Тенденції розвитку технологій АКБ для електромобілів

  1. Пропонуємо увазі читачів добірку новин про акумуляторні батареї для автомобільного транспорту. Автовиробники...
  2. твердотільні
  3. Алюміній-іонні
  4. Літій-сірчані
  5. Метал-повітряні
  6. Запас ходу електромобілів забезпечить дихаюча батарея?
  7. Bosch розробляє АКБ ємністю 50 кВт.год вагою всього 190 кг
  8. Ізраїльська АКБ для електромобіля заряджається за кілька хвилин
  9. Квантові точки з піриту покращують показники АКБ
  10. Сировиною для АКБ електромобілів може стати свічковий нагар
  11. До 2020 р Bosch подвоїть ємність автомобільних акумуляторів
  12. 500 км на одній зарядці
  13. Samsung SDI інвестує мільярд в виробництво акумуляторів

Пропонуємо увазі читачів добірку новин про акумуляторні батареї для автомобільного транспорту.

Автовиробники вже представили публіці модельний ряд 2016 року: більш ніж очевидно, що електромобілі поступово, але рішуче завойовують свою нішу на ринку транспортних засобів. Забавно, але на самому початку 20-го століття майже чверть всіх авто сміливо можна було вважати електромобілями, але незабаром вони втратили популярність - головним чином через малого запасу ходу і слабкої потужності батарей (в порівнянні з двигуном внутрішнього згоряння). Крім того, їх вартість була істотно вище.

Цікаво, але ті ж скарги регулярно звучать і сьогодні, незважаючи на революційні зміни в технології виробництва акумуляторних батарей, пише www.brookings.edu . При цьому перелік пріоритетних завдань розробників виглядає так: мала вага, компактність, доступність і висока потужність.

Отже, що нового в індустрії виробництва акумуляторів для електромобілів і гібридних автомобілів і які автомобільні батареї виходять на перший план?

Літій-іонні

Сьогодні це основний тип АКБ, що встановлюється на більшість електромобілів. Швидше за все, домінування літій-іонної технології збережеться як мінімум протягом наступного десятиліття, оскільки кілька автовиробників - зокрема Tesla і Nissan - інвестують величезні кошти в розвиток даної технології.

Літій-іонні батареї характеризуються великим числом циклів заряду-розряду, але страждають малої енергетичної щільністю, т. Е. Кількістю енергії на одиницю маси. Крім того, цей тип батареї придбав погану славу через перегрів і загорянь (згадайте «Боїнги», автомобілі Tesla і звичайні ноутбуки). Саме тому виробники не тільки намагаються домогтися більш стабільної роботи літій-іонних батарей, а й розробляють захисні механізми від перегріву і загорянь.

Як правило, сьогодні у виробництві таких батарей зараз застосовуються графітові або кремнієві аноди, а також рідкий електроліт. Довгий час ідеальним варіантом вважався літієвий анод (за здатність зберігати великий обсяг енергії в малому просторі - т. Е. За високу енергетичну щільність, а також малу вагу). На жаль, літій під час заряду сильно нагрівається і розширюється, що провокує витоку іонів літію, а згодом - коротке замикання і зниження терміну служби батареї.

Нещодавно дослідники Стенфордського університету частково вирішили цю проблему, розробивши захисне нанопокриття для літієвого анода.

твердотільні

Конструкція твердотільних акумуляторних батарей характеризується рядом переваг: не треба турбуватися про витік електроліту або загоряння, термін служби збільшений, немає потреби в дорогих і займають багато місця системах охолодження, а також зберігається функціональність у великому діапазоні температур.

Комерціалізацією цього типу АКБ займаються такі компанії, як Bosch і Sakti3 (за участю General Motors). Виявляють цікавість до твердотілим батареям і лідери автомобільної індустрії - Toyota і Volkswagen.

Алюміній-іонні

Ці батареї близькі до літій-іонним акумуляторам, але оснащені алюмінієвим анодом. Така технологія обіцяє підвищену безпеку і одночасне зниження собівартості. Тим не менш дослідження в цій області все ще знаходяться в зародковому стані. Дослідники Стенфордського університету недавно знайшли оригінальне рішення одного з основних недоліків цього типу АКБ - малої циклічності роботи, використавши алюмінієвий анод в поєднанні з графітовим катодом. Це рішення дозволяє також істотно скоротити час зарядки. В даний час активні роботи по вдосконаленню алюміній-іонної технології АКБ ведуться в американській Національній лабораторії Оук-Рідж.

[Img: 75490]

Літій-сірчані

Дані АКБ, як правило, оснащені літієвим анодом і катодом з сірки і вуглецю. Теоретично вони характеризуються більш високою енергетичною щільністю (енергоємністю) і меншою собівартістю, ніж літій-іонні батареї. Однак, їх відрізняє мале число циклів зарядів-розрядів через розширення і шкідливих реакцій в електроліті. Це і є їх основний недолік. Проте останнім часом дослідникам вдалося збільшити кількість циклом розряду таких батарей.

До речі, саме літій-сірчані АКБ в поєднанні з сонячними панелями на протязі трьох діб забезпечували політ БПЛА Zephyr-6. Аерокосмічне агентство NASA інвестує кошти в розробку твердотільних літій-сірчаних АКБ для космічних кораблів. Висновком на масовий ринок літій-сірчаних батарей сьогодні найбільш серйозно займається компанія Oxis Energy.

Метал-повітряні

Цей тип батарей характеризується цельнометаллическим анодом і повітряним катодом. Оскільки на частку катода зазвичай припадає більша частина ваги самої батареї, повітряний варіант катода - головна перевага АКБ даного типу. Вибір металу для використання досить широкий, але домінуючі позиції зберігають літій, алюміній, цинк. Більшість розробників використовують кисень, а не повітря, щоб уникнути небажаної реакції металу з атмосферним CO2. Крім того, серйозну проблему представляє процес отримання кисню з повітря в достатній кількості. Більш того, мало не всі прототипи цього різновиду батарей відрізняються малою кількістю циклів заряду-розряду і коротким терміном служби.

Природно, перераховані вище тенденції - зовсім не всі нововведення в індустрії виробництва АКБ, але саме вони залишаться домінуючими. Немає сумнівів, що в міру вдосконалення технології виробництва акумуляторів популярність електромобілів буде тільки зростати.

Технологічні прориви в цій сфері змінять не тільки індустрію транспорту, а й стануть поштовхом до перевороту на глобальних енергетичних ринках. Поєднання акумуляторів з джерелами відновлюваної енергії призведе до різкого скорочення потреби в нафті, газі та вугіллі і до змін планетарного масштабу. І незважаючи на всі недоліки акумуляторних батарей, їх потенційне глобальний вплив - навіть в результаті щодо скромних поліпшень їх характеристик - виявиться приголомшливим.

Запас ходу електромобілів забезпечить дихаюча батарея?

Піку популярності електромобілів можна очікувати тільки тоді, коли цей вид транспорту по запасу ходу досягне показників авто на копалин видах палива. А для цього необхідно істотно підвищити ємність їх акумуляторних батарей. У число кращих на сьогоднішній день альтернатив літій-іонним АКБ входять батареї «літій-повітря» (або «літій-кисень»), але переклад даної технології на комерційні рейки виглядає проблематичним через серйозні складнощі, пише журнал Nature.

Проте хіміки Кембриджського університету запропонували більш доцільне рішення - так звану дихаючу батарею. Мова, звичайно ж, поки йде тільки про лабораторне прототипі, і до комерційної реалізації ідеї ще далеко. І все ж інноваційна комбінація застосованих матеріалів вирішує багато проблем з технологією літій-кисень, повідомляє www.nature.com.

Літій-повітряні, або дихаючі, акумулятори накопичують енергію, що виробляється в процесі реакції літію з атмосферним киснем. Потреба в наявності кисню в АКБ відсутня, літій відрізняється малою щільністю, і тому - як мінімум в теорії - батареї цього типу здатні видавати на кілограм маси стільки ж енергії, скільки двигун внутрішнього згоряння. Іншими словами, їх ємність може виявитися приблизно в 10 разів вище ємності використовуваних сьогодні в електромобілях АКБ, що дозволить долати 800 км на одній зарядці.

Добре звучить в теорії, але на практиці добитися видатних результатів від літій-повітряних батарей дуже складно. Справа в тому, що в процесі хімічних реакцій утворюються небажані побічні продукти, що забивають електроди, що руйнують активний матеріал або викликають коротке замикання. В результаті такі АКБ не витримують і декількох десятків циклу заряду-розряду.

Кембріджське рішення виглядає цілком ефективним. Іони літію, що виробляються літій-металевим негативним електродом (анодом) з електролітом, досягають позитивного електрода на основі графіту (катода). Електричний струм генерується завдяки переміщенню електронів по замкнутому циклу від анода до катода. При цьому в ролі електроліту британці використовують суміш органічних розчинників диметоксиетан з йодидом літію. В такому електроліті реакція іонів з повітрям на катоді призводить до утворення кристалів гідроксиду літію. У більшості колишніх типів батарей побічним продуктом реакції був пероксид літію - тверда речовина білого кольору, осаджують на електроді. Його дуже складно видалити в процесі заряду, а ось гідроксид літію при перезарядці швидко розпадається.

Новий тип батареї відрізняється високою стабільністю - витримує сотні циклів заряду-розряду лише при незначному зниженні ємності АКБ. За розрахунками кембриджських дослідників, ємність такої батареї буде як мінімум в 5 разів вище ємності стандартних літій-іонних АКБ компанії Tesla.

Ще одним новаторським рішенням британців стало використання нового матеріалу катода: традиційно дослідники застосовують пористий вуглець, але вчені з Кембриджу віддали перевагу щодо нового матеріалу - оксиду графену.

Розробка виглядає багатообіцяюче, але питання комерційної доцільності британської новинки все ще не вивчений.

Bosch розробляє АКБ ємністю 50 кВт.год вагою всього 190 кг

У розробку акумуляторів підвищеної ємності для електромобілів і гібридів Bosch інвестує 400 млн. Євро в рік. У компанії розуміють: для широкого поширення електромобілів на планеті необхідно забезпечити це авто акумулятором ємністю не менше 50 кВт.год

Але навіть без кріплення і проводки вага такої батареї - в сучасному виконанні - складе 1,9 т. Стільки важать 100 звичайних автомобільних АКБ. Сучасна літій-іонна батарея електромобіля при вазі 230 кг забезпечує зберігання від 18 до 30 кВт.год електроенергії. Відповідно для досягнення бажаної ємності в 50 кВт.год вага АКБ повинен скласти від 380 до 600 кг, повідомляє www.electric-vehiclenews.com.

У компанії Bosch впевнені - потенціал літію зовсім не вичерпаний, а вдосконалення системи літій-іонної батареї дозволить «втиснути» необхідні 50 кВт.год на батарею вагою 190 кг. Більш того, за словами німецьких фахівців, АКБ нового типу буде заряджатися до 75% всього за 15 хвилин!

Домогтися поставленої мети в Bosch мають намір за рахунок зміни молекулярної і атомної структури акумулятора: так, заміна графіту літієм, за розрахунками фахівців, дозволить підвищити ємність існуючих батарей в 3 рази. І вже в найближчі роки новинка від Bosch може з'явитися в продажу.

Ізраїльська АКБ для електромобіля заряджається за кілька хвилин

Ізраїльський стартап StoreDot планує випустити саму швидко заряджається в світі батарею для електромобіля. Так, системи прискореної зарядки від Tesla здатні забезпечити акумулятори зарядом для пробігу на 170 миль приблизно за 30 хв. Ізраїльтяни запевняють, що їх новинка забезпечить сотні миль пробігу всього за 5 хв.

У середині серпня в проект компанії інвестували $ 18 млн. Дол. Гігант корейської промисловості Samsung і російський олігарх Роман Абрамович. В цілому для реалізації проекту компанія зібрала $ 66 млн.

Багато розробники сьогодні думають над тим, як збільшити ємність АКБ електромобілів. Деякі (Tesla і Panasonic) зосередили зусилля на випуску недорогих батарей, здатних накопичувати максимальний обсяг енергії за один зарядку. Інші намагаються створити роботизовані системи для прискореної заміни сіли АКБ зарядженими акумуляторами. Треті інвестують кошти в будівництво зарядочних станцій в торгових центрах і на парковках, повідомляє fortune.com.

На сьогоднішній день кращі батареї - найдорожчий вузол електромобіля - забезпечують запас ходу в 265 миль (приблизно 430 км) від одного заряду, а для повної стандартної зарядки потрібно кілька годин. Прискорені зарядні пристрої справляються з цим завданням трохи більше ніж за 30 хв.

Інший шлях обрали дослідники StoreDot: вони створили принципово новий тип літій-іонної АКБ, заряджається до повної ємності всього за кілька хвилин - т. Е. Не довше ніж часу заправки звичайного авто бензином.

Головною перешкодою швидкого заряду батареї є її внутрішній опір. Ізраїльтянам вдалося значно знизити цю характеристику АКБ: за рахунок використання нових матеріалів на молекулярному рівні вони створили надзвичайно тонкі (практично прозорі) електроди.

Батареї нового типу тестують кілька найбільших виробників мобільних телефонів, і вже в найближчому майбутньому - «через пару кварталів» - ізраїльтяни мають намір підписати перший контракт на поставку швидко заряджаються АКБ.

Появи першого ізраїльського акумулятора для електромобіля доведеться чекати набагато довше: якщо все піде за планом, у продажу вони з'являться приблизно через 5 років.

Розробку нових типів АКБ для електромобілів ведуть компанії Sakti3, QuantumScape, Seeo, XG Sciences, Envia Systems і Solid Energy Systems. Хто з них обійде конкурентів, покаже час. Лідером ринку АКБ для електромобілів залишається Panasonic (39%), а друге і третє місця ділять корейці - LG Chem і Samsung SDI.

Квантові точки з піриту покращують показники АКБ

Технологія заряду акумулятора всього за 30 секунд за рахунок введення в його склад квантових точок - нанокристалів в 10 000 разів тонші людської волосини - добре відома вченим. На жаль, ефективність такої батареї зберігається лише протягом кількох циклів заряду-розряду.

Тим не менше 11 листопада група дослідників американського Університету Вандербілта повідомила про те, що відкрила спосіб, як обійти цю проблему: виготовлені з залізного колчедану (т. Н. Котячого золота) квантові точки забезпечують прискорений заряд АКБ без втрати ємності протягом декількох десятків циклів.

Примітно, що залізний колчедан - один з найбільш поширених на планеті мінералів. Це досить недорогий побічний продукт видобутку вугілля, а його використання в літієвих батареях дозволить здешевити їх, повідомляє www.sciencedaily.com.

Традиційно в АКБ застосовуються наночастинки діаметром 10 нанометрів, а більш дрібні частинки довгий час вважалися непридатними. Американські вчені спростували цей міф, застосувавши частки колчедана діаметром всього 2,5 нанометра і домігшись досить сталої роботи акумулятора.

Природно, про комерційне застосування технології говорити поки рано. Однак ця методика виглядає багатообіцяючою, констатують експерти. «Акумулятори завтрашнього дня, здатні заряджатися за секунди і тримати заряд цілодобово, будуть розроблятися не тільки за допомогою нанотехнологій. Для цієї мети будуть використовуватися нові інструменти, що дозволяють створювати наночастинки, що витримують десятки тисяч циклів заряду-розряду і володіють енергоємністю, порівнянної з бензином », - вважають автори відкриття.

Сировиною для АКБ електромобілів може стати свічковий нагар

На думку дослідників Індійського інституту технологій в Хайдарабаді, ідеальним і дешевою сировиною для виробництва бюджетних, але потужних автомобільних акумуляторів цілком може стати кіптява, що утворюється в процесі згорання свічки.

По суті свічкова кіптява - це вуглець, але даний матеріал традиційно вважається придатним тільки для невеликих акумуляторів, оскільки його використання не дозволяє досягти бажаної ємності батареї.

Проте індійські вчені запевняють, що свічковий вуглець можна і потрібно використовувати - завдяки незвичайній формі і конфігурації утворюються в процесі згоряння свічки наночастинок вуглецю. За їхніми даними, діаметр цих частинок - 30-40 нанометрів, і вони об'єднані у взаємопов'язану мережу. Найбільш придатною вчені з Індії вважають кіптяву, що утворюється в самій верхній частині полум'я свічки: температура там сягає 1400 градусів, і в вуглецевих наночастицах практично немає домішок воску.

Більш того, теоретичні викладки індуси підтвердили практичними експериментами, пише tech.firstpost.com. За їхніми розрахунками, для виробництва одного АКБ для гібридного авто буде потрібно близько 10 кг кіптяви, яку можна отримати всього за годину спалювання свічок. «Новий підхід простий, а витрати мінімальні, і тому проводити акумуляторні батареї для електромобілів стане набагато дешевше», - констатують автори відкриття на сторінках журналу Electrochimica Acta.

Сьогодні вчені зайняті створенням прототипу нової батареї для проведення детальної перевірки ефективності «свічковий» технології.

До 2020 р Bosch подвоїть ємність автомобільних акумуляторів

Одна з головних проблем електромобілів - побоювання з приводу ємності акумулятора: багато власників переживають, що авто просто не дотягне до зарядочних станції. І це питання залишиться актуальним до появи зарядних пристроїв на кожній АЗС.

Схоже, вихід зі складної ситуації знайшли співробітники Bosch: компанія повідомляє про розробку технології, що подвоює ємність вже існуючих АКБ без зміни їх габаритів. А це немало додаткових кілометрів пробігу, пише www.techradar.com.

Твердотільні батареї нового типу від Bosch з'являться на ринку в 2020 р У компанії запевняють, що вартість новинки буде навіть нижче сучасних автомобільних АКБ - завдяки фірмовим технологічним рішенням Bosch.

Новина обнадійлива, адже, за розрахунками аналітиків, до 2025 року близько 15% усіх випущених в світі авто в тій чи іншій мірі будуть харчуватися саме електроенергією.

500 км на одній зарядці

Німецький автогігант Audi в партнерстві з LG Chem і Samsung SDI зайнятий створенням акумуляторної батареї нового типу для спортивного електромобіля з повним приводом Q6 e-tron. Після зарядки АКБ здатна забезпечити понад 500 км пробігу, повідомляє www.electric-vehiclenews.com. Випускатися корейські акумулятори будуть на одному з європейських заводів.

Samsung SDI інвестує мільярд в виробництво акумуляторів

Корейська компанія Samsung SDI - з явним прицілом на китайський ринок електромобілів - претендує на звання лідера глобального ринку автомобільних акумуляторів: корейці побудували в Китаї гігантський завод з виробництва АКБ, а в вересні перша черга запущена в експлуатацію, www.electric-vehiclenews.com.

Вже підписані договори з 10 найбільшими китайськими виробниками авто, і сьогодні унікальний завод повного циклу здатний забезпечувати АКБ майже 40 000 машин в рік. Прогнозуючи істотне підвищення попиту на акумулятори в майбутньому, Samsung планує до 2020 р вкласти ще $ 600 млн. У створення додаткової виробничої лінії для виходу на річний обсяг продажів в $ 1 млрд.

Шановні читачі, PDF-версію статті можна скачати тут ...

Отже, що нового в індустрії виробництва акумуляторів для електромобілів і гібридних автомобілів і які автомобільні батареї виходять на перший план?
Запас ходу електромобілів забезпечить дихаюча батарея?
© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008