается условно токсичным элементом, то есть в чистом виде не представляет угрозы для человека.

Сколько лет служит литий ионный аккумулятор?

Аккумуляторы Li-Ion и Li-Poly в современных гаджетах выдерживают от 500 до 800 циклов на заряд-разряд (ограничения технологии). В среднем это 2-3 года жизни при разной интенсивности эксплуатации мобильных устройств. Но можно и увеличить срок службы аккумулятора с учётом ограничений технологии по циклам с 2 до 8 лет.

Какой аккумулятор лучше гелевый или литиевый?

По многим показателям литий-ионные аккумуляторы выглядят лучше: их срок службы больше, чем у гелевых батарей, а количество циклов заряда-разряда намного превышает всех конкурентов-аналогов. Единственный аспект, который может заставить обратить внимание на гелевые аккумуляторы – это их стоимость.

Какой аккумулятор лучше свинцово кислотный или никель кадмиевый?

Никель-Кадмиевые АКБ (NiCd) — уже хорошо изучены, но имеют относительно низкую энергоёмкость. … Свинцово-кислотный аккумулятор является предпочтительным выбором для медицинского оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и системы бесперебойного питания (UPS).

Как правильно пользоваться литий ионным аккумулятором?

Итак, чтобы литиевый аккумулятор прослужил долго и верно, необходимо:

1. Не допускать разогрева аккумулятора выше 30°C, лучшая температура 20°C.
2. Исключить чрезмерный заряд аккумулятора и перенапряжение на клеммах, оптимально 3,6 В.
3. Избегать глубокого разряда аккумулятора — пусть 20% будет пределом.

Какие бывают литиевые аккумуляторы?

Типы литий-ионных аккумуляторов (Li-ion)

• Литий-кобальтовый аккумулятор ( LiCoO2)
• Литий-марганцевый аккумулятор (LiMn2O4)
• Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор (LiNiMnCoO2 или NMC)
• Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4)
• Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный аккумулятор (LiNiCoAlO2)

30.03.2016

Почему теряют емкость литий ионные аккумуляторы?

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

При разряде восстановление отрицательного электрода происходит не полностью, продукты окисления накапливаются, и аккумулятор постепенно теряет емкость.

Чем опасен аккумулятор?

Стандартный автомобильный аккумулятор содержит свинец и электролит. Свинец является канцерогенным металлом. Его соединения являются политропными ядами. Они вызывают изменения в нервной и сердечнососудистой системах, снижают иммунобиологическую активность человека.

Чем вредна зарядка аккумулятора?

При подзарядке аккумулятора в воздух помещения выделяется сернистый газ, мышьяковистый водород (арсин), сурмилистый водород (стибин), хлористый водород и другие. Высокая концентрация этих токсических газов в воздухе очень вредна для человека.

Чем тушить литий ионные аккумуляторы?

Порошковый огнетушитель – самое действенное средство борьбы с горящим литий-ионным аккумулятором. Но в критической ситуации подойдут любые стандартные противопожарные меры: тушение водой, песком, плотной тканью.

Сколько циклов зарядки выдерживает литиевый аккумулятор?

У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов.

Сколько служит литий ионный аккумулятор шуруповерта?

Li-Ion – литиево – ионные;

К достоинствам никелево – кадмиевых (Ni-Cd) аккумуляторов можно отнести то, что они стоят не дорого, надежные и энергоёмкие, в среднем выдерживают до 2 000 циклов зарядки – разрядки. Срок эксплуатации доходит до пяти лет.

Сколько месяцев живут аккумуляторы 18650?

Литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют ресурс от 500 до 1000 циклов. Не имеют эффекта памяти. Заряжается специальными устройствами. Если использовать аккумуляторы активно и постоянно и учесть, что 1 цикл например около 5 дней, то 500 циклов это почти 7 лет.

Как заряжать литиевый аккумулятор: виды зарядных устройств

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 11-08-2020

На данный момент, в зависимости от сферы применения, наиболее популярными являются два вида аккумуляторных батарей: литиевые и свинцово-кислотные. Свинцовые аккумуляторы постепенно теряют популярность, так как не отличаются высокой плотностью энергии и длительным ресурсом. Если требуется максимально компактный источник питания, всегда выбор падает именно на литиевые АКБ.

Как и в случае со свинцово-кислотными аналогами, литиевые аккумуляторные батареи делятся на множество типов. Наиболее распространенными являются литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-pol). Именно они используются в мобильных гаджетах и даже в электрокарах. К примеру, в Tesla model S установлено более 7 тысяч литий-ионных аккумуляторов Panasonic Li-ion NCR18650B.

Большая часть техники, где используются литиевые аккумуляторы, имеют встроенные механизмы зарядки, поэтому пользователю требуется лишь подключиться к электросети. В иных случаях заряд требуется осуществлять самостоятельно. Чтобы аккумулятор служил долго, его требуется правильно заряжать.

Как заряжать литиевый аккумулятор, чтобы ему не навредить? Несмотря на очевидность, попробуем разобраться, чем заряжать литиевый аккумулятор можно, а чем — нельзя.

 

Что надо знать об аккумуляторе

Процесс заряда всегда зависим от того, какой аккумулятор заряжается. Нельзя одинаковым режимом пополнять заряд разных по характеристикам и типам моделей.

Если обобщить, то приблизительно подобрать правильный режим заряда можно при наличии данных о типе аккумулятора, его емкости и напряжении.

• Тип АКБ. Почему важно знать тип? Достаточно сравнить номинальное напряжение литий-титанатного и литий-ионного аккумулятора. 2,4В и 3,7В соответственно. Нетрудно догадаться, к каким последствиям может привести заряд литий-титанатной батареи неким абстрактным зарядным устройством для литиевого аккумулятора, которое предназначено именно для Li-ion.
• Емкость АКБ. Данный параметр заряжаемого аккумулятора важен из-за того, что ток, как правило, подбирается в процентном соотношении к номинальной емкости. Литий-ионные аккумуляторы, например, не рекомендуется заряжать током выше, чем 0,5С-1С (ток, равный 50% и 100% соответственно по отношению к емкости в ампер-часах). Этот показатель может значительно меняться от модели к модели. Яркий тому пример — литий-титанатные АКБ, некоторые модели которых позволяют зарядку токами, в сотни раз превышающими номинальную емкость.
• Напряжение АКБ. Тип литиевого аккумулятора говорит лишь о напряжении одной ячейки или отдельного элемента питания, состоящего из одной ячейки. Тем не менее, для выбора зарядного устройства или подходящего режима на уже имеющемся ЗУ, надо знать суммарное напряжение всей цепи, так как оно может быть многократно нарощено путем последовательного соединения ячеек. В уже готовых аккумуляторах на основе множества ячеек напряжение всегда указано в маркировке.

Как зарядить АКБ

Нередко пользователи интересуются в сети, как заряжать литиевый аккумулятор мотоцикла. Учитывая, что литиевый АКБ для мотоцикла — это устройство фабричное, а не самодельное, вся важная информация, в том числе и ток заряда, обычно размещена на бирке. Другое дело — это когда имеется элемент питания, собранный из одной или множества ячеек, в том числе из упомянутых ранее аккумуляторов panasonic.

Важно учитывать наличие в аккумуляторе или в схеме защиты в виде BMS. BMS — это контроллер, который выполняет сразу множество функций. Он может защищать элементы питания от опасных значений напряжения и тока, балансировать элементы на последних стадиях заряда, а также осуществлять регулировку подаваемого напряжения. Зарядка литий-ионных аккумуляторов напрямую может представлять опасность для АКБ, особенно если используется кустарное ЗУ. Применять кустарные приспособления как на основе трансформатора с диодным мостом, так и на основе переделанных компьютерных блоков питания не рекомендуется даже для свинцово-кислотных АКБ.

Если по какой-то причине в литиевом аккумуляторе отсутствует BMS, на ЗУ требуется выставить напряжение, являющееся максимальным для данного типа батарей. К примеру, литий-ионные АКБ при полном заряде выдают 4,2В на одну ячейку, а LiFePO4 — 3,65. Если ток, при этом, превышает 0,5С, рекомендуется его ограничить. Если ЗУ не позволяет регулировать ток, понизить его можно путем снижения выходного напряжения. Как только оно будет достигнуто, его можно поднять до конечного показателя, соответствующего полному заряду аккумулятора.

В случае с литиевыми аккумуляторами, оборудованных BMS (к счастью, таких большинство), все куда проще. Контроллер попросту не допустит подачу опасных номиналов тока и напряжения. Единственное исключение — это когда пользователь самостоятельно припаивает BMS к своей сборке батарей. В таком случае нельзя гарантировать, что контроллер настроен верно в соответствии с требованиями, предъявляемыми конкретным блоком аккумуляторов. В принципе, если пользователь делает сборку АКБ и самостоятельно припаивает контроллер — видимо, он знает, что делает.

Как бы там ни было, лучшим способом безопасно и на 100% зарядить аккумуляторную батарею любого типа — это использовать умное зарядное устройство, работающее в автоматическом режиме. Такое устройство не просто выдает постоянный ток с определенным номиналом напряжения, а изменяет режим заряда в зависимости от стадии. Также важным преимуществом являются многочисленные настраиваемые параметры, позволяющие использовать один и тот же прибор с абсолютно разными сборками аккумуляторов.

К выбору зарядного устройства следует относиться максимально серьезно, так как во многом от качества заряда зависит срок службы аккумулятора. И если аккумулятор состоит из множества ячеек с высокой суммарной стоимостью, то даже небольшое увеличение срока службы экономит заметную сумму.

К 2030 году в мире будет 20 млн электромобилей 

Об этом  говорится в докладе Конференции ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД). Он посвящен ситуации с сырьевыми товарами, используемыми в производстве автомобильных аккумуляторов.

В мире растут инвестиции в «зеленую» энергетику 

 

Сегодня на улицах и дорогах мира насчитывается миллиард пассажирских автомобилей, а к 2030 году их число может почти удвоиться. На автотранспорт приходится четверть всех выбросов парниковых газов. Меры, направленные на сокращение этих эмиссий, привели к росту инвестиций в «зеленую» энергетику. Такие инвестиции, по данным ЮНКТАД,  на протяжении уже нескольких  лет составляют в среднем около 600 млрд долларов в год.

 

«Альтернативные источники энергии, такие как электрические батареи, приобретут еще большее значение, поскольку сейчас инвесторы насторожено относятся к будущему нефтяной промышленности», — заявила директор отдела международной торговли ЮНКТАД Памела Кок-Гамильтон. 

 

По данным ЮНКТАД, к 2030 году на улицах городов и поселков появится уже 20 млн автомобилей с двигателями, работающими не на бензине или дизеле, а  на электрических батареях. Для сравнения — сегодня их чуть больше 5 млн. 

 

Эксперты ЮНКТАД полагают, что аккумуляторные батареи смогут сыграть важную роль в процессе перехода на низкоуглеродистые энергетические системы и помогут снизить выбросы парниковых газов. Но при этом они напоминают о необходимости надлежащей переработки сырья, которое используется для их производства. 

На сегодняшний день самой распространенной перезаряжаемой автомобильной батареей является литий-ионный аккумулятор. Мировой рынок катодов для таких аккумуляторов в 2018 году оценивался в 7 млрд долларов. К 2024 году он составит 58,8 млрд долларов.

 

«Рост спроса на важнейшее сырье, используемое для производства аккумуляторов электромобилей, расширит торговые возможности для стран, поставляющих эти материалы», — сказала Кок-Гамильтон.

 

Сырье добывается лишь в нескольких странах

Но запасы сырья для автомобильных аккумуляторов сконцентрированы всего в нескольких странах. Так, почти 50 процентов  мировых запасов кобальта находится в Демократической Республике Конго (ДРК), 58 процентов  запасов лития — в Чили, 80 процентов  запасов природного графита — в Китае, Бразилии и Турции, а 75 процентов  запасов марганца — в Австралии, Бразилии, ЮАР и Украине.

 

По мнению производителей электрокаров и, в  частности аккумуляторов для них, высокая концентрация сырья в отдельных странах является негативным фактором, подрывающим гарантии непрерывных поставок.

 

Перебои с поставками, по мнению экспертов,  могут привести к напряженности на рынках, росту цен на сырье и стоимости автомобильных аккумуляторов, а это, безусловно, окажет негативное влияние на возможность быстрого перехода к низкоуглеродистым электрическим средствам транспорта.

 

С учетом этого фактора эксперты предлагают увеличивать инвестиции в экологически чистые технологии, которые в меньшей степени зависят от сырья для аккумуляторов, что снизит риск дефицита поставок таких материалов, как литий и кобальт. Однако такой подход приведет к сокращению доходов стран, производящих эти материалы. 

 

Вместе с тем основная часть добавочной стоимости при производстве автомобильных аккумуляторов создается за пределами стран, поставляющих материалы. Например, в ДРК добываются кобальтовые руды, но их дальнейшая обработка и рафинирование осуществляются на перерабатывающих заводах в Бельгии, Китае, Финляндии, Норвегии и Замбии. Именно на этих заводах производятся конечные продукты, используемые в аккумуляторных батареях. Самой ДРК, на долю которой приходится более двух третей мирового производства кобальта, не удалось извлечь максимальные экономические выгоды от полезных ископаемых. В стране нет надлежащей инфраструктуры, технологических и материально-технических возможностей, а главное — нет соответствующей политики.

 

Производство положительных электродов для автомобильных аккумуляторов также сосредоточено лишь в нескольких странах Азии. В 2015 году на долю Китая приходилось около 39 процентов  мирового рынка положительных электродов, Японии – 19 процентов, а Республики Корея – 7 процентов.

 

Социальные и экологические последствия добычи сырья для автомобильных аккумуляторов 

В новом докладе впервые говорится о негативных социальных и экологических последствиях добычи сырья для автомобильных аккумуляторов. Например, около 20 процентов кобальта, поставляемого из ДРК, добывается на кустарных рудниках, где используется детский труд. По данным ЮНИСЕФ, в опасных условиях в шахтах работают до 40 тысяч детей. При этом за свой тяжелый труд они получают мизерную  плату. 

 

В Чили при добыче лития используется около 65 процентов  всей воды в Салар-де-Атамаке, одном из самых пустынных районов в мире. Это приводит к истощению подземных вод и к их загрязнению.  В результате местные фермеры, выращивающие квиноа и занимающиеся скотоводством, были вынуждены покинуть свои родовые места и мигрировать. Добыча лития привела к деградации окружающей среды, повреждению ландшафта и загрязнению почвы.

 

Авторы доклада предлагают наращивать инвестиции в технологии, которые  позволят уменьшить  негативное воздействие производства аккумуляторов на окружающую среду, а также обеспечат надлежащую утилизацию отработанных батарей.

Характеристики, Виды, Размеры, особенности производства

В течение длительного времени кислотный аккумулятор был единственным устройством, способным обеспечивать электрическим током автономные объекты и механизмы. Несмотря на большой максимальный ток и минимальное внутреннее сопротивление, такие батареи имели ряд недостатков, которые ограничивали их применения в устройствах потребляющих большое количество электроэнергии или в закрытых помещениях. В этом плане литий-ионные аккумуляторы лишены многих негативных качеств своих предшественников, хотя и недостатки у них имеются.

Что такое литий ионный аккумулятор

Первые литиевые аккумуляторы появились 50 лет назад. Такие изделия представляли собой обычную батарейку, в которой для повышения уровня отдачи электроэнергии был установлен литиевый анод. Такие изделия имели очень высокие эксплуатационные характеристики, но одним из самых серьёзных недостатков являлась высокая вероятность воспламенения лития при перегреве катода. Учитывая эту особенность, учёные со временем заменили чистый элемент ионами металла, вследствие чего значительно увеличилась безопасность.

Современные li-ion аккумуляторы очень надёжны и способны выдерживать большое количество циклов заряда — разряда. Они имеют минимальный эффект памяти и относительно небольшой вес. Благодаря таким свойствам, литиевая батарея нашла широкое применение во многих устройствах. Изделие может применяться в качестве АКБ, в виде батареек для бытовой техники, а также как высокоэффективный тяговый источник электроэнергии.

На сегодняшний день такие устройства обладают несколькими недостатками:

• высокая стоимостью;
• не любят глубокие разряды;
• могут умереть при низких температурах;
• теряют емкость при перегреве.

В качестве более совершенных аналогов можно найти или аккумуляторы, но они стоят заметно дороже.

Как осуществляется производство li-ion АКБ

Литий-ионные аккумуляторы производятся в несколько этапов:

1. Изготовление электродов.
2. Объединение электродов в батарею.
3. Установка платы защиты.
4. Установка батареи в корпус.
5. Заливка электролита.
6. Тестирование и заряд.

На всех этапах производства должна быть соблюдена технология и меры безопасности, что в итоге позволяет получить качественное изделие.

В качестве катода в литий-ионных батареях используется фольга, с нанесённым на её поверхности содержащий литий веществом.

В зависимости от назначения АКБ могут быть использованы следующие соединения лития:

• LiCoO2;
• ;
• LiNiO2;
• LiMn2О4.

При изготовлении цилиндрических источников электроэнергии типоразмера AA и AAA основной электрод скручивается в рулон, который отделяется от анода сепаратором. При большой площади катода, плёнка которого имеет минимальную толщину, удаётся добиться высокой энергоёмкости изделия.

Принцип работы и устройство li-ion аккумулятора

Литий ионный аккумулятор работает следующим образом:

1. При подаче на контакты батареи постоянного электрического тока катионы лития перемещаются в материал анода.
2. В процессе разрядки ионы лития покидают анод и проникают в диэлектрик на глубину до 50 нм.

В «жизни» литий-ионного аккумулятора таких циклов может быть до 3 000 при этом батарея может отдать практически весь электрический ток накопленный в процессе зарядки. Глубокий разряд не приводит к окислению пластин, что выгодно выделяет такие изделия по сравнению с кислотными АКБ.

Не все li-ion АКБ хорошо переносят глубокие разряды. Если подобная батарея установлена в телефоне или фотоаппарате (типа AAA), то при глубоком разряде контроллерная плата в целях безопасности блокирует возможность заряда батареи, поэтому без специального зарядного устройства зарядить ее не получится. Если это тяговая литиевая батарея для лодочного мотора, то ей глубокий разряд будет совсем не страшен.

В отличие от пальчиковых аккумуляторов сложные батареи состоят из нескольких отдельных источников электроэнергии соединённых параллельно или последовательно. Способ соединения зависит от того, какой показатель электричества необходимо увеличить.

Типоразмеры и виды li-ion батарей

Литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение. Такие источники электрического тока используются в различных бытовых устройствах, гаджетах и даже автомобилях. Кроме этого, изготавливаются промышленные литий ионные аккумуляторы, имеющие большую ёмкость и высокое напряжение. Наиболее востребованными являются следующие типы литиевых аккумуляторов:

Название	Диаметр, мм	Длинна, мм	Емкость, мАч
10180	10	18	90
10280	10	28	180
10440 (AAA)	10	44	250
14250 (AA/2)	14	25	250
14500	14	50	700
15270 (CR2)	15	27	750-850
16340 (CR123A)	17	34.5	750-1500
17500 (A)	17	50	1100
17670	17	67	1800
18500	18	50	1400
18650 (168A)	18	65	2200-3400
22650	22	65	2500-4000
25500 (тип C)	25	50	2500-5000
26650	26	50	2300-5000
32600 (тип D)	34	61	3000-6000

Первые две цифры таких обозначений указывают на диаметр изделия, вторая пара – на длину. Последний «0» ставится, если батарейки имеют цилиндрическую форму.

Кроме аккумуляторов цилиндрической формы промышленностью выпускаются батареи типа «» напряжением 9v и мощные промышленные АКБ с напряжением 12v, 24v, 36v и 48v.

Батарея для штабелера

В зависимости от элементов, которые добавляется в изделие, на корпусе батареи может быть следующая маркировка:

• ICR – содержащие кобальт;
• IMR — — — — марганец;
• INR — — — — никель и марганец;
• NCR — — — — никель и кобальт.

Литиевые батареи отличаются не только размером и химическими добавками, но прежде всего по ёмкости и напряжению. Эти два параметра и определяют возможность их использования в тех или иных видах электрических приборов.

Где применяются li-ion АКБ

Литий-ионные батареи не имеют альтернативы там, где необходим аккумулятор способный отдавать электричество практически в полном объёме, и совершать большое количество циклов заряд/разряд без снижения ёмкости. Преимуществом таких устройств является относительно малый вес, ведь использовать свинцовые решётки в таких устройствах нет никакой необходимости.

Учитывая высокие эксплуатационные характеристики, такие изделия могут использоваться:

1. В качестве стартерных батарей. Литиевые аккумуляторы для автомобилей с каждым годом дешевеют, благодаря новым разработкам, которые позволяют снизить издержки производства. К сожалению цена таких батарей может быть очень высокой, поэтому многим владельцам машин такой аккумулятор оказывается не по карману. К недостаткам литий-ионных батарей можно отнести существенное падение мощности при температуре ниже минус 20 градусов, поэтому в северных районах эксплуатация таких изделий будет непрактичной.
2. В качестве тяговых устройств. Благодаря тому, что литий-ионные аккумуляторы легко переносят глубокий разряд их нередко используют как тяговые для лодочных электромоторов. Если мощности двигателя не слишком велика, то одного заряда хватает на 5 – 6 часов непрерывной работы, что вполне достаточно для рыбалки или совершения водной прогулки. Тяговый литий-ионный аккумуляторы устанавливают и на различную погрузочную технику (электроштабелеры, электропогрузчики), работающую в закрытых помещениях.
3. В бытовой технике. Литий-ионные аккумуляторы применяются в различных бытовых устройствах вместо стандартных батареек. У таких изделий напряжение 3,6v — 3,7v, но существуют модели, которые способны заменить обычную солевую или щелочную батарейку на 1,5 Вольта. Также можно встретить батареи напряжением 3v (15270, ), которые можно установить вместо 2 стандартных батареек.

Используются такие изделия в основном в мощных приборах, в которых обычные солевые батарейки очень быстро разряжаются.

Тяговой АКБ

Правила эксплуатации li ion аккумуляторов

На срок службы литиевого аккумулятора влияют многие факторы, знание которых позволит существенно увеличить ресурс. При использовании этого вида батарей необходимо:

1. Стараться не допускать полного разряда батареи. Несмотря на высокую устойчивость батареи к такому воздействию, желательно не выжимать из него все «соки». Особенно следует соблюдать осторожность при эксплуатации таких батарей с ИБП и электрическими двигателями высокой мощности. Если полный разряд батареи произошёл необходимо её незамедлительно оживить, то есть подключить к специальному зарядному устройству. Раскачать аккумулятор можно и после длительного пребывания в состоянии глубокого разряда, для чего необходимо произвести качественную зарядку в течение 12 часов, затем разрядить батарею.
2. Не допускать перезаряда. Перезаряд негативно влияет на характеристики изделия. Встроенный контроллёр не всегда способен вовремя отключить батарею, особенно в том случае, когда зарядка осуществляется в холодном помещении.

Кроме перезаряда и чрезмерного разряда батарею следует оберегать от чрезмерных механических воздействий, которые могут вызвать разгерметизацию корпуса и возгоранию внутренних компонентов аккумулятора. По этой причине существует запрет пересылки почтой батарей, в которых содержание чистого лития превышает 1 г.

Применяется в качестве АКБ для шуруповертов, ноутбуков и телефонов

Как хранить литий ионные аккумуляторы

Если возникает необходимость в длительном хранении литий-ионных аккумуляторов, то для минимизации негативного воздействия на изделия, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Хранить изделие только в сухом, прохладном помещении.
2. Аккумулятор обязательно извлекается из электрического прибора.
3. Батарею необходимо зарядить перед консервацией. Минимальное напряжение, при котором не будут образовываться внутренние коррозионные процессы равно 2,5 Вольт на 1 элемент.

Учитывая малый саморазряд таких батарей, хранить таким образом аккумулятор можно в течение нескольких лет, но в течение этого срока всё равно неминуемо произойдёт уменьшение ёмкости элемента.

Утилизация литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы содержат опасные для здоровья вещества, поэтому ни в коем случае не следует их разбирать в домашних условиях. После того как батарея выработает свой ресурс её необходимо сдать для дальнейшей переработки. В специализированных приёмных пунктах можно получить денежную компенсацию за старый литиевый аккумулятор, ведь такие изделия содержат дорогостоящие элементы, которые могут быть использованы повторно.

Литиевая батарея

ATX30-HD — антигравитационные батареи

Серия HEAVY DUTY

Литиевая батарея размера OEM (прямая замена)

Antigravity Batteries с гордостью представляет НОВЫЕ ATX30-HD и ATX20-HD. НОВАЯ серия HD (Heavy Duty) была специально разработана, чтобы предложить ЗНАЧИТЕЛЬНО больше ампер-часов (на 6 Ач на батарею) и мощность, чем в исходных версиях ATX20 / 30, чтобы удовлетворить особые потребности тех, кто ищет самый компактный, но мощный аккумулятор. .Эти аккумуляторы предназначены для таких специальных применений, как туристические мотоциклы с большим количеством аксессуаров, гоночные и уличные автомобили, экспериментальные самолеты и многое другое. Проще говоря, это самые мощные и компактные аккумуляторы, доступные от любого производителя.

НОВЫЕ Heavy Duty ATX30 и ATX20 не имеют встроенной функции запуска от внешнего источника RE-START, но предлагают более глубокий уровень разряда для большей полезной емкости и большей мощности для проворачивания. Они также предлагают ПОЛНУЮ систему управления батареями (BMS) для защиты батареи от чрезмерной разрядки и перезарядки, а также имеют тепловую защиту.Это обеспечивает максимально безопасный и длительный жизненный цикл.

Многие приложения

Эти батареи предназначены для тех специальных применений, где требуется чрезвычайно компактный размер с максимально возможным количеством ампер-часов. Мы сосредоточили эти аккумуляторы для работы в уличных / гоночных автомобилях с высокими характеристиками, больших туристических велосипедах, которым нужна дополнительная емкость, и для других целей, таких как экспериментальные самолеты. Их можно использовать даже для питания аксессуаров на 12 В.

Преимущество антигравитации

ATX30 — это стандартный размер, используемый в большом количестве транспортных средств Powersports, таких как туристические мотоциклы, UTV, квадроциклы и т. Д.Часто клиенты могут модифицировать или добавлять дополнительные аксессуары к этим автомобилям и нуждаться в более мощной батарее с большей емкостью в ампер-часах. Именно здесь наши модели HD предлагают более чем в ДВА раза емкость литиевых батарей конкурентов того же размера! Они также оснащены кнопкой проверки индикатора напряжения на батарее, чтобы вы могли легко проверить ее уровень заряда. Если вы хотите также отслеживать состояние и статус вашей батареи через Bluetooth, вы можете использовать Lithium Battery Tracker.

Замена традиционных свинцово-кислотных на литий-ионные

Значительные преимущества литий-ионной технологии по сравнению со свинцово-кислотной технологией означают, что использование литий-ионных батарей становится все более популярным выбором.

При рассмотрении вопроса о замене существующего блока свинцово-кислотных аккумуляторов литиево-ионным аккумулятором необходимо принять во внимание несколько вещей. Хотя в данном случае иногда используется термин «оперативная замена», на самом деле это никогда не бывает так просто.

Чтобы максимально использовать возможности литий-ионных батарей, соблюдайте рекомендуемые условия эксплуатации. Хотя батареи настроены так, чтобы делать это автоматически и безопасно, надлежащий уход за новыми батареями предотвратит неприятности во время использования, такие как самоотключение литий-ионных батарей (с помощью реле безопасности).На что следует обратить внимание:

• Напряжение заряда аккумуляторной батареи необходимо проверить и, возможно, изменить. Если низкое напряжение заряда приводит к неполному заряду аккумуляторов, слишком высокое напряжение заряда потенциально может привести к выходу литий-ионных аккумуляторов за пределы допустимых условий эксплуатации.

• Мониторинг аккумуляторной батареи должен проводиться на основе шунта (подсчет ампер-часов), а не напряжения. Некоторые продукты для базового мониторинга аккумуляторов полностью основывают состояние аккумулятора на измерении напряжения.В случае литий-ионных батарей это приведет к недостоверным показаниям, что может привести к глубокому разряду. Следует использовать только шунтирующие устройства мониторинга, в которых установлен литий-ионный аккумулятор.

Серия MLI Ultra имеет внешнее реле безопасности (выключатель аккумуляторной батареи) и встроенный контроль аккумуляторной батареи, требующий надлежащей установки и ввода в эксплуатацию квалифицированным установщиком. Правильная настройка, включая сигналы тревоги и события через сеть MasterBus, обеспечивает безопасный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс.

Продукты MLS имеют встроенное реле безопасности. В результате получается литий-ионная батарея, которая максимально приближена к «быстрой замене» свинцово-кислотной, если учитывать вышеуказанные соображения.

<< Назад к обзору

как мир будет производить достаточно?

Эра электромобилей приближается. Ранее в этом году американский автомобильный гигант General Motors объявил о намерении прекратить продажу бензиновых и дизельных моделей к 2035 году.Audi, базирующаяся в Германии, планирует прекратить производство таких автомобилей к 2033 году. Многие другие автомобильные транснациональные корпорации выпустили аналогичные дорожные карты. Внезапно усилия крупных автопроизводителей по электрификации своих автопарков превращаются в спешку к выходу.

Электрификация личной мобильности набирает обороты, о чем несколько лет назад не могли и мечтать даже самые ярые ее сторонники. Во многих странах правительственные поручения ускорят перемены. Но даже без новой политики или правил половина мировых продаж легковых автомобилей в 2035 году будет приходиться на электроэнергию, по данным консалтинговой компании BloombergNEF (BNEF) в Лондоне.

Это масштабное промышленное преобразование знаменует собой «переход от топливоемкой к материалоемкой энергетической системе», как заявило Международное энергетическое агентство (МЭА) в мае ¹ . В ближайшие десятилетия сотни миллионов транспортных средств выйдут на дороги с массивными батареями внутри (см. «Переход на электричество»). И каждая из этих батарей будет содержать десятки килограммов материалов, которые еще предстоит добыть.

Источник: исх. 2

Предвидя мир, в котором будут преобладать электромобили, материаловеды работают над двумя большими проблемами.Один из них — как сократить количество металлов в батареях, которые являются дефицитными, дорогими или проблематичными, поскольку их добыча сопряжена с серьезными экологическими и социальными издержками. Другой — улучшить переработку аккумуляторов, чтобы ценные металлы в отработанных автомобильных аккумуляторах можно было эффективно повторно использовать. «Переработка будет играть ключевую роль в этом процессе», — говорит Кваси Ампофо, горный инженер, ведущий аналитик BNEF по металлургии и горнодобывающей промышленности.

Производители аккумуляторов и автомобилей уже тратят миллиарды долларов на снижение затрат на производство и переработку аккумуляторов электромобилей (EV) — отчасти благодаря государственным стимулам и ожиданию предстоящих нормативных актов.Национальные спонсоры исследований также основали центры по изучению более эффективных способов производства и переработки батарей. Поскольку добыча металлов в большинстве случаев все еще обходится дешевле, чем их переработка, ключевая цель состоит в разработке процессов извлечения ценных металлов с достаточно низкой стоимостью, чтобы они могли конкурировать с только что добытыми металлами. «Больше всего говорят о деньгах», — говорит Джеффри Спангенбергер, инженер-химик из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который руководит финансируемой США инициативой по переработке литий-ионных аккумуляторов под названием ReCell.

Литиевое будущее

Первой задачей исследователей является сокращение количества металлов, которые необходимо добывать для аккумуляторов электромобилей. Количество различается в зависимости от типа аккумулятора и модели автомобиля, но один автомобильный литий-ионный аккумулятор (типа, известного как NMC532) может содержать около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг кобальт, согласно данным Аргоннской национальной лаборатории.

Аналитики не ожидают в ближайшее время отказа от литий-ионных батарей: их стоимость упала настолько резко, что они, вероятно, станут доминирующей технологией в обозримом будущем.Сейчас они в 30 раз дешевле, чем тогда, когда они впервые вышли на рынок в качестве небольших портативных батарей в начале 1990-х годов, даже несмотря на то, что их производительность улучшилась. BNEF прогнозирует, что стоимость литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей к 2023 году упадет ниже 100 долларов США за киловатт-час, что примерно на 20% ниже, чем сегодня (см. «Резкое снижение стоимости аккумуляторов»). В результате электромобили, которые по-прежнему дороже обычных, должны достичь паритета цен к середине 2020-х годов. (По некоторым оценкам, электромобили уже дешевле, чем автомобили с бензиновым двигателем, в течение всего срока их службы, благодаря меньшей стоимости питания и обслуживания.)

Для производства электричества литий-ионные батареи перемещают ионы лития из одного слоя, называемого анодом, в другой, катод. Они разделены еще одним слоем — электролитом. Катоды — это главный ограничивающий фактор в характеристиках аккумуляторов, и именно в них находятся самые ценные металлы.

Катод типичного литий-ионного аккумуляторного элемента представляет собой тонкий слой слизи, содержащей микромасштабные кристаллы, которые часто похожи по структуре на минералы, встречающиеся в естественной коре или мантии Земли, такие как оливины или шпинели.Кристаллы соединяют отрицательно заряженный кислород с положительно заряженным литием и различными другими металлами — в большинстве электромобилей это смесь никеля, марганца и кобальта. Перезарядка батареи вырывает ионы лития из этих кристаллов оксида и притягивает ионы к аноду на основе графита, где они хранятся, зажатые между слоями атомов углерода (см. «Электрическое сердце»).

Источник: адаптировано из G. Harper et al. Natur e 575 , 75–86 (2019) и G. Предложение et al.Природа 582 , 485–487 (2020).

Сам по себе литий не является дефицитом. В июньском отчете BNEF ² подсчитано, что текущие запасы этого металла — 21 миллион тонн, по данным Геологической службы США — достаточны для перехода на электромобили до середины века. А запасы — это податливая концепция, потому что они представляют собой количество ресурса, который может быть экономически выгодно извлечен при текущих ценах и с учетом текущих технологий и нормативных требований.Для большинства материалов, если спрос возрастет, в конечном итоге тоже появятся запасы.

По словам Ампофо, по мере того как автомобили электрифицируются, проблема заключается в увеличении производства лития для удовлетворения спроса. «В период с 2020 по 2030 год он вырастет примерно в семь раз».

Это может привести к временному дефициту и резким колебаниям цен, говорит он. Но икота на рынке не изменит картину в долгосрочной перспективе. «По мере наращивания производственных мощностей этот дефицит, вероятно, исчезнет сам», — говорит Хареш Камат, специалист по хранению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто, Калифорния.

Солевые отложения на заводе по производству лития на солончаках Уюни в Потоси, Боливия Фото: Карлос Бесерра / Bloomberg / Getty

Увеличение добычи лития несет в себе собственные проблемы для окружающей среды: существующие формы добычи требуют большого количества энергии (для лития, извлекаемого из породы) или воды (для извлечения из рассолов). Но более современные методы извлечения лития из геотермальной воды с использованием геотермальной энергии для управления процессом считаются более безопасными.И, несмотря на этот ущерб окружающей среде, добыча лития поможет заменить разрушительную добычу ископаемого топлива.

Исследователей больше беспокоит кобальт, который является наиболее ценным ингредиентом современных аккумуляторов электромобилей. Две трети мировых запасов добываются в Демократической Республике Конго. Активисты-правозащитники выразили обеспокоенность по поводу условий там, в частности по поводу детского труда и вреда для здоровья рабочих; как и другие тяжелые металлы, кобальт токсичен при неправильном обращении.Можно использовать альтернативные источники, такие как богатые металлами «конкреции», обнаруженные на морском дне, но они представляют свою собственную опасность для окружающей среды. Никель, еще один важный компонент аккумуляторов электромобилей, также может столкнуться с нехваткой ³ .

Управление металлами

Для решения проблем с сырьем ряд лабораторий экспериментировали с катодами с низким содержанием кобальта или без кобальта. Но материалы катода должны быть тщательно спроектированы так, чтобы их кристаллическая структура не разрушалась, даже если более половины ионов лития удаляется во время зарядки.А полный отказ от кобальта часто снижает удельную энергию батареи, говорит ученый-материаловед Арумугам Мантирам из Техасского университета в Остине, потому что он изменяет кристаллическую структуру катода и то, насколько прочно он может связывать литий.

Мантирам принадлежит к числу исследователей, которые решили эту проблему — по крайней мере, в лаборатории — показав, что кобальт может быть удален с катодов без ущерба для рабочих характеристик. ⁴ . «Материал, не содержащий кобальта, о котором мы сообщаем, имеет ту же кристаллическую структуру, что и оксид лития-кобальта, и, следовательно, такую ​​же плотность энергии» или даже лучше, — говорит Мантирам.Его команда добилась этого, отрегулировав способ производства катодов и добавив небольшие количества других металлов, сохранив при этом кристаллическую структуру оксида кобальта катода. Мантирам говорит, что внедрение этого процесса на существующих заводах должно быть несложным, и основал новую фирму под названием TexPower, чтобы попытаться вывести ее на рынок в течение следующих двух лет. Другие лаборатории по всему миру работают над безкобальтовыми батареями: в частности, новаторский производитель электромобилей Tesla из Пало-Альто, Калифорния, заявил, что планирует исключить металл из своих аккумуляторов в ближайшие несколько лет.

Сунь Янг-Кук из Университета Ханян в Сеуле, Южная Корея, — еще один ученый-материаловед, достигший аналогичных показателей в работе с бескобальтовыми катодами. Sun говорит, что при создании новых катодов могут остаться некоторые технические проблемы, потому что процесс основан на переработке богатых никелем руд, для чего может потребоваться дорогая атмосфера чистого кислорода. Но многие исследователи теперь считают проблему кобальта практически решенной. Мантирам и Сан «показали, что можно делать действительно хорошие материалы без кобальта и [они] работают очень хорошо», — говорит Джефф Дан, химик из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канада.

Рабочие добывают кобальт возле шахты между Лубумбаши и Колвези в Демократической Республике Конго Фото: Федерико Скоппа / AFP / Getty

Никель, хотя и не такой дорогой, как кобальт, тоже не дешев. Исследователи тоже хотят его удалить. «Мы решили проблему нехватки кобальта, но из-за того, что мы так быстро наращиваем объемы, мы идем прямо к проблеме никеля», — говорит Гербранд Седер, ученый-материаловед из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния.Но удаление как кобальта, так и никеля потребует перехода на совершенно другие кристаллические структуры катодных материалов.

Один из подходов — использовать материалы, называемые неупорядоченными каменными солями. Они получили свое название из-за своей кубической кристаллической структуры, которая похожа на структуру хлорида натрия, где кислород играет роль хлора, а смесь тяжелых металлов заменяет натрий. За последнее десятилетие команда Седера и другие группы показали, что определенные богатые литием каменные соли позволяют литию легко входить и выходить — важное свойство, позволяющее производить повторную зарядку. ⁵ .Но, в отличие от обычных катодных материалов, неупорядоченные каменные соли не требуют, чтобы кобальт или никель оставались стабильными во время этого процесса. В частности, они могут быть сделаны из марганца, который дешев и в большом количестве, говорит Седер.

Утилизация лучше

Если батареи будут производиться без кобальта, исследователи столкнутся с непредвиденными последствиями. Металл является основным фактором, который делает переработку аккумуляторов экономичной, поскольку добыча других материалов, особенно лития, в настоящее время обходится дешевле, чем переработка.

На типичном заводе по переработке аккумуляторы сначала измельчаются, в результате чего элементы превращаются в порошкообразную смесь всех используемых материалов. Затем эта смесь распадается на элементарные составляющие либо путем сжижения в плавильном заводе (пирометаллургия), либо путем растворения в кислоте (гидрометаллургия). Наконец, металлы осаждаются из раствора в виде солей.

Механический измельчитель батарейных модулей, показанный на этом фото, на заводе по переработке отходов в Дузенфельде в Германии Фото: Вольфрам Шролл / Duesenfeld

Исследования были сосредоточены на улучшении процесса, чтобы сделать переработанный литий экономически привлекательным.Подавляющее большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, Японии и Южной Корее; соответственно, возможности рециркуляции там растут быстрее всего. Например, расположенная в Фошане компания Guangdong Brunp — дочерняя компания CATL, крупнейшего в Китае производителя литий-ионных элементов — может перерабатывать 120 000 тонн батарей в год, по словам представителя компании. Это эквивалент того, что будет использоваться в более чем 200 000 автомобилей, и компания способна восстановить большую часть лития, кобальта и никеля. Политика правительства способствует этому: в Китае уже есть финансовые и нормативные стимулы для компаний, производящих аккумуляторные батареи, которые получают материалы у компаний по переработке, а не импортируют только что добытые, — говорит Ханс Эрик Мелин, управляющий директор консалтинговой компании Circular Energy Storage в Лондоне.

Европейская комиссия предложила строгие требования по переработке аккумуляторов, которые могут быть введены поэтапно с 2023 года — хотя перспективы блока по развитию отечественной индустрии переработки являются неопределенными. ⁶ . Администрация президента США Джо Байдена, тем временем, хочет потратить миллиарды долларов на развитие отечественной индустрии производства аккумуляторов для электромобилей и поддержку утилизации, но еще не предложила правила, выходящие за рамки существующего законодательства, классифицирующие аккумуляторы как опасные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. .Некоторые начинающие компании в Северной Америке заявляют, что они уже могут извлекать большую часть металлов из аккумуляторных батарей, включая литий, по затратам, которые конкурентоспособны с затратами на их добычу, хотя аналитики говорят, что на данном этапе общая экономическая выгода только потому, что кобальт.

Измельченный аккумуляторный порошок, или «черная масса», очищается от пластин на предприятии по переработке аккумуляторов Li-Cycle в Кингстоне, Онтарио, Канада. Фото: Christinne Muschi / Bloomberg / Getty

Более радикальный подход состоит в том, чтобы повторно использовать катодные кристаллы, а не разрушать их структуру, как это делают гидро- и пирометаллургия.ReCell, совместное предприятие стоимостью 15 миллионов долларов США, которым управляет Спангенбергер, включает три национальных лаборатории, три университета и множество игроков отрасли. Он разрабатывает методы, которые позволят переработчикам извлекать катодные кристаллы и перепродавать их. Одним из важнейших шагов после того, как батареи были измельчены, является отделение катодных материалов от остальных с помощью тепла, химикатов или других методов. «Причина, по которой мы с таким энтузиазмом относимся к сохранению кристаллической структуры, заключается в том, что для ее создания потребовалось много энергии и ноу-хау.В этом заключается большая ценность », — говорит Линда Гейнс, физико-химик из Аргонна и главный аналитик ReCell.

Эти методы обработки работают с различными кристаллическими структурами и составами, говорит Гейнс. Но если центр переработки получает поток отходов, который включает в себя многие типы батарей, различные типы катодного материала в конечном итоге попадут в котел для переработки. Это может усложнить попытки выделить различные типы катодных кристаллов. Хотя процессы, разработанные ReCell, позволяют легко отделить никель, марганец и кобальт от других типов ячеек, таких как, например, те, которые используют фосфат лития-железа, им будет трудно разделить два типа, которые оба содержат кобальт и никель, но в разных пропорции.По этой и другим причинам, для аккумуляторов будет крайне важно иметь какой-то стандартизированный штрих-код, который сообщает переработчикам, что находится внутри, говорит Спангенбергер.

Рабочий автомобильной фирмы Renault готовится разобрать аккумулятор. Компания заявляет, что перерабатывает все свои аккумуляторы для электромобилей — на данный момент всего пару сотен в год Фото: Оливье Геррен, Photothèque Veolia

Еще одно потенциальное препятствие заключается в том, что химический состав катодов постоянно развивается.Катоды, которые производители будут использовать через 10–15 лет — в конце жизненного цикла современных автомобилей — вполне могут отличаться от нынешних. Самый эффективный способ получить материалы — это для производителя собрать свои собственные батареи в конце жизненного цикла. И батареи должны разрабатываться с нуля так, чтобы их было легче разбирать, добавляет Гейнс.

Специалист по материалам Эндрю Эбботт из Университета Лестера, Великобритания, утверждает, что переработка будет намного более прибыльной, если она пропускает стадию измельчения и напрямую разбирает клетки.Он и его сотрудники разработали метод разделения катодных материалов с помощью ультразвука ⁷ . Это лучше всего работает в аккумуляторных элементах, которые упакованы плоско, а не свернуты (как обычные «цилиндрические» элементы), и, добавляет Эбботт, может сделать переработанные материалы намного дешевле, чем первичные добытые металлы. Он участвует в правительственной программе Великобритании по исследованию устойчивости батарей под названием ReLiB стоимостью 14 миллионов фунтов стерлингов (19 миллионов долларов США).

Увеличьте объем

Какие бы процессы переработки не стали стандартными, поможет масштабирование.По словам Мелина, хотя в сообщениях СМИ надвигающийся поток разряженных батарей описывается как надвигающийся кризис, аналитики видят в этом большие возможности. Как только у миллионов больших батарей закончится срок службы, появится эффект масштаба, который сделает переработку более эффективной, а экономическое обоснование этого — более привлекательным.

Трубопровод для производства электромобилей на заводе Nio в Хэфэе, Китай Фото: Цилай Шен / Bloomberg / Getty

Аналитики говорят, что пример свинцово-кислотных аккумуляторов — тех, которые запускают бензиновые автомобили — дает повод для оптимизма.Поскольку свинец токсичен, эти батареи классифицируются как опасные отходы и подлежат безопасной утилизации. Но вместо этого была создана эффективная промышленность, в которой их перерабатывают, даже несмотря на то, что свинец дешев. «Более 98% свинцово-кислотных аккумуляторов восстанавливаются и перерабатываются», — говорит Камат. «Ценность свинцово-кислотного аккумулятора даже ниже, чем у литий-ионного аккумулятора. Но из-за объема в любом случае есть смысл утилизировать », — говорит Мелин.

Может пройти некоторое время, прежде чем рынок литий-ионных аккумуляторов достигнет своего полного размера, отчасти потому, что эти аккумуляторы стали исключительно долговечными: нынешние автомобильные аккумуляторы могут прослужить до 20 лет, говорит Камат.В типичном электромобиле, продаваемом сегодня, аккумуляторная батарея переживет автомобиль, в который он был встроен, говорит Мелин.

Это означает, что когда старые электромобили отправляются на металлолом, аккумуляторы часто не выбрасывают и не перерабатывают. Вместо этого их вынимают и повторно используют для менее требовательных приложений, таких как стационарные накопители энергии или приводы лодок. После десяти лет использования автомобильный аккумулятор, такой как Nissan Leaf, который первоначально имел 50 киловатт-часов, потеряет максимум 20% своей емкости.

Еще один майский отчет МЭА, организации, известной своими исторически осторожными прогнозами, включал дорожную карту ⁸ по достижению к середине века чистых нулевых выбросов, которая включает в себя переход на электрический транспорт в качестве краеугольного камня. Уверенность в том, что это достижимо, отражает растущий консенсус среди политиков, исследователей и производителей в отношении того, что проблемы электрификации автомобилей теперь полностью решаемы — и что, если мы хотим иметь хоть какую-то надежду удержать изменение климата на управляемом уровне, нельзя терять время. .

Но некоторые исследователи жалуются, что электромобили, похоже, соответствуют невыполнимым стандартам с точки зрения воздействия их батарей на окружающую среду. «Было бы неудачно и контрпродуктивно отказываться от хорошего решения, настаивая на идеальном решении», — говорит Камат. «Это, конечно, не означает, что мы не должны активно работать над вопросом утилизации батарей».

миллионов аккумуляторов электромобилей выйдут из эксплуатации в следующем десятилетии. Что происходит с ними? | Окружающая среда

В богатых странах ожидается цунами электромобилей, поскольку автомобильные компании и правительства обещают увеличить их количество — по прогнозам, к 2030 году будет 145 метров дорог.Но хотя электромобили могут сыграть важную роль в сокращении выбросов, они также содержат потенциальную экологическую бомбу замедленного действия: их батареи.

По одной оценке, ожидается, что в период до 2030 года будет выведено из эксплуатации более 12 миллионов тонн литий-ионных батарей.

Не только эти батареи требуют большого количества сырья, включая литий, никель и кобальт — добыча которых имеет климатические условия. , воздействие на окружающую среду и права человека — они также угрожают оставить гору электронных отходов, когда достигнут конца своей жизни.

По мере того, как автомобильная промышленность начинает трансформироваться, эксперты говорят, что сейчас самое время спланировать, что произойдет с батареями по окончании их срока службы, чтобы уменьшить зависимость от добычи полезных ископаемых и сохранить материалы в обращении.

Вторая жизнь

Сотни миллионов долларов вкладываются в стартапы и исследовательские центры по переработке отходов, чтобы выяснить, как разобрать разряженные батареи и извлечь ценные металлы в больших масштабах.

Но если мы хотим добиться большего с имеющимися у нас материалами, вторичная переработка не должна быть первым решением, — сказал Джеймс Пеннингтон, возглавляющий программу экономики замкнутого цикла Всемирного экономического форума.«Лучшее, что можно сделать вначале, — это продлить срок эксплуатации оборудования», — сказал он.

«В конце первого использования в электромобилях остается много емкости [батареи], — сказала Джессика Рихтер, изучающая экологическую политику в Университете Лунда. Эти батареи могут больше не работать на транспортных средствах, но они могут иметь вторую жизнь, накапливая избыточную энергию, генерируемую солнечными или ветряными электростанциями.

Несколько компаний проводят испытания. Энергетическая компания Enel Group использует 90 аккумуляторов, снятых с производства автомобилей Nissan Leaf, в хранилище энергии в Мелилье, Испания, которое изолировано от национальной сети Испании.В Великобритании энергетическая компания Powervault в партнерстве с Renault оснастила бытовые системы накопления энергии устаревшими батареями.

Сотрудник устанавливает литий-ионный аккумулятор в систему тестирования в офисе Powervault в Лондоне. Фотография: Саймон Доусон / Bloomberg через Getty Images

Установление потока литий-ионных батарей от первой жизни в электромобилях до второй жизни в стационарных накопителях энергии даст еще один бонус: вытеснение токсичных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Только около 60% свинцово-кислотных аккумуляторов используются в автомобилях, сказал Ричард Фуллер, возглавляющий некоммерческую организацию Pure Earth, еще 20% используются для хранения избыточной солнечной энергии, особенно в африканских странах.

Свинцово-кислотные аккумуляторы обычно служат всего около двух лет в более теплом климате, сказал Фуллер, поскольку из-за тепла они быстрее разлагаются, а это означает, что их нужно часто перерабатывать. Однако в Африке есть несколько предприятий, которые могут безопасно это сделать.

Вместо этого эти батареи часто треснуты и плавятся на заднем дворе. Процесс подвергает переработчиков и их окружение воздействию свинца — мощного нейротоксина, безопасный уровень которого неизвестен и который может повредить развитию мозга у детей.

Литий-ионные батареи могут предложить менее токсичную и долговечную альтернативу для хранения энергии, сказал Фуллер.

Гонка за переработку

«Когда батарея действительно исчерпала свой ресурс, пора утилизировать ее», — сказал Пеннингтон.

Утилизация литий-ионных аккумуляторов имеет большой импульс. В своем отчете о воздействии, опубликованном в августе, Tesla объявила, что начала строительство мощностей по переработке отработанных батарей на своей фабрике Gigafactory в Неваде.

Nearby Redwood Materials, основанная бывшим техническим директором Tesla Дж. Б. Штробелем, которая работает в Карсон-Сити, штат Невада, в июле привлекла более 700 млн долларов и планирует расширить свою деятельность. Завод принимает разряженные батареи, извлекает ценные материалы, такие как медь и кобальт, а затем отправляет очищенные металлы обратно в цепочку поставок аккумуляторов.

Тем не менее, поскольку вторичная переработка становится все более распространенной, серьезные технические проблемы остаются.

Один из них — это сложные конструкции, которые необходимо использовать переработчикам, чтобы добраться до ценных компонентов.Литий-ионные батареи редко разрабатываются с учетом возможности вторичной переработки, сказал Карлтон Камминс, соучредитель Aceleron, британского стартапа по производству аккумуляторов. «Вот почему перерабатывающая компания борется. Они хотят выполнять свою работу, но они знакомятся с продуктом только тогда, когда он достигает их двери ».

Cummins и соучредитель Амрит Чандан устранили один недостаток конструкции: способ соединения компонентов. По словам Камминс, большинство компонентов свариваются друг с другом, что хорошо для электрического соединения, но плохо для вторичной переработки.

Батареи Aceleron соединяют компоненты с помощью зажимов, которые сжимают металлические контакты вместе. Эти соединения можно разжать и снять крепеж, что позволяет полностью разобрать или удалить и заменить отдельные неисправные компоненты.

Более простая разборка также может помочь снизить риски для безопасности. Неправильное обращение с литий-ионными батареями может привести к пожару и взрыву. «Если мы разобьем его на части, я гарантирую, что это никому не повредит», — сказал Камминс.

Изменение системы

Успех не гарантируется, даже если технические проблемы будут решены. История показывает, насколько сложно может быть создание хорошо функционирующих предприятий по переработке вторсырья.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, например, подвергаются частой переработке, отчасти из-за требований законодательства — до 99% свинца в автомобильных аккумуляторах перерабатывается. Но когда они попадают на ненадлежащие предприятия по переработке, у них есть токсичная цена. Отработанные батареи часто попадают в переработчики на заднем дворе , потому что они могут заплатить за них больше, чем официальные переработчики, которым приходится покрывать более высокие эксплуатационные расходы.

Литий-ионные аккумуляторы могут быть менее токсичными, но их все равно придется сдавать на предприятиях, где их можно безопасно переработать. «Продукция имеет тенденцию течь по пути наименьшего сопротивления, поэтому вы должны сделать путь, который проходит по формальным каналам, менее устойчивым», — сказал Пеннингтон.

Законодательство может помочь. В то время как США еще не внедрили федеральную политику, предписывающую утилизацию литий-ионных аккумуляторов, ЕС и Китай уже требуют, чтобы производители аккумуляторов платили за установку систем сбора и переработки.Эти средства могут помочь субсидировать формальных переработчиков, чтобы повысить их конкурентоспособность, сказал Пеннингтон.

В декабре прошлого года ЕС также предложил радикальные изменения в правилах использования батарей, большая часть которых касается литий-ионных батарей. К ним относятся целевые уровни 70% для сбора аккумуляторов, 95% восстановления для кобальта, меди, свинца и никеля и 70% для лития, а также обязательные минимальные уровни переработанного содержимого в новых аккумуляторах к 2030 году — чтобы обеспечить наличие рынков для переработчиков. и защитите их от неустойчивых цен на сырьевые товары или изменения химического состава батарей.

«Они еще не в окончательной форме, но существующие предложения амбициозны», — сказал Рихтер.

Данные также могут помочь. ЕС и Global Battery Alliance (GBA), государственно-частное сотрудничество, работают над версиями цифрового «паспорта» — электронной записи для батареи, которая будет содержать информацию обо всем ее жизненном цикле.

«Мы думаем о QR-коде или устройстве обнаружения [радиочастотной идентификации]», — говорит Торстен Фройнд, возглавляющий инициативу GBA по паспорту батарей.Он может сообщать о состоянии и оставшейся емкости аккумулятора, помогая производителям транспортных средств направлять его для повторного использования или на предприятия по переработке. Данные о материалах могут помочь переработчикам сориентироваться в бесчисленных химических составах литий-ионных батарей. А когда переработка станет более распространенной, в паспорте будет также указано количество переработанного содержимого в новых батареях.

По мере того, как автомобильная промышленность начинает трансформироваться, настало время заняться этими проблемами, сказала Майя Бен Дрор, ведущий специалист по городской мобильности на Всемирном экономическом форуме.По ее словам, вливание денег в сектор дает «возможность гарантировать, что эти инвестиции будут вкладываться в устойчивые новые экосистемы, а не только в новый тип автомобилей».

Также стоит отметить, что экологичный транспорт выходит за рамки электромобилей, — сказал Рихтер. По ее словам, нельзя упускать из виду пешие прогулки, езду на велосипеде или общественный транспорт. «Важно помнить, что мы можем иметь устойчивый продукт в неустойчивой системе».

Что такое твердотельный аккумулятор для электромобиля?

Твердотельный аккумулятор — это перезаряжаемая система хранения энергии, аналогичная по общей структуре и принципам работы более знакомой литий-ионной батарее.Они отличаются тем, что литий-ионный аккумулятор содержит жидкий электролит, а твердотельный аккумулятор — как следует из названия — имеет твердотельный. Это позволяет твердотельным батареям быть легче, иметь большую плотность энергии, обеспечивать больший радиус действия и быстрее заряжаться. Задача сделать твердотельные батареи жизнеспособными — это разработка технологии, обычно используемой в небольших устройствах, и ее применение в крупномасштабных приложениях, таких как электромобили.

Какой тип батареи используется в электромобиле?

Первым серийным электромобилем стал EV1, выпущенный General Motors в 1996 году.Специально созданный электромобиль с нуля, 2-местное купе имело запас хода 78 миль, разгонялся до 50 миль в час за 6,3 секунды и требовал более 5 часов для полной зарядки. Его питал свинцово-кислотный аккумулятор.

Когда всего три года спустя было выпущено второе поколение EV1, его источник питания переключился на никель-металлогидридный аккумулятор, и запас хода увеличился почти вдвое до 142 миль.

Как раз в то время, когда выводился из обращения EV1, Tesla Motors вошла в автомобильную сферу со своим Tesla Roadster, первым серийным электромобилем с аккумуляторной батареей, в котором использовались литий-ионные батареи.Как говорится, остальное уже история.

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионные батареи стали стандартом для питания многих устройств, от бытовой электроники, такой как мобильные телефоны и ноутбуки, до мобильных и транспортных средств, таких как велосипеды и автомобили.

В отличие от свинцово-кислотных и никель-металлогидридных батарей прошлого, литий-ионные батареи сконструированы с жидким электролитом для управления потоком энергии между катодом и анодом.Преимущества литий-ионной батареи включают более длительный срок службы батареи, лучшую производительность при различных температурах, пригодные для повторного использования компоненты и более высокую плотность энергии. Плотность энергии — это количество энергии, которое батарея может хранить на единицу веса. Проще говоря, чем выше плотность, тем выше выходная мощность.

Несмотря на множество преимуществ, у литий-ионных аккумуляторов есть недостатки. Несмотря на то, что он легче, чем старые аккумуляторные батареи, его жидкие внутренние части все же делают ионы лития довольно тяжелыми. Они также лучше работают в штабелируемых упаковках, что увеличивает их вес.Кроме того, электролиты легко воспламеняются, могут быть нестабильными при экстремальных температурах и в случае повреждения или неправильного заряда могут привести к взрывам или пожарам. Нет недостатка в новостях, охватывающих все, от сотовых телефонов до самолетов, которые загорелись из-за проблем с аккумулятором.

Что такое твердотельный аккумулятор и как он работает?

За счет отказа от всплескивающего горючего жидкого электролита твердотельные батареи по умолчанию становятся более стабильными и компактными. Твердый электролит может состоять из любого количества повседневных материалов, таких как керамика и стекло.

Твердотельные батареи уже много лет используются в небольших устройствах, таких как кардиостимуляторы, а также в устройствах RFID и носимых устройствах. Меньшее количество кусочков означает, что меньше вещей может пойти не так. В дополнение к повышенной безопасности, размеру и стабильности твердотельные батареи в электромобилях также будут предлагать более быстрое время зарядки, больший диапазон перемещения и даже большую плотность энергии.

Твердотельные аккумуляторы могут быть заряжены на 80 процентов за 15 минут и меньше нагружаются после нескольких циклов зарядки.Литий-ионный аккумулятор начнет разряжаться и терять емкость после 1000 циклов. С другой стороны, твердотельная батарея сохранит 90 процентов своей емкости после 5000 циклов.

Когда в электромобилях будут использоваться твердотельные батареи?

Несмотря на все преимущества, расширение производства до уровня, необходимого для использования в электромобилях, остается дорогостоящим мероприятием. Помните, что твердотельные батареи славятся умными часами и регулятором сердцебиения.

Затраты на разработку и производственные трудности являются ключевыми недостатками при производстве твердотельных батарей для массовых электромобилей.Но так же, как литий-ионные батареи стали более доступными, идея состоит в том, что и твердотельная версия тоже станет такой же. А автопроизводители вкладывают огромные средства в эту технологию, особенно с учетом стратегии бренда с нулевым уровнем выбросов и линейки автомобилей, предназначенных только для электромобилей.

BMW и Ford инвестируют 130 миллионов долларов в Solid Power, стартап по производству твердотельных батарей в Колорадо. Hyundai вкладывает 100 миллионов долларов в SolidEnergy Systems, дочернюю компанию Массачусетского технологического института.Toyota, которая стала партнером Panasonic, объявила, что в этом году дебютирует прототип внедорожника с твердотельной батареей. Также инвестируют General Motors и Volkswagen.

Краткое описание

Audi, Bentley, Dodge, Jaguar, Jeep, Land Rover, Lotus, Mazda, MINI, Nissan, Volvo — практически каждый автопроизводитель от A до V обнародовал свои планы электрификации и целевые даты по нулевым выбросам. Некоторые пошли еще дальше и объявили, что бензиновые и дизельные двигатели выйдут из своих модификаций к 2050 году.

Но электромобили должны быть прибыльными для автопроизводителей, доступными для потребителей и полностью заменять автомобили, оснащенные двигателем внутреннего сгорания (ДВС), за фунт за фунт. Тем не менее, даже с большим количеством вариантов электромобилей, чем когда-либо, автомобили с бензиновым двигателем продолжают доминировать на рынке. В конце концов, ископаемое топливо дешево, выбор транспортных средств по-прежнему велик, а дозаправка занимает считанные минуты.

Тем не менее, привлекательность твердотельных батарей не вызывает сомнений, и их потенциал может заставить автопроизводителей сдержать свои производственные обещания.Электромобили уже соответствуют или превосходят своих коллег с ДВС в конструкторском отделе. Избавьтесь от беспокойства по поводу дальности действия, обеспечьте паритет цен и предложите привлекательную производительность, и, возможно, потребители искренне будут покупать электромобили в будущем.

Explainer: Являются ли литий-ионные батареи в электромобилях опасностью пожара?

23 августа (Рейтер) — General Motors Co (GM.N) расширила отзыв своих электромобилей Chevrolet Bolt из-за риска возгорания от литий-ионных аккумуляторов карманного типа, произведенных южнокорейской LG.подробнее

Отзыв, второй по значимости, касается аккумуляторов производства LG Chem (051910.KS), аккумуляторный блок LG Energy Solution (LGES) подчеркивает проблемы, с которыми сталкиваются производители аккумуляторов при создании стабильного продукта для питания электромобилей. подробнее

КАК РАБОТАЕТ ЛИТИЙ-ИОННАЯ БАТАРЕЯ?

Ячейки бывают разных форм и размеров, но в большинстве из них есть три основных элемента: электроды, электролит и сепаратор.

Электроды накапливают литий. Электролит переносит ионы лития между электродами.Сепаратор предотвращает соприкосновение положительного электрода с отрицательным электродом.

Энергия в форме электричества разряжается из аккумуляторного элемента, когда ионы лития текут от отрицательного электрода или анода к положительному электроду или катоду. Когда элемент заряжается, эти ионы текут в противоположном направлении, от катода к аноду.

ПОЧЕМУ ЛИО-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ПРЕДСТАВЛЯЮТ ОПАСНОСТЬ ПОЖАРА?

Литий-ионные батареи, независимо от того, используются ли они в автомобилях или электронных устройствах, могут загореться, если они были изготовлены ненадлежащим образом или повреждены, или если программное обеспечение, управляющее батареей, неправильно спроектировано.

Основным недостатком литий-ионных аккумуляторов в электромобилях является использование органических жидких электролитов, которые являются летучими и легковоспламеняющимися при работе при высоких температурах. Внешняя сила, такая как авария, также может привести к утечке химикатов.

«Для пожаров электромобилей всегда было очень трудно определить точную первопричину пожара, потому что чрезвычайно сложно« воспроизвести »пожар в тех же условиях», — сказал Ким Пил Су, автомобильный инженер. профессор Университета Даэлим.

Кроме того, власти, производители автомобилей и производители аккумуляторов часто не раскрывают точный уровень риска для безопасности.

ЧТО ВЫЗЫВАЛО ПОЖАРЫ БОЛТОВ И КОНАС?

В феврале министерство транспорта Южной Кореи заявило, что некоторые дефекты были обнаружены в некоторых аккумуляторных элементах, производимых на заводе LGES в Китае и используемых в электромобилях Hyundai Motor, включая Kona EV. Отзыв Hyundai стоил около 1 триллиона вон (854 миллиона долларов).

GM заявила, что батареи, поставляемые LG для Bolt EV и Bolt EUV, могут иметь два производственных дефекта — оторванный анодный язычок и сложенный разделитель — присутствующие в одном и том же аккумуляторном элементе, что увеличивает риск возгорания.

Для справки о крупных пожарах аккумуляторной батареи:

БАТАРЕИ КАРМАННОГО ТИПА БОЛЕЕ УЯЗВИМЫ?

Все три типа литий-ионных аккумуляторов, используемых в настоящее время в электромобилях — цилиндрические, призматические и карманные — в основном одинаковы по функциональности, но у каждого есть свои плюсы и минусы.

Цилиндрические и призматические батареи имеют корпус из твердых материалов. В мешочках используется запаянная гибкая пленка и они защищены тонкими металлическими мешками.

Технология, используемая в цилиндрических батареях, устарела и дает стабильные результаты.Эти ячейки могут выдерживать высокое внутреннее давление без деформации. Кроме того, они дешевле, что делает их идеальными для массового производства. Но они тяжелее, и их форма не позволяет элементам упаковываться так же плотно, как и батареи других форм. Tesla Inc (TSLA.O) в основном использует цилиндрические батареи, некоторые из которых поставляются LGES.

Призматические батареи считаются более безопасными и легкими, чем цилиндрические элементы, и, поскольку они имеют прямоугольную форму, их можно упаковать более плотно. Они оптимизируют пространство лучше, чем цилиндрические элементы, но, как правило, дороже и имеют более короткий жизненный цикл.Также они могут набухать.

По сравнению с цилиндрическими и призматическими элементами, аккумуляторные элементы карманного типа позволяют изготавливать более легкие и тонкие элементы, а также гибкость конструкции для различных емкостей и требований к пространству для различных моделей автомобилей. Однако они уязвимы для вздутия и более уязвимы при авариях, что создает большую опасность пожара.

GM и Hyundai Motor используют карманные аккумуляторные элементы от LG Energy Solution (ранее LG Chem). Ранее в этом году Volkswagen заявила, что откажется от аккумуляторных батарей LG и SK Innovation Co Ltd (096770.KS) на призматическую технику. читать дальше

ЕСТЬ ДРУГИЕ РЕШЕНИЯ?

Такие компании, как китайская BYD Co (002594.SZ), производят аккумуляторные элементы для электромобилей, в которых используются катоды из фосфата лития и железа, которые менее склонны к возгоранию, но не способны накапливать столько энергии, как стандартные элементы с никель-кобальт-марганцевыми катодами. .

Другие компании, включая GM, тестируют различные химические соединения, такие как никель-кобальт-марганец-алюминий (NCMA), в которых используется меньше кобальта, что делает элементы более стабильными и дешевыми.

Китайский производитель аккумуляторов CATL (300750.SZ) представил в прошлом месяце натриево-ионный аккумулятор, не содержащий лития, кобальта или никеля. подробнее

Ряд компаний, включая Toyota Motor Corp (7203.T), также разрабатывают аккумуляторные элементы с твердотельными электролитами, которые могут минимизировать проблемы перегрева и риски возгорания, но коммерциализация может занять еще три-пять лет.

(1 доллар = 1170,5800 вон)

Отчетность Хикён Янга в Сеуле; Написано Саятани Гошем; Редакция Дэвида Холмса

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

Как долго должен работать аккумулятор электромобиля?

Это самый важный и дорогой компонент автомобиля. К счастью, он должен уметь преодолевать дистанцию.

Во многих отношениях электромобиль механически проще, чем автомобиль с традиционным приводом. В электродвигателе гораздо меньше движущихся частей, чем в бензиновом двигателе, электромобиль использует только односкоростную трансмиссию, а электромобили избегают более двух десятков обычных автомобильных компонентов, которые в конечном итоге выйдут из строя и потребуют замены.

Еще одна проблема, которая продолжает подниматься в опросах потребителей, связана с временем автономной работы электромобиля. В недавнем исследовании, проведенном Cox Automotive, 46 процентов тех, кто рассматривает электромобиль, опасаются, что аккумуляторной батареи хватит только на 65 000 миль или меньше. Безусловно, замена аккумулятора электромобиля — дорогое удовольствие. Например, новая аккумуляторная батарея для Chevrolet Bolt EV, как сообщается, стоит намного выше 15 000 долларов, и это без учета затрат на рабочую силу.

Однако, хотя аккумуляторная батарея электромобиля в конечном итоге потеряет способность удерживать полный заряд, будьте уверены, что он вряд ли выйдет из строя полностью, а скорее со временем потеряет свою емкость. При этом мы еще не видели сообщений о том, что старые автомобили с аккумуляторным приводом направляются на свалку из-за того, что их элементы питания были разряжены. Nissan сообщает, что в Leaf EV пришлось заменить лишь небольшую часть батарей, несмотря на то, что за последние восемь лет производства было продано много тысяч единиц.

Основные сведения об аккумуляторах

Литий-ионные аккумуляторные батареи, используемые в электромобилях, аналогичны тем, которые используются в сотовых телефонах и портативных компьютерах, только они намного больше. Они сильно отличаются от тяжелых свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в обычных автомобилях, и имеют более высокую плотность энергии, чем аккумуляторные никель-металлогидридные батареи. Они также менее подвержены, чем батареи других типов, терять заряд, когда ими не пользуются. Аккумуляторные батареи электромобилей обычно содержат серию соединенных отдельных ячеек, возможно, несколько сотен из них в зависимости от модели, вместо одного массивного блока.

Емкость аккумулятора электромобиля выражается в киловатт-часах, что сокращенно обозначается как кВтч. Здесь лучше больше. Выбор электромобиля с более высоким рейтингом кВтч похож на покупку автомобиля с большим бензобаком, так как вы сможете проехать больше миль, прежде чем вам понадобится «заправка». При этом имейте в виду, что система управления электромобилем предотвращает то, что аккумулятор полностью заряжен или полностью разряжен, чтобы сохранить его эффективность и продлить срок его службы.

Агентство по охране окружающей среды оценивает электромобили в соответствии с их энергоэффективностью и оценивает средний рабочий диапазон каждой модели при полной зарядке. Однако, как говорится, ваш пробег может отличаться. Если вы владеете электромобилем и обнаруживаете, что далеко не приближаетесь к расчетному диапазону, это не обязательно означает, что аккумуляторная батарея автомобиля серьезно разряжена.

Во-первых, езда на более высоких постоянных скоростях будет потреблять больше энергии аккумулятора, чем при постоянных остановках в городе.Это противоречит интуиции для многих людей, поскольку это противоположно тому, как работает автомобиль с газовым двигателем, который расходует меньше топлива при движении по шоссе, чем в движении. Кроме того, требуется больше мощности, чтобы привести в движение автомобиль, полностью загруженный пассажирами и грузом, чем автомобиль, в котором находится только водитель.

Важно отметить, что экстремальные температуры, особенно сильный мороз, могут снизить как производительность аккумулятора, так и его способность принимать заряд. Использование обогревателя или кондиционера также потребляет больше энергии аккумулятора, чем обычно.Исследование, проведенное AAA, показало, что когда температура окружающей среды опускается до или ниже 20 ° F и используется обогреватель транспортного средства, средний рабочий диапазон электромобиля уменьшается на 41 процент. Когда температура ртути достигает 95 ° F и используется кондиционер, владелец может ожидать, что диапазон снизится в среднем на 17 процентов.

Срок службы батареи

Хотя некоторые покупатели электромобилей берут расширенные гарантии, чтобы избавиться от опасений по поводу чрезмерного разряда батареи, в этом нет особой необходимости.При этом на аккумуляторы всех электромобилей, продаваемых в США, распространяется гарантия не менее 8 лет или 100000 миль. Kia покрывает аккумуляторные батареи в своих электромобилях в течение 10 лет / 100 000 миль, в то время как Hyundai идет еще дальше, увеличивая срок действия гарантии.

Однако имейте в виду, что некоторые автопроизводители закрывают аккумуляторную батарею только от полной потери ее способности удерживать заряд, что бывает крайне редко. Другие, включая BMW, Chevrolet, Nissan, Tesla (Model 3) и Volkswagen, заменят пакет, если он упадет до указанного процента мощности во время действия гарантии, которая обычно составляет 60-70 процентов.

Но сколько времени пройдет, прежде чем электромобиль потеряет способность удерживать полный заряд? Как упоминалось выше, хотя аккумуляторная батарея электромобиля имеет тенденцию к незначительному ухудшению с каждым циклом зарядки и разрядки, это чрезвычайно постепенный процесс. Например, согласно данным, собранным организацией Plug In America, аккумуляторная батарея в Tesla Model S потеряет только около пяти процентов своей первоначальной емкости за первые 50000 миль, а затем скорость истощения фактически замедлится.В недавнем обсуждении Tesla на Reddit большинство владельцев Model S сообщили о потере лишь нескольких процентных пунктов первоначальной емкости аккумулятора автомобиля после нескольких лет использования.

С другой стороны, можно ожидать, что электромобили, эксплуатируемые в самых жарких климатических условиях, будут терять емкость аккумулятора немного быстрее, чем автомобили, живущие в более умеренных регионах. Сильная жара — враг литий-ионной химии, поэтому многие электромобили поставляются с аккумуляторными батареями с жидкостным охлаждением. Кроме того, старые электромобили с относительно коротким рабочим диапазоном могут быстрее изнашиваться.Это связано с тем, что регулярная разрядка большей части или всего заряда аккумулятора имеет тенденцию со временем сокращать его емкость быстрее. Это гораздо менее серьезная проблема для сегодняшних моделей с увеличенным радиусом действия, которые обычно используют небольшую часть своей доступной мощности ежедневно и просто «дозаправляются» ночью.

Чрезмерное использование общедоступных станций быстрой зарядки постоянного тока уровня 3 (они могут довести электромобиль до 80 процентов его емкости всего за 30 минут) также может сказаться на долговременной работе аккумулятора.Это потому, что чем быстрее заряжается электромобиль, тем он горячее, и, опять же, это не очень удобно для аккумулятора. Однако исследование, проведенное Национальной лабораторией Айдахо, показало, что эффект не особенно выражен. INL протестировал две пары идентичных моделей Nissan Leaf 2012 года выпуска, в одном из которых использовалась бытовая зарядка уровня 2 на 240 В, а в другом — исключительно общественные устройства с быстрой зарядкой постоянного тока. После того, как каждый из них проехал 50 000 миль, разница между уменьшенной емкостью аккумуляторной батареи автомобилей 2-го и 3-го уровней составила всего четыре процента.

Суть в том, что при правильном уходе аккумулятор электромобиля должен прослужить более 100 000 миль, прежде чем его запас хода станет ограниченным. Consumer Reports оценивает средний срок службы аккумуляторной батареи электромобиля примерно в 200 000 миль, что составляет почти 17 лет использования при проезде 12 000 миль в год.

Заглядывая в будущее, Tesla заявляет, что работает над технологией, которая позволила бы батареям ее электромобилей прослужить до миллиона миль, что, вероятно, больше, чем может выдержать остальная часть автомобиля.Теперь это компонент на весь срок службы автомобиля.

.