Перспективы литий ионных аккумуляторов

Публикации: Научно-популярные статьи

Перспективы Li-ion аккумуляторов

Автор(ы): Е. В. Антипов

09 октября 2019

Химик Евгений Антипов о различных типах аккумуляторов, использовании неустойчивых материалов и электромобилях

Когда возникли литий-ионные аккумуляторы? Какова история развития рынка их использования? Какими были проблемы первых Li-ion аккумуляторов? И каковы перспективы развития этой технологии? Об этом рассказывает доктор химических наук Евгений Антипов.

Аккумулятор — это устройство, преобразующее энергию химической реакции в электрическую, с помощью которой совершается полезная работа. Сегодня, когда остро стоит вопрос о конечной исчерпаемости ископаемых источников энергии, развиваются способы ее генерации с помощью солнечной, ветровой и любой альтернативной энергетики, и в силу цикличности работы этих устройств, генерирующих энергию, встает проблема необходимости создания запасов энергии, чтобы использовать ее в нужный момент. С другой стороны, важными являются вопросы экологии и существенное продвижение в решении проблем в этой области, например возможность перевода в далекой перспективе всего вида транспорта на электрическую энергию. В этом случае аккумуляторы и топливные элементы будут играть очень важную роль.

Материалы, на основе которых делались первые типы литий-ионных аккумуляторов, обладали очень низкой устойчивостью. Они могли при определенных условиях взорваться, так как в них накапливалось достаточно много энергии, а катодные материалы, которые использовались в этих аккумуляторах, при определенном протекании процесса становились крайне неустойчивыми и выделяли кислород. При перезаряде, когда в устройство вкачивали слишком много энергии, происходило окисление с пламенем и взрывом органического электролита. Работая в Америке, Джон Гуденаф открыл новое соединение, которое может применяться в литий-ионных аккумуляторах для быстрого аккумулирования генерации энергии при обратном процессе. Это материал на основе литий-железо-фосфата (LiFePO ₄ ), который, в отличие от LiCoO ₂ , не содержит ядовитых элементов (кобальт — ядовитый элемент). Кобальт также дорогой элемент по сравнению с железом. Но, самое главное, новый материал является безопасным.

Величина удельной энергии на единицу массы для современных Li-ion аккумуляторов составляет порядка 200 Вт·ч/кг, а, например, для свинцово-кислотных аккумуляторов — порядка 30 Вт·ч/кг. В 2011 году стали производиться и вышли на рынок электромобили Nissan LEAF, которые обеспечивают порядка 150 км пробега и имеют аккумуляторы массой 300 кг с удельной энергией 80 Вт·ч/кг. Если на смену этим аккумуляторам придут новые, с удельной энергией в 200 Вт·ч/кг, то пробег увеличится со 150 км до 400.

Источник

Есть ли у России перспективы на рынке литий-ионных накопителей

© Фото из открытых источников

По последним данным мировой рынок накопителей энергии в процентном соотношении формируют следующие сегменты:

• аккумуляторные батареи для электротранспорта — более 30%;
• аккумуляторы для ДВС — 21%;
• генераторы электроэнергии для солнечных и ветряных станций — 17%;
• накопители, используемые в промышленности — 13%;
• аккумуляторы для портативной электроники — 13%.

Российский производитель литий-ионных аккумуляторов на мировом рынке занимает далеко не лидирующие позиции, несмотря на достаточно серьезный потенциал мощностей — 0, 15 ГВт/ч в год. Для сравнения, по данным на 2019 г. мировые мощности составили 241 ГВт/ч, а по прогнозам экспертов к 2023 году ожидается их повышение до 638 ГВт/ч.

Главная причина проблемы недозагруженности отечественных мощностей в том, что на глобальном рынке Li-ion-аккумуляторов и электромобилей российские производители выступают не в качестве изготовителей готовой продукции, а как поставщики сырья с добавленной стоимостью не выше 5%. Еще один фактор, который существенно усугубляет проблему, — неопределенность правительства в плане развития внутреннего рынка литий-ионных батарей. Отсутствие государственной стратегии препятствует повышению конкуренстноспособности отечественного производителя и осложняет процесс формирования технологических лидеров.

Несмотря на это, компания «Лиотех» демонстрирует значительные успехи в своей отрасли. Это единственное российское предприятие, которое способно выпускать Li-ion-аккумуляторы крупными сериями. Продукция завода отвечает всем мировым стандартам и способна составить конкуренцию зарубежным аналогам как по качеству, так и по цене. «Лиотех» тесно сотрудничает с троллейбусным заводом «Тролза». Компания снабжает его аккумуляторами для современного городского электротранспорта с функцией временного автономного хода. Кроме этого, «Лиотех» активно поставляет свою продукцию на рынок солнечных и гибридных электростанций.

Пример успеха Li-ion-аккумуляторов «Лиотех» показывает, что российские производители могут конкурировать с мировыми компаниями-изготовителями энергонакопителей даже при отсутствии системного стратегического подхода государства к развитию отрасли. Однако для увеличения доли России в производстве накопителей энергии правительству все же стоит выработать стратегию, решительно используя при этом такие неоспоримые преимущества:

• внутренний рынок автомобилестроения, который составляет 2% от глобального;
• доступная и разнообразная база ресурсов;
• мировой тренд на субсидирование экономики низкоуглеродных источников энергии;
• глобальный протекционизм развития электротранспорта.

Читайте также.

• Компания «АКОМ» приступила к производству новых автомобильных аккумуляторных батарей
• Предприятие ОЭЗ «Технополис «Москва» поставило в Турцию литий-ионные аккумуляторы
• Топливная компания ТВЭЛ открыла новое опытное производство накопителей энергии

Вступайте в наши группы и добавляйте нас в друзья 🙂

В каком году этот текст был написан?

Вот это предложение:

«Лиотех» тесно сотрудничает с троллейбусным заводом «Тролза»

явно указывает на то, что текст не этого года, ибо ТролЗА — банкрот, а у ЭЗЕТа ООО ПК-ТС сейчас заказы на Адмиралы в троллейбусном исполнении, без длительного автономного хода.

ТС сейчас заказы на Адмиралы в троллейбусном исполнении, без длительного автономного хода.

Автономный ход у новейших троллейбусов ПКТС-6281 «Адмирал» есть, и немаленький — 15 км. Не меньше чем был у электробусо-троллейбусов прошлого поколения Тролза «Мегаполис» 5265.08.

Вот из статьи от января 2020:

Выручка новосибирского актива УК «РОСНАНО» — «Лиотех» (юрлицо ООО «Энергетические решения») — в 2019 году составила 400 млн рублей. Это в полтора раза превышает показатель 2018 года.

— Больше половины выручки пришлось на поставки нашей продукции для энергетики — это направление показывало рост, в первую очередь, для крупнейшего российского проекта возобновляемой энергетики. Около четверти выручки — это поставки аккумуляторных батарей для городского пассажирского электротранспорта. Остальная часть заказов в 2019 году пришлась на поставки источников бесперебойного питания, — комментирует Юлия Костюченко, инвестиционный директор УК «РОСНАНО», член совета директоров «Лиотех».

Сейчас мы активно сотрудничаем со всеми крупными производителями городского пассажирского электротранспорта, которые испытывают электробусы на наших аккумуляторах. Надеемся, что в 2020 году регионы сделают более уверенные шаги в сторону электротранспорта, и мы сможем нарастить наш портфель заказов в этой сфере.

Сейчас на заводе «Лиотех» проходит модернизация производства. Первый этап — расширение ассортимента за счет выпуска ячеек с более высокой плотностью энергии в алюминиевом корпусе.

— Мы заканчиваем монтаж оборудования и планируем начать выпуск новой продукции уже в марте. Новые ячейки, в первую очередь, будут востребованы в сфере электротранспорта, — поясняет Юлия Костюченко.

Сейчас на заводе производятся ячейки с катодом на базе литий-железо-фосфата и графитовым анодом. Второй этап модернизации предусматривает выпуск ячеек с новыми типами электрохимии: с другими составами катода — NMC (литий-никель-марганец-кобальта оксид) и анода — LTO (литий-титанат).

— Мы приступим ко второму этапу модернизации, когда будем иметь гарантированный сбыт на новую продукцию. Суммарный объем инвестиций, по нашим оценкам, может составить 4 млрд рублей, — рассказывает Юлия Костюченко.

В 2020 году в компании также делают ставку и планируют наращивать выручку в сегменте производства источников бесперебойного питания.

— Мы планируем поставки нашей продукции для источников бесперебойного питания и систем постоянного оперативного тока. Видим существенный спрос на подобные решения со стороны российских компаний, работающих в разных областях, начиная от продуктового ритейла и заканчивая центрами обработки данных. «Лиотех» обладает необходимыми компетенциями и опытом для производства и поставки такой продукции, — говорит Костюченко. — Кроме того, мы планируем расширить наши поставки для горно-шахтного транспорта, погрузочной техники (ричтраки, вилочные погрузчики). В прошедшем году было успешно завершено испытание шахтного электровоза на аккумуляторах «Лиотех» на одном из рудников компании «Алроса». Наши батареи прошли опытную эксплуатацию в электропогрузочной технике ПАО «Камаз», сети розничных магазинов «Магнит». В текущем году мы планируем выходить на крупносерийные поставки данной продукции.

В 2020 году «Лиотех» намерен расширить пул заказов на источники бесперебойного питания.

В целом, при реализации намеченных планов по итогам 2020 года выручка «Лиотеха» может составить около 600 млн рублей. Юлия Костюченко также заявила, что в компании и УК «РОСНАНО» «абсолютно уверены, что все обязательства по мировому соглашению, заключенному с кредиторами новосибирского предприятия, будут выполнены в полном объеме и в срок».

Выручка «Лиотеха» по годам, млн руб.:

То есть предприятие растёт и развивается, модернизирует производство, расширяет ассортимент, внедряет новые технологии.

Источник

Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.

Будущее литиевых аккумуляторов

Рост численности населения, загрязнение окружающей среды и сокращение объемов иссякаемых природных ресурсов обусловили необходимость создания инновационных решений в области чистых технологий, которые были бы рациональнее, безопаснее и эффективнее. Тем не менее, высокие затраты и технические ограничения в сфере хранения энергии препятствуют достижению паритета между поставщиками возобновляемых и традиционных источников энергии с точки зрения их масштабов применения и стоимости.

Будущее чистых технологий может зависеть от технологических достижений в пока еще не получившей заслуженного признания сфере — сфере литиевых аккумуляторов.

Маленькая литиевая батарейка, которую часто используют в игрушках, ноутбуках, мобильных устройствах и механических инструментах, может в ближайшем будущем стать основным источником питания для автомобилей и крупных электросетей. Обыкновенная батарейка может заставить практически бесконечно двигаться не только кролика из рекламы Energizer, но и все человечество, ведь все мы хотим жить на чистой планете, не принося вреда окружающей среде.

Так же стремительно, как ветер меняет свое направление, разработки в сфере аккумуляторов кардинальным образом меняют процессы конструирования продуктов в динамично развивающемся секторе чистых технологий. Инновационные компании нуждаются в производственных инструментах, таких как PLM, которые позволят им наиболее эффективно использовать происходящие изменения и оперативно перестраивать направления производства, чтобы сохранить свою конкурентоспособность.

Обыкновенная батарейка: ключ к устойчивому развитию

Прежде чем мы приоткроем завесу, скрывающую будущее хранения энергии, давайте обратимся к истории аккумуляторов, в частности, литиевых, которая берет свое начало от багдадских батареек, упоминаемых уже в 2500 году до нашей эры.

Ионно-литиевые аккумуляторы были впервые предложены в 70-х годах прошлого века и получили коммерческое распространение в 90-х. С тех пор рынок ионно-литиевых аккумуляторов вырос до 11 миллиардов долларов США (на 2010 год), и ожидается, что к 2020 году он будет составлять 43 миллиарда. По прогнозам аналитического агентства Global Industry Analysts (GIA), объем мирового рынка всех типов бытовых аккумуляторов может достигнуть 55, 4 миллиарда долларов США уже в 2017 году.

Литиевые аккумуляторы представляют собой «вторичные аккумуляторы», то есть предполагают возможность перезарядки, в то время как «первичные аккумуляторы» дозаряжены быть не могут. Вторичные аккумуляторы составляют лишь 10% от всего объема батареек, но образуют 60% глобального рынка аккумуляторов по стоимости. К вторичным относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, натрий-серные и проточные батарейки.

По данным Всемирного отчета об аккумуляторах за 2012 год, общая мировая потребность в первичных и вторичных аккумуляторах возрастет на 8,5 % и составит 144 миллиарда долларов США к 2016 году. Ожидается, что китайский рынок аккумуляторов сохранит свои лидирующие позиции и, кроме того, будет развиваться самыми быстрыми темпами благодаря наличию огромного сектора производства электроники, а также расширению выпуска и использования автомобилей. С ростом государственной производственной базы и личных доходов продажи аккумуляторов в Индии также возрастут, хотя несколько более низкими темпами, нежели в Китае.

В отчете содержатся прогнозы о том, что продажи на рынках потребительских товаров в 2016 году будут расти рекордными темпами. Рост доходов в развивающихся странах спровоцирует расширение использования основных устройств, работающих на аккумуляторах, а возрастающее использование портативных электронных устройств, в свою очередь, подстегнет спрос на аккумуляторы на мировом рынке потребительских товаров. В отчете отмечается, что ожидаемые темпы роста спроса на вторичные аккумуляторы будут выше, чем объемы продаж первичных аккумуляторов.

Популярность портативных электронных устройств стремительно возрасла, что привело к увеличению доли поставщиков вторичных аккумуляторов — в особенности, литиевых — на рынке. По данным последнего отчета, подготовленного порталом Marketresearch.com, к 2022 году ожидается снижение стоимости ионно-литиевых аккумуляторов на 45%. Ионно-литиевые аккумуляторы могут уступить свою долю рынка более дешевым солевым батарейкам в более крупных проектах, но останутся основным источником питания для проектов, ограниченных в пространстве, благодаря своей высокой энергоплотности.

Ожидается, что объем рынка литиевых аккумуляторов будет продолжать расти приблизительно на 10 процентов в год. Высокий спрос на электронику также спровоцирует определенный спрос на никель-металлогидридные аккумуляторы (которые продаются в магазинах в традиционных форматах AAA и AA и используются в качестве небольших аккумуляторных батареек).

Рост спроса на аккумуляторные батарейки

Производство гибридных транспортных средств и электромобилей, а также рост производства и использования традиционных авто сыграет на руку поставщикам автомобильных аккумуляторов. Согласно прогнозам, приведенным в отчете независимой исследовательской компании Lux Research, рынок аккумуляторов для электромобилей увеличится с 7,7 миллиарда долларов за 2010 год до 14,5 миллиарда уже в 2015 году. В электротранспортном секторе используются четыре типа перезаряжаемых аккумуляторов:

Свинцово-кислотные — традиционно в большинстве электромобилей используются свинцово-кислотные аккумуляторы благодаря их наиболее проверенным технологиям, широкой доступности и низкой стоимости.

Водяные на основе никеля — никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы являются основными типами водяных (с использование жидкого электролита) аккумуляторов на основе никеля. Основными проблемами никель-кадмиевых аккумуляторов являются стоимость и токсичность кадмия (ЕС установил запреты на большинство случаев их использования).

Ионно-литиевые — самый популярный и наиболее распространенный тип аккумуляторов для портативной потребительской электроники, характеризующийся долговечностью, высоким удельным потреблением энергии, сравнительно небольшим весом и достаточно быстрой заряжаемостью/ энергоотдачей.

Литий-металлические и воздушно-металлические — в настоящий момент находятся на стадии разработки, предполагают десятикратное увеличение энергоемкости. Еще не был осуществлен их полномасштабный запуск в транспортном секторе, поскольку технология пока находится в стадии исследования и разработки, однако она уже продемонстрировала определенные успехи при эксплуатации и потенциал энергоплотности в определенных сферах.

К интересному выводу пришли специалисты аналитической компании Lux Research в своем последнем отчете «Альтернативные способы хранения энергии», согласно которому существенную роль в скачке спроса на эти аккумуляторы в течении следующих пяти лет сыграют не автомобили, а электровелосипеды и скутеры. Прогнозируемый объем рынка электровелосипедов и скутеров составит 10,9 миллиарда долларов в 2015 году в сравнении с 6,4 миллиарда за 2010 год. В связи с этим регулирующие органы, автопроизводители и СМИ устремили свои взгляды на технологии аккумуляторов для гибридных автомобилей и электромобилей.

Аккумуляторы не для электросетей. пока

Валовые вложения в основные капиталы, промышленное производство в глобальных масштабах и меры по развитию промышленного производства в развивающихся странах будут стимулировать продажи аккумуляторов для промышленного использования и сетевого накопления энергии.

В своем последнем отчете специалисты портала MarketResearch.com утверждают, что главной опцией для использования в сеточных батареях являются свинцово-кислотные аккумуляторы, которые генерируют более 55 процентов доходов от всех сеточных батарей в настоящее время. К 2018 году их доля сократится до приблизительно 30 процентов, поскольку произойдет коммерциализация новых технологий в сфере сеточных батарей. Свинцово-кислотные аккумуляторы же будут преобразованы при помощи углеродных электродов, что по прогнозам приведет к четырехкратному увеличению их производительности. Кроме того, за рынок будут бороться также ультрааккумуляторы, сочетающие в себе свинцовые и углеродные электроды. В 2018 году доходы с продаж свинцово-углеродных аккумуляторов/ ультрааккумуляторов составять около 300 миллионов долларов.

Большое будущее аккумуляторов

Ионно-литиевые аккумуляторы будут доминировать на автомобильном рынке и рынке потребительских товаров в течение долгого времени благодаря своей высокой производительности и энергоплотности, продолжительному циклу и длительному сроку службы, а также безопасности эксплуатации. Литий-металлические системы представляют потенциал увеличения энергоплотности в будущем. Однако внутренние проблемы, связанные с реверсивностью, циклируемостью и безопасностью литий-металлических аккумуляторов могут препятствовать жизнеспособности таких систем.

Не прекращаются исследования, направленные на повышение производительности и сокращение размеров ионно-литиевых аккумуляторов. В августе 2012 года ученые из Корейского института перспективных научных исследований и технологий (KAIST) разработали твердую тонкопленочную ионно-литиевую батарейку, которая, по их утверждению, обладает наибольшей энергоплотностью среди всех гибких батареек.

Еще одной тенденцией, которая приведет к прорыву в отрасли источников питания, является разработка ультратонких гибких литий-полимерных аккумуляторов, которые могут быть использованы в электронных книгах и планшетных компьютерах будущего — толщиной с бумажный лист и с возможностью сложения.

Процветание экосистемы чистых технологий, необходимой для развития сферы аккумуляторов, требует сотрудничества между проедпринимателями в сфере передовых технологий источников питания, исследовательских институтов и государственных органов, которые должны утвердить политику и методы поощрения дальшейших исследований в области новых технологий хранения энергии. Несмотря на свой небольшой размер, аккумуляторы, в частности, ионно-литиевые, могут сыграть огромную роль в раскрытии потенциала возобновляемых источников энергии в будущем.

PLM позволяет оперативно реагировать на изменения и менять направления производства

Новые достижения в области технологий хранения энергии возвещают о наступлении эры возрождения и неограниченных возможностей возобновляемых источников энергии. Совсем недавно компания Solid Power продемонстрировала доказательство того, что она вплотную приблизилась к созданию литий-металлического аккумулятора, который позволит удвоить ассортимент электромобилей, представленных на рынке.

Этот прорыв может в корне изменить всю отрасль электрического автомобилестроения. Инструменты рационального управления жизненным циклом изделий (PLM) позволят производителям комплексного оборудования внедрить революционные инновации, в частности, в сфере аккумуляторов, в составные части своих продуктов и в два счета изменить направления производства.

Компания Arena Solutions, ведущий разработчик облачных решений в сфере управления жизненным циклом изделий (PLM), уже помогла множеству ведущих компаний, работающих в сфере чистых технологий, среди которых SunLink, EnerVault и SunPower, рационализировать процессы разработки продуктов, чтобы сократить время на их маркетинг, оперативно изменять направления производства с появлением новых технологий и максимально увеличить потенциал выпуска продукции.

Изменения всегда происходят в мгновение ока, и производители должны оперативно на них реагировать. Спросите себя: когда в сфере чистых технологий откроется новая возможность, будет ли у Вас готовое PLM-решение, благодаря которому Ваша компания сможет перенять новые технологии и оперативно изменить продукцию в соответствии с потребностями рынка?

Специалисты бюро переводов «Золотая лань» оказали неоценимую помощь при переводе данного материала. Если вам нужен качественный технический перевод, бюро переводов «Золотая Лань» — именно то что вам нужно!

Источник