Новые виды аккумуляторов

27.10.15 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 1 450

Литий-ионные аккумуляторы широко распространены и представляют собой неотъемлемую часть нашей жизни. Однако двери для новых технологий всегда открыты. Эксперт по аккумуляторам Свен Бауэр (Sven Bauer) рассказывает о новых технологиях хранения энергии.

Уже в конце 90-х годов, когда использовались в основном свинцово- и никель-кадмиевые батареи, Свен Бауэр, основатель и руководитель Battaryuniversity – независимой лаборатории, специализирующейся на тестировании аккумуляторов – узнал о гигантском потенциале литий-ионных ячеек. Сейчас Свен Бауэр делится своими мыслями о новом этапе развития аккумуляторных технологий.

До 2020 года: батареи с литиевым легированием / углеродными композитами

Материал катода в этих ячейках не подвергается изменениям, а усовершенствованный материал анода позволяет получить на 30-50% больше удельной энергии. Благодаря этому гравиметрическая и объемная плотности энергии на 15% больше, чем у обычных аккумуляторов.

Ключевой параметр для этой системы — срок службы, поэтому и разработка может потребовать много времени. Целью ученых является создание аккумулятора, который будет служить 10 лет (около 2500 циклов).

Безопасность новых аккумуляторов должна быть не выше 4 уровня согласно EUCAR (European Councilfor Automotive R&D) – организации, устанавливающей степень опасности для технологий накопления электрической энергии. В основе классификации лежит устойчивость работы оборудования в условиях неправильного применения.

Стоимость аккумуляторов

Стоимость ячеек и аккумуляторов зависит от многих условий. Подобно тому, как в системах большого напряжения требуется определенный электролит, так в системах с литиевым легированием / с углеродными композитами нужны соответствующие материалы анода.

Процесс производства электродов для аккумуляторов с литиевым легированием / с углеродными композитами должен протекать в отсутствии воды и кислорода, если литий рассматривается в качестве легирующего материала или материала электрода. Однако в настоящее время это условие редко выполняется. А при дальнейшей обработке электродов их свойства принципиально уже не меняются.

Литий-серные аккумуляторы к 2025 году

В исследованиях и разработке литий-серных батарей за короткое время были достигнуты значительные результаты. Несмотря на то, что относительно плотности энергии таких аккумуляторов есть некоторые сомнения, при использовании их для электромобилей вероятно увеличение эффективности в 1,5 (объемный показатель) – 3 раза (гравиметрический показатель).

У самых эффективных ячеек плотность энергии системы достигает показателей, в четыре раза превышающих плотность энергии референтных систем. Однако это не делает их автоматически применимыми для электромобилей. Касательно срока службы: в настоящее время в лабораторных условиях достигнут показатель 500-600 циклов, что в три раза больше, чем средние показатели за последние 2-3 года.

Ожидается, что аккумуляторы начнут применять к 2020 году, а в 2025-2030 годах их будут внедрять в системы заряда электромобилей.

По прогнозам специалистов, количество циклов заряда-разряда к 2020 году достигнет приблизительно 1000, однако календарный срок службы системы пока сложно оценить.

Надежность представляет еще большую проблему, учитывая применяемые материалы анода, поэтому также не может рассматриваться в качестве ключевого параметра.

2030-2040: литий-воздушные батареи

Перезаряжаемые литий-воздушные батареи, пригодные для широкого пользования, появятся только к 2030 году. Однако вопрос об их пригодности для использования в электромобилях остается открытым.

Однако сама концепция очень привлекательна: поскольку воздух подается из окружающей среды, емкость зависит только от величины анода. Поэтому в системах для коммерческого использования ожидается очень высокая плотность энергии (в 7-10 раз выше, чем в современных системах сравнения). Из всех существующих на сегодняшний день концепций аккумуляторов на основе лития эти батареи самые перспективные по показателю плотности энергии.

Несмотря на активные дискуссии о литий-ионных батареях как потенциальной технологии хранения энергии, убедительная концепция или работающий прототип с большим количеством циклом еще не были представлены.

Большую проблему представляют собой технологические аспекты. Помимо этого, на сегодняшний день еще не завершены фундаментальные исследования. Таким образом, оценить рабочие характеристики литий-воздушных систем не представляется возможным.

Вследствие того, что внедрению и использованию этих технологий предшествует долгий период исследований и разработок, в обозримом будущем она вряд ли будет применяться для силовых установок и стационарных хранилищ энергии.
Источник: Евротехстрой