Новітні розробки акумуляторів для електровелосипедів та іншого електротранспорту

Новітні розробки акумуляторів для електровелосипедів та іншого електротранспорту

Так склалося, що процес вдосконалення акумуляторів проходить набагато повільніше, ніж вдосконалення технічних і електронних пристроїв, для харчування яких використовуються акумулятори. І хоча термін «акумулятор» у нас стійко асоціюється з автомобілями, в автономному джерелі живлення потребує величезну кількість мобільних пристроїв. Кожен тип з них має технологічні переваги і специфіку застосування автономного джерела живлення. Тому, ідеального, універсального акумулятора на сьогоднішній день не існує і бути не може.

Якщо від автомобільного акумулятора потрібно подача потужного струму в короткий час, то від акумуляторів, що живлять мобільний пристрій, або від тягових акумуляторів електровелосипеда потрібно подача невеликого струму в протягом тривалого часу. Від будь-якого акумулятора ( акумулятора для електровелосипеда - в тому числі) потрібно зберігати електроенергію, відповідно необхідним параметрам споживача; віддавати її в потрібному обсязі при мінімальних втратах і мати тривалий термін служби (кількість циклів зарядки-розрядки, за рахунок значного зменшення основних параметрів). Слід зазначити, що тривалість служби акумулятора залежить від пристрою і типу хімічних реакцій, які в ньому протікають, робочої температури, методів його зарядки і глибини розрядки, швидкості саморозряду.

Серед сучасних акумуляторів можна виділити наступні основні типи: свинцево-кислотні різних конструкцій, NiCd - нікель-кадмієві, NiMH - нікель-металгідридні, Li-ion - літій-іонні , Які поділяються на літій марганцеві, Li-Pol - літій полімерні і літій залізофосфатні. Випуск перерахованих типів акумуляторів різних розмірів, номінальної напруги і ємності дає можливість задовольнити найрізноманітніші потреби сучасних користувачів. Додайте до цього специфічні властивості деяких акумуляторів, які забезпечують високі характеристики в особливих режимах і специфічних умовах експлуатації. Міжнародні стандарти дають можливість використовувати акумулятори різних виробників, так як забезпечують їх взаємозамінність. Основними конструктивними варіантами сучасних акумуляторів є циліндричні, плоскі і в формі прямокутного боксу. Герметизовані свинцево-кислотні акумулятори є найстарішими акумуляторні батареї. Це найдешевші автономні джерела енергії для електровелосипедів і всіляких «безперебійників». Головним недоліком SLA є виділення газів, характерне для всіх типів свинцево-кислотних батарей. Чим він загрожує? - Передчасним виходом акумулятора з ладу через відсутність електроліту. Зменшити вихід газів можна, знизивши напругу при зарядці. Але, в цьому випадку акумулятор зарядиться до номінальної напруги. Однак, при цьому слід зазначити значні плюси SLA: навіть при низькій напрузі вони утримують номінальну силу струму, забезпечують харчування без збоїв, мають відносно низьку ціну (дешевше - тільки свинцево-кислотні акумулятори стартерного типу). Тому, якщо вага і габарити акумулятора несуттєві і при низькій вартості потрібна значна потужність, то використання SLA акумулятора для електровелосипеда цілком виправдано. Низький саморозряд, простота в обслуговуванні і відсутність ефекту пам'яті робить SLA в багатьох областях оптимальним рішенням. До недоліків SLA акумуляторів можна віднести тривалість їх зарядки (6 - 8 годин). Вони не люблять глибокої розрядки, а перебування тривалий час в розрядженому стані може привести до сульфатации. Типове SLA пристрій живиться 300-500 робочих циклів, що не є бажаним показником для споживачів.

Нікель-кадмієві акумулятори

вигідно відрізняє простота в обслуговуванні і відсутність виділення газу.

Ці акумулятори добре витримують тривалі навантаження, істотно не змінюють функціональних властивостей при знижених температурах. При аналогічних габаритах і вазі NiCd пристрою дещо поступаються за ємністю іншим акумуляторів. З появою нових технологій використання NiCd акумуляторів різко скоротилося. Але, з часом, були виявлені значні недоробки нових моделей акумуляторів і попит на NiCd пристрої знову зріс. В даний час, з усіх випущених в світі акумуляторів для переносного обладнання, близько половини складають NiCd пристрою. Але поряд з плюсами даний тип акумуляторів має і певні мінуси. NiCd акумулятори володіють максимальним обсягом, що не перевищує 3000 mA / ч і мають ефект пам'яті. Для зарядки NiCd краще використовувати імпульсний заряд і швидкий режим зі збільшеним струмом. Постійне вдосконалення технології допомагає звести до мінімуму мінуси NiCd акумуляторів. Нові технології дозволили позбутися ефекту пам'яті і значно продовжила термін служби NiCd акумуляторів.

Нікель-метал-гидридні акумулятори

з'явилися, як альтернатива NiCd.

Завдяки анода, на основі абсорбуючої водень сплаву вдалося значно збільшити щільність енергії і питому ємність акумулятора. Це дозволило NiMH пристроїв знайти застосування в тих областях, де на перший план виходить тривалість безперервної роботи, а не високий струм. При високій питомій енергії і механічної міцності NiMH акумуляторів, їм притаманний цілий ряд недоліків. Порівняно невелика кількість циклів зарядки-розрядки (близько 500), перевагу поверхневого розряду, значне виділення тепла при зарядці, тривалий час зарядки, високий саморозряд, невеликий діапазон робочих температур - основні мінуси даного типу акумуляторів.

Вони мають більшу місткість і дають на одному елементі більш високу напругу. До заявленому виробниками кількості робочих циклів Li-ion акумуляторів варто поставитися критично, так як реальної статистики по цьому параметру ще мало, а декларованим характеристикам можна вірити не завжди, а скоріше, - при ідеальних умовах експлуатації. Вартість Li-ion акумуляторів досить висока, так як висока хімічна активність літію значно ускладнює процес виготовлення даних акумуляторів. Щоб убезпечити споживачів при нештатних режимах експлуатації акумуляторів, виробники Li-ion батарей для електровелосипедів, електромобілів і іншого електротранспорту, зробили ряд спроб замінити металевий літій на його з'єднання з іншими металами в оксидах. Тепер «літієві батареї» включають джерела живлення з різною хімічною начинкою: SO Cl2, SO, NiO2, MnO2 і інші. Акумулятори стали більш безпечними в процесі зарядки-розрядки. На сьогоднішній день головним «мінусом» Li-ion акумуляторів є їх висока ціна. До незаперечних переваг слід віднести найвищий на сьогоднішній день рівень питомої ємності і найвищу щільність розрядного струму. Саморозряд Li-ion акумуляторів не перевищує 3% в місяць, кількість робочих циклів може досягати 2000, широкий діапазон робочих температур, тривалий (до 10 років) строк служби - все це становить основні переваги Li-ion акумуляторів, в порівнянні з традиційними. Li-Pol акумулятори не мають принципових відмінностей з технологією Li-ion. Однак, вони можуть мати різну геометричну форму. Це дозволяє акумулятору заповнити вільний простір мініатюрних портативних пристроїв.

На сьогоднішній день літій іонні, літій полімерні і літій залізофосфатні акумулятори є найбільш перспективними. Хоча, кожна з електрохімічних систем має свої незаперечні переваги. Нових розробок в області електрохімічних технологій досить багато. Справедливості заради варто сказати, що, найчастіше з'явившись і нашумев, ці новинки швидко зникають, не витримавши випробування часом або навіть не дійшовши до стадії серійного виробництва.

Однак, останнім часом з'явилися експериментальні зразки, про які варто сказати докладніше.

В даний час вченими Массачусетського інституту технологій розробляється катод для літієвих акумуляторів на основі вуглецевих нанотрубок. Ця технологія допоможе зберігати і вивільняти значно більше позитивних іонів, в порівнянні з традиційними літієвими акумуляторами. Новий катод здатний збільшити кількість енергії електричної батареї і збільшити швидкість електричного потоку в 10 разів. Перспектива розвитку нових катодів сприятиме поліпшенню твердотілих конденсаторів і призведе до комбінації акумулятор-конденсатор. Це дозволить зберігати і поставляти більшу кількість електроенергії, в порівнянні з існуючими пристроями.

Розробка вчених Університету штату Колорадо носить назву 3D блок. Тут графітовий електрод замінений мікроскопічно тонкими мідними проводами. Вони накопичують іони по всій поверхні. Нанодріт дозволить літієвих акумуляторів вміщати і виробляє значно більше енергії. Часткове фінансування цього перспективного проекту здійснює Міністерство енергетики США.

Метою розробок технологій акумуляторів нового покоління фахівцями компанії IBM є збільшення діапазону пробігу автомобіля на батарейному харчуванні до 800 км. Літій-повітряні батареї, що розробляються компанією, будуть мати значно більшою щільністю енергії в порівнянні з Li-ion акумуляторами . Розробники стверджують, що карбонові електроди нових акумуляторів забезпечать більш тривалий період роботи на одній зарядці. Технологія контролю над киснем розроблена фахівцями IBM на молекулярному рівні і тримається в секреті.

Групою вчених Північно-Західного університету під керівництвом Гаральда Х Куна вивчається можливість використання в акумуляторах крем'яних електродів. Це, на думку розробників, дозволить досягти більшої місткості і діапазону роботи акумулятора. Тенденція кремнію до розширення і скорочення при поглинанні і вивільненні іонів дає можливість літієвих акумуляторів зберігати в кілька разів більше іонів і переміщати їх з більшою швидкістю. Це значно скоротить час зарядки акумуляторів.

Вчений група з Мічиганського технологічного університету займається розробкою пристрою накопичення енергії, що об'єднує акумулятор з конденсатором. Особливістю пристрою є використання в якості катода унікальною вуглецевої піни. Це збільшить ємність гібрида, зменшить його вагу, дасть можливість виробляти більший заряд, в порівнянні зі звичайним конденсатором. Пристрій розрахований на 1000 циклів, без зниження продуктивності.

Вченими з Каліфорнійської Національної лабораторії розробляється літій-кремінний полімерний акумулятор, який зберігає більший рівень енергії і структуру крем'яних електродів під час заряду і розряду.

Здатність кремнію до акумулювання великої кількості іонів літію зацікавило і вчених Стенфордського університету. Значне розширення кремнію при поглинанні іонів сприяють руйнуванню провідності анода. Тому, вченими були виготовлені кремнієві нановолокна, що знижують цей ефект. Крім того, покрита шаром сірки внутрішня поверхня вуглецевих нанотрубок дозволяє акумулятора в 10 разів більше виробляти енергію. Додамо, що сірка - дешевша і екологічно чисте покриття для електродів.

Компанія Envia Systems зайнятий розробкою нового катодного матеріалу на основі марганцю. Цей метал досить стійкий при використанні в виготовленні акумуляторних батарей і відносно дешевий. Розробники стверджують, що завдяки новим акумуляторам діапазон пробігу електромобілів становитиме 500 км.

Як бачимо, в усьому світі ведуться інтенсивні пошуки і розробки нових експериментальних акумуляторів, які в майбутньому прийдуть на зміну нині існуючим.

ТМ «Volta bikes»

* Передрук без посилання на сайт www.e-bike.com.ua заборонена і переслідується по Закону про захист авторських прав

Хмара тегів: акумулятори для електротранспорту Чернігів, гелевий акумулятор ціна в Чернігів