Опасны ли литий-ионные аккумуляторы?
Средства массовой информации в последнее время стали частенько публиковать статьи, главной темой в которых выявлялись литий-ионные аккумуляторы, а точнее факт о их возгораемости. Где-то в самолете взорвалась пара наушников, где-то воспламенились ховерборды. Но самой громкой новостью была взрывающиеся Galaxy Note 7 от Samsung.
Нельзя упрекнуть разработчиков в их некомпетентности, даже ученые-ракетостроители сталкиваются с проблемами во время работы с литий-ионными батареями.
По своей природе подобные батареи опасны. Единственное, что предотвращает электроды от замыкания, это тонкая и пористая пластинка из полипропилена. В том случаи, когда разделитель каким-то образом повреждается, электроды соприкасаются и происходит мгновенное нагревание. Батарея заполнена легковоспламеняющимся электролитом, который начинает гореть при повышении его температуры. Наличие кислорода или воды усиливает реакцию.
Возникает логический вопрос: зачем использовать столь опасный продукт? Дело в том, что литий-ионные батареи чрезвычайно эффективны. Они содержат большое количество энергии в компактном корпусе, что делает их идеальным источником питания для различных электронных устройств. Кроме того, технология появилась довольно давно.
Впервые батареи были использованы в Sony Handycam четверть века назад, и сейчас существует десяток компаний по всему миру, занимающихся выпуском литий-ионных аккумуляторов. Пока ни один производитель не может обойтись без данного элемента в процессе проектировки и выпуска продукции, будь то фитнес-трекер либо самолет.
Но со временем любая технология становится волитальной. Это касается и литий-ионных батарей. Потребитель требует, чтобы батареи были мощнее, тоньше и дешевле. Это, как правило, приводит к одному – взрыву электронного устройства. И факторов для этого предостаточно.
Производственные недостатки
В первую очередь взрывоопасность батареи зависит от ошибок во время ее создания. Как показала история с Samsung Galaxy Note 7, определить конкретную проблему не так просто. Расследование показало, что причиной опасной ситуации стало недостаточное расстояние между защитной пленкой и электродами. Чрезмерное сжатие некоторых батарей привело к изогнутости электродов и их последующему соприкосновению.
Корейской компании пришлось отзывать большие партии устройств и заменить их на девайсы с более безопасными аккумуляторами внутри от другого производителя комплектующих. Однако и те экземпляры имели проблемы. Одни не были хорошо изолированы, другие имели зубчатые края, что повреждало защитные разделители. Это также приводило к коротким замыканиям.
Большинство современных гаджетов проектируются весьма тонкими и легкими. Даже самую хорошо сконструированную батарею можно повредить, поместив габаритный элемент в маленький корпус, например, высокопроизводительную камеру. Давление от оборудования, размещенного вокруг батареи, может привести к повреждению электродов или сепаратора. Недостаточная вентиляция и неправильное тепловое управление могут стать причиной нагрева электролита внутри аккумулятора. При повышенной температуре химическая реакция ускоряется, что сильно усложняет ситуацию. Это часто заканчивается взрывом и возгоранием, особенно когда в реакцию вступает кислород.
Неправильные действия пользователей
Допустим, что производитель создал действительно безопасное устройство. Однако в процессе эксплуатации оно все равно будет подвергаться износу, и батарея, как самый неустойчивый элемент конструкции, может повредиться. Первым признаком неисправности аккумулятора является его выпуклость. Набухание создает давление на корпус, что может привести к проколу и пожару. Много современных смартфонов производятся с несъемной батареей, что усложняет процесс эксплуатации. Если возникли какие-то необъяснимые изменения формы электронного устройства или оно чрезвычайно нагревается, то лучше отнести его в сервис на диагностику.
Проблемы с зарядным устройством
Прежде чем покупать зарядное устройство от неизвестного производителя, стоит подумать дважды. Есть причина тому, что они так дешево стоят – экономия производителей на материалах. Неправильно созданная система управления питанием — другая причина не покупать подобные зарядные устройства. Она может как поразить током пользователя, так и повредить электронику.
Высокая конкуренция в отрасли
Даже самая малая экономия на отдельном аккумуляторе сулит большую прибыль компании. Как результат большинство производителей аккумуляторов срезают углы, чтобы рациональнее расходовать ячейки. Материалы могут иметь недостатки, что может стать причиной повреждения и без того тонкого сепаратора. Еще компании могут сэкономить несколько долларов, используя недостаточную изоляцию или пренебрегая контролем качества. Вероятнее всего, опасные ситуации возникали по этим причинам.
Первые модели аккумуляторов были весьма дорогими, однако их популярность породила подделки с более доступными ценами и дешевыми комплектующими. Краудфандинг и доступные компоненты демократизировали индустрию потребительской электроники, но это экономия зачастую происходит за счет безопасности.и все начнется сначала.
Источник
Литиевые батареи угрожают экологической катастрофой
Современный мир стремится к интеллектуальной технике, комфорту, экономии и, если говорить проще, — глобальному прогрессу.
Одним из главных направлений в развитии существующих технологий выступает сфера автомобилестроения, где наблюдается постепенный переход от двигателей внутреннего сгорания к электрическим. Но так ли это безопасно и прогрессивно, как нам представляют компании, занимающиеся подобной «реструктуризацией»?
Вследствие спроса на экологически чистые автомобили, не требующие использования горючих жидкостей для езды, увеличилось и производство АКБ для них. Как известно, энергоноситель такого авто — Li-Ion аккумулятор, не имеющий пока что аналогов по характеристикам энергоёмкости и циклам заряда-разряда. Но все качественные показатели литиевой батареи с лихвой перекрываются существенным минусом использования — проблемой утилизации отработавших свой срок энергоэлементов.
Их с каждым днём всё больше, а что с ними делать — никто не знает.
Литиевая батарея, в особенности электромобильная, содержит в себе чрезвычайно много вредных и опасных веществ, которые просто выбросить не получиться. Учитывая то, что рынок электрокаров уже относительно давно предлагает потребителю свою продукцию, можно сказать, что через несколько лет человечество столкнётся с огромными трудностями по утилизации исчерпавших ресурс аккумуляторов. Чтобы не случился мировой экологический коллапс, учёные Бирмингемского университета стараются привлечь внимание не только производителей электрокаров, но и правительства многих стран к вопросам переработки АКБ, на которых нужно сконцентрироваться как можно быстрей. Сотрудники университета провели исследование, результаты которого неутешительны.
Если брать в расчёт только 2017 год, когда стал наблюдаться резкий скачок интересов к электромобилям, то можно увидеть следующее: количество проданных автомобилей перевалило за миллион, а это значит, что к концу эксплуатации реализованные авто создадут более 250 тысяч тонн вредных отходов из АКБ. Положение осложняется ещё и отсутствием универсальных методов утилизации элементов питания из-за того, что нет единых стандартов производства и норм использования химически вредных и опасных веществ. А спрос на бесшумный и электрифицированный транспорт продолжает расти.
По словам исследователей, если от общего количества всего автотранспорта на планете электромобили составят 2 %, они смогут опоясать планету, так как их будет около 140 млн. Случится это ориентировочно к 2040 году. И сложно даже представить, сколько опасных химикатов, вредных металлов, других агрессивных веществ в них будет находиться. Учитывая то, что срок службы среднестатистического литиевого накопителя примерно 5-8 лет или 800-1000 циклов зарядки-разрядки, то задумываться о том, как поступать с использованными элементами, нужно уже сейчас, не откладывая даже на завтра.
Если человечество не сможет придумать действенных промышленных способов переработки батарей, то его ждёт катастрофа! Во-первых, при сохранении существующих темпов увеличения спроса на электрокары, только в одной Великобритании нужно будет построить восемь огромных фабрик для выпуска АКБ, во-вторых, нагрузка, которую будут испытывать полигоны для ТБО, станет непомерной.
Для того, чтобы успешно противостоять надвигающейся угрозе, производителям в срочном порядке необходимо пересмотреть как зарядный цикл, так и методы производства Li-Ion аккумуляторов. По мнению учёных, на первых этапах достаточно будет привести к единому исполнению всю аккумуляторную промышленность — усовершенствовать дизайн, обозначить нормы качества и стандарты безопасности, облегчить переработку вследствие упрощения конструкции, грамотного использования электродных материалов и других факторов. Такой подход позволит сделать утилизацию отслуживших элементов питания дешевле, удобней и гораздо безопасней для окружающей среды.
На реализацию планов по сохранению надлежащей экологической обстановки на самом деле осталось не так уж и много времени, поэтому не только к прогрессу нужно стремиться. Нельзя забывать о том, что все достижения человечества будут бесполезны в мире, где среда обитания не позволит полноценно существовать живым организмам из-за усиленного загрязнения.
Рано или поздно, но природа перестанет прощать нам грубые ошибки
Источник
Вред литиевых аккумуляторов
Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.
Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы. На самом деле все не так идеально, как хотелось бы. Вред от производства литиевых аккумуляторов для одного электрокара, в соответствии некоторым исследованиям, сопоставим с тем, что выбрасывает в атмосферу обычный автомобиль на двигателе внутреннего сгорания в течение нескольких лет. Не в последнюю очередь это связано с тем, насколько много элементов питания используется в автомобиле.
Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.
Как аккумуляторы влияют на окружающую среду
Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов. К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.
Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.
Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.
Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым. Тем не менее, даже при таком раскладе электромобиль будет по меньшей мере вдвое экологичнее. Это не в последнюю очередь связано с низким КПД двигателей внутреннего сгорания, который даже не достигает и 50%. Хотя, и у электрокаров КПД не идеальный, плюс аккумулятор подвержен саморазряду даже при отсутсвии нагрузки. Это как бензобак, который немного протекает. Энергетическая отрасль претерпевает серьезное развитие и все больший процент энергии вырабатывается за счет возобновляемых источников (солнце, ветер и вода). Вместе с этим, соответственно, снижается косвенный вред от эксплуатации аккумуляторов.
Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.
Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека. Существует множество случаев самовозгорания аккумуляторов, которые могут привести к пожару. Чаще всего воспламенение связано с резким повышением температуры из-за замыкания электродов. К сожалению, далеко не всегда замыкание происходит из-за физического воздействия на аккумулятор. Причиной тому может стать техническая недоработка (многим известен случай массового возгорания смартфонов Samsung Galaxy Note 7) или сложные внутренние процессы в ходе старения.
Что мы можем сделать
Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.
Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.
Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.
Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.
Источник