Что такое литий-ионные аккумуляторы для электромобилей и какие альтернативы им существуют


С постоянно растущим потреблением ископаемого топлива правительства разных стран предпринимают шаги по электрификации транспортных средств. В прошлом году правительство Великобритании заявило, что запретит продажу новых автомобилей и фургонов, работающих на дизельном топливе и бензине, к 2030 году. Несмотря на предпринимаемые усилия по решительному отказу от двигателей внутреннего сгорания, в чем может быть причина того, что мы не видим много электромобилей на дорогах? Ну, одной из основных причин является высокая цена современных аккумуляторов, используемых в электромобилях. Bloomberg New Energy Finance утверждает, что аккумуляторы добавляют 30% к общей стоимости электромобиля.

Альтернативы аккумуляторам для электромобилей

Электромобили в основном используют четыре типа батарей, а именно: литий-ионные батареи, расплавленные солевые (Na-NiCl2), никель-металл-гидридные (Ni-MH) и литий-серные (Li-S). Однако литий-ионные батареи доминируют на рынке батарей, поскольку они имеют высокую плотность энергии и повышенную мощность на единицу массы, хотя у них есть возможность иметь ту же мощность, что и другие батареи. Литий-ионные батареи контролируют более 90% мирового рынка сетевых аккумуляторов. Это во многом выигрышная чистая технология. Это единственные типы батарей, которые объединяют мощное хранилище энергии в компактной и легкой конструкции.

ISRO, Exide Industries, EON Electric Ltd, HBL Power Systems, Amara Raja Batteries и т. д. — основные производители литий-ионных аккумуляторов в Индии, которые работают над повышением их эффективности. Израильская компания StoreDot стремится обеспечить зарядку автомобильного аккумулятора на расстояние в 100 миль за пять минут в 2025 году. Аналогичным образом, многие другие компании работают над повышением эффективности аккумуляторов, обеспечивая чрезвычайно быструю зарядку и длительный срок службы.

Зарядная станция для электромобилей

Несмотря на крупные разработки, направленные на уменьшение ограничений литий-ионных аккумуляторов, их цепочка поставок становится ограниченной по разным причинам, одной из которых является высокая цена. Более того, коммерческие литий-ионные аккумуляторы в значительной степени зависят от катодов, содержащих кобальт, который не только дорог, но и увеличивает опасность для окружающей среды. Компании по всему миру работают над разработкой новых технологий и интеллектуальных альтернатив литий-ионным аккумуляторам.

Американский автомобильный гигант Tesla добился прогресса в области аккумуляторов и делает огромную ставку на технологию аккумуляторных батарей, в которой не используется кобальт. В прошлом году Tesla сообщила, что работает с CATL над литий-железо-фосфатными батареями LFP , в которых не используется кобальт, и которые стремятся достичь $100 за кВт·ч. Звучит интересно, не правда ли?

Зарядная станция для электромобилей Tesla

Джеймс Фрит, руководитель отдела хранения энергии в Bloomberg New Energy Finance, заявил, что LFP-аккумуляторы стоили более $1000 за кВт·ч в 2010 году, $381 в 2015 году и около $147 за кВт·ч в 2020 году. И он уверен что цена на них упадет еще больше. Он подсчитал, что LFP-аккумуляторы достигнут $100 за кВт·ч к 2024 году и $61 к 2030 году.

В новом исследовании Центра энергетического финансирования CEEW говорится, что к 2030 году электромобили станут для Индии возможностью инвестирования в размере 206 млрд долларов США, для чего потребуется годовая емкость аккумуляторов в 158 ГВт-ч.

Nexus Power, стартап из Бхубанешвара, созданный сестрами-близнецами Нишитой и Никитой Балиарсингх, был запущен с целью создания биоразлагаемых аккумуляторов для электромобилей из остатков урожая, с основным акцентом на аккумуляторы для электрических двух- и трехколесных транспортных средств. Никита Балиарсингх, соучредитель и главный операционный директор компании, поделилась своими взглядами на развитие технологий аккумуляторов для электромобилей и многое другое.

Общаясь с ней, мы узнали больше о проблемах использования литий-ионных аккумуляторов в электромобилях, других типах аккумуляторов, производимых для электромобилей, и о том, насколько полезным окажется переход с литий-ионных аккумуляторов на другие аккумуляторы. Вот что она сказала:

«Литий-ионные аккумуляторы обычно импортируются в Индию, что делает весь процесс закупки и сборки довольно дорогим. Это, в свою очередь, увеличивает стоимость транспортного средства, из-за чего большинство среднестатистических индийских домохозяйств не могут себе его позволить. Еще одной серьезной проблемой является угроза, которую литий представляет для окружающей среды. Он очень токсичен и опасен. Время, необходимое этим аккумуляторам для достижения полной зарядки, очень велико, и он также не обеспечивает адекватного запаса хода в км. В целом, хотя литий-ионные аккумуляторы стали революцией, можно выделить множество проблем, которые требуют немедленного внимания для постепенной адаптации электромобилей в Индии.

Литий-ионный аккумулятор для электромобиля

Что касается других типов батарей, альтернативные технологии в батареях являются набирающей популярность тенденцией, но их пока мало. Графен, кремний, литий-полимер и т. д. — вот некоторые из самых новых известных концепций в технологии батарей. Большинство из этих батарей все еще находятся на начальной стадии разработки. Твердотельные батареи также находятся в стадии разработки. Помимо этого, водородные топливные элементы и металл-воздушные батареи также проходят НИОКР. В будущем могут появиться некоторые интересные варианты в плане батарей для электромобилей для производителей электромобилей и OEM-производителей. В текущем сценарии литий-ионная батарея является единственным многообещающим продуктом с точки зрения ее долговечности и эффективности.

Другие технологии аккумуляторов не только более экологичны, но и быстрее заряжаются и долговечны. Это будет означать, что время зарядки электромобилей сократится, а запас хода на одной зарядке увеличится. Новые концепции также могут похвастаться более высокой плотностью энергии. При всех этих параметрах большинство других производителей аккумуляторов утверждают, что их аккумуляторы являются более дешевым предложением, чем литий-ионные аккумуляторы. В целом, этот сдвиг снизит затраты для производителей электромобилей. В то же время новые концепции будут более эффективными, долговечными и совместимыми с меняющимися тенденциями. Это не только сделает транспортное средство более продаваемым, но и более удобным для потребителей. Этот сдвиг ознаменует собой бум в индустрии электромобилей».

Возможные альтернативы литий-ионным аккумуляторам для электромобилей

От отказа от кобальта до работы над технологией литий-металлических/анодных батарей, полностью полимерных батарей, происходит много технологических достижений, чтобы сделать электромобили осуществимыми, коммерчески жизнеспособными благодаря долговечности батареи и снижению цены, а также меньшему воздействию на окружающую среду. Давайте подробнее рассмотрим, что находится за пределами литий-ионных батарей для электромобилей.

1. Литий-серные батареи

Литий-серные аккумуляторы могут преодолеть ограничения литий-ионных аккумуляторов с точки зрения стоимости, обилия доступного материала (серы) при сниженном воздействии на окружающую среду. Эти аккумуляторы имеют гораздо более высокую плотность энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Еще одним большим преимуществом литий-серных аккумуляторов является их доступность, поскольку сера является более распространенным материалом, чем кобальт. Система литий-серных аккумуляторов имеет механизм хранения на основе окислительно-восстановительной реакции, который обеспечивает более высокую плотность энергии из-за образования Li2S при соединении серы с литием. Сера добывается из промышленных отходов, а карданол добывается из биовозобновляемого сырья, которое легко доступно, нетоксично и экологически безопасно.

Литий-серная батарея

После пяти долгих лет обширных исследований доцента кафедры химии Университета Шива Надара , д-ра Бимлеша Лохаба, было объявлено о разработке технологии литий-серных (Li-S) батарей. Говорят, что исследование поможет производству экономически эффективных, компактных, энергоэффективных, безопасных и экологически чистых литий-серных батарей, предлагая жизнеспособную альтернативу литий-ионным батареям, используемым в настоящее время.

Технология аккумуляторов Li-Sulfur, разработанная университетом, использует принципы зеленой химии, включая использование побочных продуктов нефтяной промышленности (серы), элементов агроотходов и сополимеров, таких как карданол (побочный продукт переработки орехов кешью) и эвгенол (гвоздичное масло) в качестве катодных материалов. От гаджетов до беспилотников, электромобилей (EV) и других продуктов, аккумулятор Li-S имеет потенциал помочь многомиллиардным отраслям промышленности.

Кроме того, несколько месяцев назад исследователи из Университета Монаша в Австралии разработали очень производительную и энергоэффективную литий-серную (Li-S) батарею с потенциальным запасом хода электромобиля в 1000 км.

2. Цинк-ионные батареи

Недавно ученые из Чжэцзянского университета (Китай) и Китайской академии наук разработали металлическое оловянное покрытие для цинковых анодов, которое увеличивает стабильность и срок службы цинк-ионных аккумуляторов. Новые аккумуляторы, которые будут разработаны, будут иметь электролит на водной основе, который может стать более безопасной и дешевой альтернативой литий-ионным аккумуляторам.

По данным Salient Energy, цинк-ионный аккумулятор считается более безопасным, чем его литий-ионный аналог, поскольку в качестве электролита он использует воду. Цинк-ионные аккумуляторы не требуют циклирования формования в конце срока службы, что означает, что производство цинк-ионных аккумуляторов можно быстро и недорого масштабировать.

3. Алюмо-воздушные батареи

В прошлом году Indian Oil Corporation объявила, что она выпустит первые в своем роде алюминиево-воздушные батареи, которые потенциально являются более экономически эффективной альтернативой литий-ионным батареям для использования в электромобилях (EV) и стационарных приложениях. IOC купила миноритарный пакет акций израильского стартапа Phinergy, который специализируется на алюминиево-воздушных и цинково-воздушных батареях. Ожидается, что алюминиево-воздушные батареи могут снизить стоимость. Более того, алюминиево-воздушные батареи легкие и не нуждаются в электрической зарядке. Кроме того, для алюминиевых батарей не требуется механическая электрическая зарядка или замена.

4. Графеновые суперконденсаторы

Суперконденсаторы могут обеспечить достаточно энергии, когда это необходимо. Объединение технологий аккумуляторов и суперконденсаторов в новую гибридную батарею может удовлетворить краткосрочные и долгосрочные потребности в энергии, снижая нагрузку на батарею при пиковых нагрузках, что приводит к более длительному сроку службы, тем самым помогая в разработке более компактных и легких аккумуляторных батарей. Электромобилям нужен дополнительный рывок энергии для ускорения, и суперконденсаторы могут помочь сделать это. Они удерживают ограниченное количество заряда и могут быстро его доставлять. Это делает их идеальным дополнением к аккумуляторам большой емкости.

Более того, суперконденсаторы обеспечивают высокую выходную мощность за короткое время, что означает более высокую скорость разгона автомобиля и время зарядки всего за несколько минут по сравнению с несколькими часами для стандартного аккумулятора электромобиля.

Водородные топливные элементы, окислительно-восстановительные проточные батареи, алюминиево-графитовые батареи, биоэлектрохимические батареи и тонкопленочные батареи — это другие умные альтернативы литий-ионным батареям, над которыми ведется работа. Электрифицированные дороги и солнечные панели также можно упомянуть в списке умных альтернатив литий-ионным батареям.

Рассматривая сторону наночастиц, графит используется в литий-ионных аккумуляторах, но обнаружено, что кремний хранит в 10 раз больше энергии, чем графит. Было сделано много успешных попыток заменить графит кремнием в литий-ионных аккумуляторах, но пока ученые из Sila Nanotechnologies не решили проблему с помощью нанокомпозита из кремния и других материалов. Есть и другие проблемы, такие как экологические последствия использования лития, его высокая стоимость и меньшая доступность, над которыми работают некоторые ученые в сфере наноматериалов. Это то, что они называют «за пределами литий-ионных» аккумуляторов, и изучаются различные способы замены лития такими материалами, как натрий, калий, магний и алюминий.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
6 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *