Материалы для производства аккумуляторов электромобилей

Гонка за созданием лучшие батареи для электромобиля

Ученый из UCL (Университетский колледж Лондона) Дан Бретт занимается передовыми технологиями электромобилестрояния. Для него не так интересен внешний вид электрокара, как то, что находится внутри него — литий-ионная батарея.

Электрические транспортные средства, такие как Tesla, зависят от батарей. Обычные автопроизводители, переводящие свои производственные линии с двигателей внутреннего сгорания на электрические трансмиссии, используют литий-ионную технологию благодаря ее доступности.

Будущее аккумуляторов

МЭА предсказывает новый стремительный рост производства аккумуляторов, вызванного бурным ростом индустрии электромобилей, который к 2030 году должен достичь 125 миллионов автомобилей во всем мире.

Бретт утверждает, что такие батареи не являются идеальными для всех легковых и грузовых автомобилей. «Для автомобилей небольшого размера — они дают нормальный запас хода . но если вы используете грузовой автомобиль, я думаю, что эта батарея подведет вас», — говорит он.

Хотя литий-ионные батареи будут играть важную роль в будущем автомобильной промышленности, проблемы с небольшим запасом хода, безопасностью и долговечностью означают, что ученые вынуждены искать альтернативный аккумулятор для электромобилей будущего.

В сентябре Институт Фарадея, финансируемый правительством Великобритании исследовательский центр в Харвелле, объявил о выделении 55 миллионов фунтов стерлингов на проекты в области аккумуляторных батарей в попытке создать технологию, которая может лечь в основу нового электромобиля. Инвестиции направлены в консорциум пяти университетов в Шеффилде, Бате, Оксфорде, Лондоне и Сент-Эндрюсе.

«Мы работаем над всем, от материалов и химии до производства», — говорит Нил Моррис, исполнительный директор Института Фарадея. «Я уверен, что мы сможем сделать прорывы, которые снизят стоимость и улучшат производительность батарей».

В UCL, где Бретт возглавляет инновационные разработки, проводится тестирование множества аккумуляторов. Одним из новых фаворитов являются твердотельные батареи. Эта технология включает замену жидкой ключевой части батареи, известной как электролит, на твердое вещество.

В литий-ионных батареях жидкий раствор лития используется в качестве электролита, но использование жидкости увеличивает риск воспламенения. Заменив его твердым материалом, таким как керамика или стекло, можно избежать пожара, в то время как аккумулятор заряжается быстрее.

Эта технология привлекла внимание такой компании, как Dyson, которая, несмотря на отказ от своего проекта электромобиля, продолжит вкладывать не менее 1 млрд фунтов стерлингов в исследования твердотельных аккумуляторов в своем кампусе в Малмсбери.

У твердотельных батарей существуют нерешенные проблемы. Еще не найден подходящий проводник, который может эффективно заменить жидкий электролит. «Твердотельная батарея действительно безопасна, но она и действительно дорога, поэтому, вероятно, она не появится но рынке в течение некоторого времени», — говорит Бретт.

Но не все упирается в твердотельную батарею. Университеты, такие как UCL, также рассматривают другие технологии, такие как натриевые и литий-серные батареи. Натриевые батареи представляют особый интерес для исследователей, так как изобилие натрия по сравнению с литием во всем мире означает, что батареи потенциально могут быть дешевле.

По словам профессора Пола Шеринга из химико-технологического отдела Калифорнийского университета, концентрация металла в таких местах, как Южная Америка, может привести к дефициту лития, но доступность натрия означает, что существует решение проблемы с истощением ресурсов.

Вивас Кумар из компании Benchmark Mineral Intelligence говорит, что автомобилестроительные компании исследуют аккумуляторные технологии, которые могут иметь серьезные преимущества.

Кобальт, основной элемент современных батарей, является дорогим металлом, который часто поставляется из опасных шахт в Демократической Республике Конго.

Уменьшение количества кобальта в аккумуляторах с никелем может дать тройную выгоду: экономическая эффективность, повышение плотности энергии, уход от проблем с добычей кобальта.

«Причина проста: когда у вас катод с более высоким содержанием никеля, плотность энергии выше. Большая плотность энергии имеет значение, потому что с одним и тем же аккумулятором вы можете ездить дольше», — говорит Кумар.

Однако путь к промышленному производству многих из этих технологий может быть долгим. Например коммерциализация литий-ионных аккумуляторов происходила в течение длительного периода времени, которую возглавили японские фирмы Panasonic и Asahi Kasei.

«Литий-ионный аккумулятор является фантастической технологией, которая достигла повсеместного применения, но потребовалось некоторое время, чтобы она закрепилась», — говорит Ширинг.

Некоторых компании имеют проблемы на этапе коммерциализации новых технологий. Компания FTSE 100 Джонсона Матти сделала крупнейшие инвестиции в разработку «усиленного литий-никелевого оксида» — или eLNO — материала, используемого для изготовления аккумуляторного катода. Это основной ограничивающий фактор в работе батареи.

Исполнительный директор Роберт Маклеод говорит, что хоть катод лишь малая часть аккумулятора, но она составляет 40% его стоимости. Поскольку на долю аккумуляторов приходится четверть стоимости электромобиля, становится очевидным, что, если у Джонсона Мэтти все выйдет — победит его технология.

Дополнительной проблемой, стоящей перед новой аккумуляторной технологией, является разработка гигафабрики. Общие производственные мощности литий-ионных аккумуляторов должны достичь 1211 ГВт*ч к 2025 году.

Быстрое увеличение емкости уже привело к падению цен на литий-ионные аккумуляторы на 85% в период между 2010 и 2018 годами, что означает, что покупатели аккумуляторов могут посчитать более удобным с экономической точки зрения выбор литий-ионных аккумуляторов по сравнению с аккумуляторами других производителей.

В конечном счете, такие исследователи, как Ширинг, полагают, что спрос на новые типы батарей будет создаваться разнообразным использованием батарей в автомобильной промышленности. опубликовано econet.ru по материалам telegraph.co.uk

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Из чего делают аккумуляторы для электромобилей

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:

• более высокое напряжение;
• повышенная плотность накопленной энергии;
• минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
• отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
• срок эксплуатации до 10 лет.

Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

1. Проверка правильности крепления нового источника питания.
2. Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
3. При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

Источник