Теги → литиево-ионный
Быстрый переход

Sanyo Chemical будет выпускать невозгораемые литиево-ионные аккумуляторы

Пожалуй, самым главным недостатком литиево-ионных аккумуляторов можно считать опасность возгорания. Такие случаи особенно часто возникают при эксплуатации аккумуляторов в экстремальных режимах или условиях. Компания Sanyo Chemical собирается покончить с этой опасностью и готовится выпускать невозгораемые пластиковые литиево-ионные батареи.

Последствие опыта по протыканию литиево-ионной батареи гвоздём

Последствие опыта по прокалыванию современной литиево-ионной батареи гвоздём (дома не повторять!)

Как сообщает японское издание Nikkei, весной следующего года компания Sanyo Chemical откроет в Японии завод по производству аккумуляторов огнестойкого типа, почти полностью сделанных из пластика. Стоимость проекта составит 15 млрд иен или около $136 млн. Утверждается, что пластиковые литиево-ионные аккумуляторы не будут загораться даже в том случае, если их проткнуть гвоздём или просверлить.

Технологию и оборудование для производства пластиковых аккумуляторов разработал токийский стартап APB. Эту компанию в 2018 году создал учёный из Университета Кэйо Хидеаки Хори (Hideaki Horie). На счету этого специалиста помощь компании Nissan Motor в проектировании электромобиля Leaf. Компания Sanyo Chemical поглотила стартап APB в 2019 году и сегодня владеет пакетом акций этой компании в объёме чуть меньше 50 %.

В безопасных литиево-ионных аккумуляторах материалы анода и катода замены на пластиковую основу. Кроме устранения риска возгорания это принесёт также и экономию. Ожидается, что себестоимость выпуска пластиковых батарей будет на 60 % ниже, чем у обычных литиево-ионных аккумуляторов.

В планах Sanyo Chemical поставки безопасных пластиковых литиево-ионных аккумуляторов производителям систем резервного питания для заводов. В 2025 году производственная мощность предприятия должна достичь 1 ГВт·ч, что эквивалентно 25 000 аккумуляторов для электромобилей в год. Выглядит как-то скромно. Но это числа из оригинальной статьи. В любом случае, будет интересно узнать, что из этого выйдет.

Южная Корея отказывается от литиево-ионных аккумуляторов в системах накопления

Недавнее расследование специальной группы в Южной Корее выявило высокую опасность возгорания литиево-ионных аккумуляторов в процессе эксплуатации в системах накопления энергии. За последние два года по вине батарей произошло 28 пожаров. Эти случаи подорвали доверие к литиево-ионным батареям и вынудили найти им замену.

Принцип работы проточного аккумулятора

Принцип работы проточного аккумулятора

Как сообщает интернет-ресурс ETNews, правительство Южной Кореи подготовило изменения в документы, регламентирующие использование аккумуляторных батарей в системах резервного хранения энергии в сочетании с электростанциями на возобновляемых источниках.

Согласно выводам комиссии, о чём мы сообщали, только с августа 2019 в Республике Корея произошло пять случаев возгорания систем резервного хранения по вине литиево-ионных аккумуляторов. С августа 2017 года по октябрь 2019 года системы резервного питания на солнечных и других электростанциях горели 28 раз. Подобное не могло не ударить по рынку систем накопления энергии в стране. Это сократило размер рынка сетевых накопителей энергии (ESS) в Корее с 5,6 ГВт·ч в 2018 году до 3,7 ГВт·ч в 2019 году.

Отметим, в Южной Корее развёрнуто целых 25 % систем ESS от мирового уровня. Небольшая страна серьёзно позаботилась о резервном хранении энергии, но ставка на литиево-ионные аккумуляторы оказалась чреватой пожарами. Поэтому изменённые правила по развёртыванию в стране систем ESS в сочетании с солнечными электростанциями требуют переходить на новый тип батарей, а именно на ванадиевые проточные редокс-аккумуляторы (VRFB, Vanadium Redox Flow Battery).

Проточные аккумуляторы на основе прокачки жидкого электролита на солях ванадия полностью безопасны с точки зрения возгорания. Кроме того, они долговечные со сроком службы до 20 лет (при условии регулярной замены электролита). По плотности запаса энергии проточные батареи ощутимо уступают литиево-ионным и свинцово-кислотным, но безопасность их эксплуатации поможет вернуть доверие клиентам ESS-систем. Кроме того, проточные батареи всё ещё совершенствуются, а их характеристики стабильно улучшаются. Поддержка батарей VRFB правительством Кореи может вывести страну в лидеры по выпуску ESS-систем на этих решениях.

Система H2 EnerFLOW 430

Система H2 EnerFLOW 430

Первые полностью готовые к производству и установке на объектах системы ESS на батареях VRFB в Корее представила местная компания H2. Система EnerFLOW 430 сертифицирована для размещения на площадках Korea Electric Power Corporation (KEPCO). Ожидается, что решениями H2 заинтересуются другие компании по генерации электроэнергии в стране.

Toyota разрабатывает унифицированный аккумулятор для электромобиля и для дома

Для электромобилей даже небольшой в процентном отношении износ аккумуляторных батарей крайне неприятен. Потерявшая часть ёмкости батарея обернётся ощутимым сокращением пробега и вынужденными частыми остановками на подзарядку. В то же время изношенный аккумулятор годится для других дел, например, в качестве домашнего резервного источника питания.

Мы уже сообщали, что японские компании начали налаживать контакты с производителями электромобилей с прицелом на неограниченный доступ к бывшим в употреблении автомобильным литиево-ионным аккумуляторам (освежить воспоминания можно по этой ссылке). Пока это вопрос не первой очереди, но со временем автопарк электромобилей разрастётся до такого масштаба, что вопрос утилизации и повторного использования батарей где-то ещё помимо электромобилей станет во главу угла.

Японская Toyota, как выяснилось, тоже вынашивает планы заработать на повторном использовании частично изношенных литиево-ионных аккумуляторов. Но в отличие от других, Toyota решила подойти к вопросу основательно.

Как сообщает информагентство Nikkei, Toyota Motor готовит к выпуску новый ультракомпактный электромобиль со стандартным аккумулятором, который можно легко использовать дома (см. фото выше и ниже). Об этой машине мы рассказывали в новости за 21 октября 2019 года. Сегодня выяснилось, что это небольшое транспортное средство для одного или двух человек будет с особенным аккумулятором. Конструкция аккумулятора будет допускать его простую установку в домашние источники резервного питания, которую сможет выполнить сам владелец машины. Кроме того, изношенные аккумуляторы смогут применяться в электромобилях для общественных нужд или для услуг каршеринга на небольшие расстояния.

Для подобной унификации предстоит разработать стандарт аккумуляторов, чем Toyota Motor займётся в ближайшее время. Правда, ещё неизвестно, как к этому стандарту отнесутся производители аккумуляторов и производители оборудования. По крайней мере, Toyota рассчитывает поставлять б/у аккумуляторы партнёру по новоявленному СП, компании Panasonic. Последняя имеет ассортимент продукции в виде домашних источников бесперебойного питания и может дать отработанным батареям вторую жизнь. Собственно, новое совместное предприятие, по всей видимости, также займётся разработкой унифицированного стандарта для простой замены потерявших часть ёмкости аккумуляторов.

По данным источника, универсальные аккумуляторы будут иметь ёмкость 8 кВ·ч. Этого должно хватить на три дня для семьи из четырёх человек на освещение и зарядку смартфонов. Если в домовладении будет солнечная батарея, то срок работы аккумулятора без подключения к сети может быть продлён. Также домашний аккумулятор сможет подзаряжаться в ночное время, когда на электроэнергию предоставляются скидки. Интересное начинание. Будет ли результат?

Графеновый литиево-ионный аккумулятор почти готов к производству

Технологический стартап из Лос-Анджелеса Real Graphene сообщил о готовности выпускать литиево-ионные аккумуляторы с выдающимися свойствами. Разработчики обещают изменить представление об аккумуляторах, но пока мы видим очередной «завтрак» без какой-либо гарантии на скорый прорыв.

BONNINSTUDIO/Shutterstock

BONNINSTUDIO/Shutterstock

Компания Real Graphene выпускает обычные литиево-ионные аккумуляторы в виде внешних источников питания (Power Bank). Например, продукция Real Graphene представлена на сайте Amazon в виде аккумуляторов ёмкостью 10 000 мА·ч стоимостью $90. Утверждается, что это самые быстро заряжающиеся Power Bank в данном магазине, способные восполнить заряд за 50 минут. Но не стоит искать в них графен. Компания Real Graphene, если верить словам руководства, только ищет связи с производителями смартфонов и аккумуляторов для продвижения новых разработок на уровень коммерческих изделий.

Производство литиево-ионных аккумуляторов с графеном компания обещает начать как можно скорее. Через несколько недель для этой цели будет запущена краудфандинговая кампания. Планируется первым выпустить аккумулятор G-100 ёмкостью 10 000 мА·ч стоимостью $90 (плюс $15 за 100-Вт зарядное устройство на специальном чипсете). Позже будет выпущен аккумулятор G-100 Max ёмкостью 20 000 мА·ч. За счёт использования в структуре этих аккумуляторов графена время полного заряд сократится, соответственно, до 20 минут для модели G-100 и до 40 минут для модели G-100 Max с вдвое большей ёмкостью.

Обычный внешний аккумулятор компании Real Graphene

Обычный внешний аккумулятор компании Real Graphene

Кроме рекордного времени заряда аккумуляторы с графеном обещают выдержать большее число циклов полного заряда и разряда ― до 1500 вместо 300–500 циклов для обычных литиево-ионных аккумуляторов. И всё это может окажется доступным для покупки до конца текущего года. Когда подобные аккумуляторы появятся в смартфонах, сказать не берётся никто. В то же время компания Real Graphene разрабатывает литиево-ионные аккумуляторы с графеном для умных часов и других мобильных гаджетов, которым тоже не помешает быстрая зарядка и большее число циклов заряда.

Кстати, об увеличении ёмкости речь пока не идёт. Графен интересен тем, что способен лучше обычных проводников проводить тепло и ток. Очевидно, добавка графена в литиевые батареи в электроды и в структуру в виде «композитных листов» увеличивает токи заряда и разряда без перегрева и риска короткого замыкания, а также возгорания. Но это тоже неплохо. Что касается цены вопроса, то батареи с графеном могут оказаться дороже обычных литиево-ионных аккумуляторов на величину до 30 %. Ждём?

Японцы вступают в борьбу за б/у аккумуляторы из лития

В составе электромобилей литий-ионные аккумуляторы могут служить от 8 до 10 лет. И даже к концу срока эксплуатации ёмкость аккумуляторов может оставаться в пределах от 60 % до 80 % от их первоначальной ёмкости. Для автомобиля это будет потеря, которая выльется в существенное сокращение пробега на полном (доступном) заряде аккумулятора. Однако в качестве батарей для резервных источников питания такие бывшие в употреблении аккумуляторы могут послужить ещё от 5 до 10 лет. Из этого следует сделать вывод, что все заинтересованные в выпуске резервных источников питания на литий-ионных аккумуляторах должны дружить с поставщиками батарей для электромобилей или, в крайнем случае, с производителями электромобилей, чтобы иметь доступ к б/у аккумулятором из первых рук. Так дешевле.

Концепт электромобиля Byton

Концепт электромобиля Byton

Как узнали журналисты Nikkei, японский торговый дом Marubeni сформировал коммерческие партнёрские отношения с «китайской Tesla» ― с разработчиком и производителем электромобилей премиального класса компанией Byton. Ожидается, что Marubeni выделит на совместный проект несколько миллионов долларов США, а позже, возможно, обеспечит и дополнительные инвестиции.

Компания Byton разрабатывает электромобили высокого класса с функциями связи и датчиками, которые могут работать с голосовыми командами и жестами, в дополнение к функциям самостоятельного вождения. Компания основана в 2016 году в Нанкине бывшим инженером BMW. Сегодня штат Byton насчитывает 1600 человек в Китае, США и Германии. Начало поставок электромобилей Byton в США и Европу ожидается в 2021 году. На рынок Китая Byton может выйти раньше ― в мае 2020 года.

Своему стремительному взлёту Byton обязана одному из своих главных инвесторов ― компании Modern Amperex Technology Co. Ltd (CATL). Компания CATL ― это второй по величине в мире производитель автомобильных литий-ионных аккумуляторов. Финансирование и батареи CATL стали теми ингредиентами, после внесения которых варево в котле Byton закипело и приблизилось к готовности. Именно к этому будущему источнику бывших в употреблении аккумуляторов желают первыми припасть японцы.

Электромобиль Byton

Электромобиль Byton

Похожим образом чуть раньше поступил другой торговый дом Японии ― Itochu. В ноябре Itochu заключила договор на закупку б/у аккумуляторов у китайской перерабатывающей компании Pandpower из Шеньженя. Компания Pandpower создана одним из основателей компании BYD ― третьего в мире и крупнейшего китайского производителя электромобилей. Ожидается, что Itochu начнёт поставлять коммерческие продукты на б/у аккумуляторах BYD уже в 2020 году. По оценкам экспертов, в 2020 году суммарная мощность использованных литиево-ионных аккумуляторов в Китае составит 3,5 млн кВт·ч, а к 2025 году возрастёт до 42 млн кВт·ч, что в семь раз больше, чем в Европе, и в 42 раза больше, чем в Японии. Всё это можно использовать вторично и заработать ещё раз.

SolidEnergy ввела в строй завод по выпуску литиево-металлических батарей: скоро полетаем

Как сообщает японское информагентство Nikkei, молодая компания SolidEnergy ввела в Шанхае в строй завод по массовому производству литий-металлических аккумуляторов. Компания SolidEnergy создана в 2012 году в Массачусетском технологическом институте выходцем из Китая Цичао Ху (Qichao Hu). Производство решено развернуть в Китае, который рассматривается в качестве эффективной производственной и испытательной площадки.

Литий-металлический аккумулятор SolidEnergy

Литий-металлический аккумулятор SolidEnergy

Впервые мы услышали о компании SolidEnergy в 2015 году, а в 2016 она представила план действий. По заявлению разработчиков, литий-металлические аккумуляторы обеспечат вдвое большую удельную ёмкость запаса электроэнергии, чем современные литиево-ионные аккумуляторы, без увеличения объёма вещества батарей. Это означает, что с батареями того же веса и размера, что и литиево-ионные, электромобили с литий-металлическими аккумуляторами смогут на одном заряде преодолевать в два раза большие расстояния.

Главной проблемой литий-металлических аккумуляторов остаётся безопасность. Точнее, доказанная на практике гарантия безопасности. Поскольку в состав батареи входит чистый металлический литий, он действует активнее, чем ионы лития. Побочным эффектом работы такой батареи является то, что в веществе анода из металлического лития в процессе химических реакций могут расти металлические иглы. Иглы могут повредить мембрану, разделяющую анод и катод, и привести к короткому замыканию с последующим возгоранием. Для снижения риска возгорания компания SolidEnergy разработала специальный электролит, снижающий эту опасность.

Три последних года, сообщает SolidEnergy, проходили испытания батарей компании в составе дронов. Руководство SolidEnergy утверждает, что батареи зарекомендовали себя как безопасные, или, по крайней мере, не более опасные, чем традиционные литиево-ионные аккумуляторы. Это означает, что можно начинать говорить о коммерческом использовании аккумуляторов SolidEnergy.

В то же время SolidEnergy запустила лишь одну производственную линию на своём заводе, хотя площадь завода, равная 22 тыс. м2, достаточна для установки нескольких таких линий. И всё же, SolidEnergy начала получать доход от серийных поставок литий-металлических аккумуляторов уже в 2018 году. Например, она поставляет аккумуляторы компаниям DJI, Apple и Huawei. В следующем году SolidEnergy рассчитывает довести объёмы производства до десятков тысяч элементов в месяц. Но эксперты считают, что мы не увидим новых аккумуляторов в смартфонах и электронике ещё как минимум пару лет. Этому будут препятствовать недостаточная уверенность производителей в безопасной эксплуатации новой разновидности батарей.

На заводе SolidEnergy

На заводе SolidEnergy

Сама компания SolidEnergy уверена в своей продукции и заявляет, что в дальнейшем рассчитывает не только покорить сектор электромобилей, но также подтолкнуть в развитии авиационный транспорт на электрической тяге. Сегодня развитие воздушного электротранспорта тормозит именно отсутствие ёмких аккумуляторов с высокой отдачей мощности. Компания SolidEnergy утверждает, что знает, как решить эту проблему. Два года? Можно подождать.

Батарейка IBM из морской воды обещает оказаться лучше литиево-ионной

Компания IBM сообщила, что её специалисты разработали новую технологию производства и структуру аккумуляторной батареи, которая по ряду показателей превзойдёт популярные литиево-ионные аккумуляторы. Более того, в качестве основных материалов для изготовления аккумуляторов не понадобятся редкие и вредные для человека металлы, такие как никель и кобальт. Все три ключевых минерала, необходимых для изготовления чудо батарей, можно будет извлекать из обычной морской воды. Никаких шахт и карьеров. Трубу в море и, поехали!

Исследование находится на ранних этапах разработки. Однако моделирование позволяет ожидать, что новые материалы для анодов, катодов и электролита перспективных аккумуляторов окажутся более безопасными в плане риска возгорания (у них высокая температура воспламенения), будут обладать не меньшей плотностью запаса энергии, чем литиево-ионные аккумуляторы (800 Вт/л) и обеспечат высочайшую удельную плотность мощности (от 10 000 Вт/л).

Заряд до 80 % объёма происходит всего за 5 минут ― это ли ни мечта поклонников электромобилей? К тому же, как сказано выше, добыча основного сырья для выпуска перспективных аккумуляторов будет предельно недорогой, что позволит добиться стоимости батарей даже ниже уровня цен на литиево-ионные аккумуляторы. Недорогие, безопасные, ёмкие и с отдачей высокой мощности аккумуляторы могут перевернуть автомобилестроение и авиастроение. Ведь летательные аппараты на электрической тяге ещё сильнее зависят от параметров аккумуляторов, что обещает исправить IBM.

Несмотря на то, что исследования находятся на ранней стадии, IBM уже заключила контракты на совместную разработку нового поколения аккумуляторов и инфраструктуры для их совершенствования и производства с Mercedes-Benz Research, Development North America, Central Glass и Sidus. Столь обширный союз на ранних этапах разработки позволяет предположить, что за бравурными заявлениями IBM стоит нечто весомое и многообещающее в относительно близкой перспективе.

Немцы разобрались, как на треть увеличить ёмкость литиево-ионных аккумуляторов

Исследователи из немецкого технологического института Карлсруэ (KIT) опубликовали в издании Nature Communications статью, в которой объяснили механизм деградации катодов в высокоэнергетических литиево-ионных аккумуляторах. Исследование проведено в рамках разработки аккумуляторов повышенной ёмкости и отдачи. Без точного понимания процессов деградации катода невозможно успешно наращивать ёмкость батарей с высочайшей отдачей, которая необходима для развития электротранспорта. Полученные знания, уверены учёные, позволят на 30 % увеличить ёмкость литиево-ионных аккумуляторов.

KIT

KIT

Аккумуляторы с высокой отдачей для автомобильной и других сфер применения требуют иную структуру катода. В современных литиево-ионных аккумуляторах катод представляет собой многослойную структуру из оксидов с различными соотношениями никеля, марганца и кобальта. Для высокоэнергетических аккумуляторов требуются катоды обогащённые марганцем с избытком лития, что увеличивает способность аккумулировать энергию на единицу объема/массы катодного материала. Но такие материалы оказались подвержены быстрой деградации.

При работе в обычном режиме, когда катод обогащается или теряет ионы лития, высокоэнергетический катодный материал разрушается. Через определённое время слоистый оксид превращается в кристаллическую структуру с крайне неблагоприятными электрохимическими свойствами. Это происходит уже на ранних этапах эксплуатации аккумулятора, что ведёт к быстрому снижению среднего значения заряда и разряда.

В процессе серии экспериментов немецкие учёные  выяснили, что деградация происходит не напрямую, а косвенно через формирование трудно определяемых реакций с образованием твёрдых литийсодержащих солей. Кроме того, важную роль в реакциях, как оказалось, играет кислород. Также исследователи смогли сделать новые выводы о химических процессах в литиево-ионных аккумуляторах, которые могут не вести к деградации катодов. Используя полученные результаты учёные надеются минимизировать деградацию катодов и со временем разработать новый тип аккумуляторов повышенной ёмкости.

В США обсудили необходимость переработки литиево-ионных батарей

В минувшие выходные в США на базе Национальной лаборатории Аргонн (исследовательского центра ядерной энергетики) прошло совещание с обсуждением проблем утилизации литиево-ионных аккумуляторов. На совещании центра ReCell под эгидой Министерства обороны США присутствовали военные, учёные, промышленники и инвесторы. Все сошлись во мнении, что США необходимо уменьшить зависимость от иностранных поставщиков аккумуляторов и компонентов для них, а также сократить вредное воздействие отработавших батарей на окружающую среду.

Наиболее выгодным представляеься процесс прямого восстановления катодов при пвторном использовании ( Argonne National Laboratory)

Наиболее выгодным представляется процесс прямого восстановления катодов при повторном использовании (Argonne National Laboratory)

Докладчики подчёркивали, что проблема утилизации литиево-ионных аккумуляторов должна быть решена до того, как электромобили станут очень популярными. При этом переработка аккумуляторов и компонентов батарей ― это ресурсоёмкий и сложный процесс. Инвестиции в эти проекты могут быть оправданы лишь по той причине, что это потенциально огромный рынок. Безопасность безопасностью, но важность окупаемости для развития той или иной технологии ещё никто не отменял.

В настоящее время большая часть материальных затрат, связанных с производством литиево-ионных аккумуляторов, приходится на аккумуляторные катоды, которые в основном состоят из кобальта. Кобальт недёшев и, в массе, добывается за пределами США. Парадоксально, но сегодня владельцы электрокаров не могут просто так избавиться от аккумуляторов и должны заплатить за их утилизацию. Выходом может быть добыча кобальта из отработанных аккумуляторов и даже прямое восстановление отработанных катодов до состояния «новых». При этом можно повысить ценность вторично добытого материала, если его пустить на изготовление продуктов с большей добавленной стоимостью. Что важно, этим необходимо заниматься в США, а не отправлять добытый таким образом материал или отработанные аккумуляторы на переработку за границу.

Учёные, включая исследователей из лаборатории Аргонн, разрабатывают и рассматривают множество способов прямого повторного использования элементов отработавших батарей (катодов) и технологий переработки компонентов аккумуляторов ― металлической фольги и электролита. Ставка делается на прямое повторное использование, хотя также разработаны технологии с применением водных солесодержащих растворов и отжиг. Промышленность и бизнес готовы поддержать начинание, но чёткого плана действий как не было, так и нет.

Panasonic предлагает лучшую схему мониторинга литиево-ионных аккумуляторов

Сегодня литиево-ионные аккумуляторы используются повсеместно. Тем важнее становится точно измерять состояние элементов в аккумуляторах, чтобы полнее их использовать и отправлять на переработку лишь в случае полного износа. Но пока системы слежения за состоянием элементов в наборных аккумуляторных батареях остаются далеки от идеальных, что означает, что вы никогда точно не знаете истинной ёмкости батарей в своём ноутбуке или в электрокаре. К тому же время года и температура окружающей среды вносит свой вклад в степень этого незнания. Поэтому возможны неприятные сюрпризы.

Отличия в сборе параметров с элемнтов совремнной BMIC (слева) и новой, предложенной Panasonic (справа)

Отличия в сборе параметров с элементов современной BMIC (слева) и новой, предложенной Panasonic (справа)

Компания Panasonic совместно с Университетом Ритсумейкан (University of Ritsumeikan) разработали и испытали схему измерения и мониторинга такого параметра литиево-ионных элементов в батареях, как электрохимический импеданс. Это важный параметр литиево-ионного элемента, который позволяет с высокой точностью определить его текущую и остаточную ёмкость с учётом рабочей температуры. Электрохимический импеданс измеряется при прохождении через элемент переменного тока, тогда как обычный импеданс (омическое сопротивление) измеряется при прохождении постоянного тока.

Для точного измерения электрохимического импеданса используется камера с поддержкой постоянной температуры и специальный метод измерения, который называется импеданс спектроскопия. Через элемент пропускается переменный ток с разной частотой. Фактически строится частотная характеристика элемента. С аккумуляторами в рабочих устройствах таких измерений сделать нельзя. Во всяком случае, до появления новой разработки Panasonic.

Инженеры Panasonic предложили использовать для мониторинга состояния элементов в наборных аккумуляторных батареях новые чипы BMIC (или BMS). Аббревиатура BMIC расшифровывается как battery monitoring integrated circuits или, по-русски, интегральная цепь для мониторинга батареи. Современные BMIC измеряют напряжения на каждом из последовательно соединённых элементов в батарее, и контроллер, который считывает эти данные, делает вывод о текущей ёмкости каждого элемента и батареи в целом. Но это весьма приблизительные данные и они могут быть (и часто) далеки от определения истинной ёмкости элемента.

Точность тизмерения электроэимического импеданса элемнта опытной BMIC (справа) оказалась близкой к лабораторным измерениям (слева)

Точность измерения электрохимического импеданса элемента опытной BMIC (справа) оказалась близкой к лабораторным измерениям (слева)

Чтобы точно измерить ёмкость элементов с измерением индивидуального электрохимического импеданса каждого из них, Panasonic ввела в схему BMIC блок возбуждения переменного тока с плавающей частотой. Эти токи очень маленькие. Такие, которые можно измерить лишь с прецизионными усилителями мощности. Диапазон изменения токов возбуждения лежит в пределах от 1 до 5 КГц. Измерения данных с новой BMIC, обработанные новым контроллером, оказались очень близки к лабораторным измерениям методом импеданс спектроскопии. Контролер выдавал значение электрохимического импеданса и, следовательно, остаточной ёмкости каждого литиево-ионного элемента с точностью, близкой к лабораторным измерениям. При этом на практике контроллер может калибровать батарею в зависимости от рабочей температуры. Ждём появления новых батарей, которые никогда не обманут своих владельцев.

Японцы спустили на воду морской паром с исключительно батарейным питанием

Компания Oshima Shipbuilding Co ― совместное предприятие Sumitomo Corporation, Sumitomo Heavy Industries и Daizo Corporation ― спустила на воду первое в Японии судно исключительно с батарейным питанием или, как гордо заявили разработчики, с «нулевыми выбросами». Литиево-ионные аккумуляторы компании GS Yuasa Corp используются на морском пароме «e-Oshima» для всего: для работы тяговых двигателей, погрузочно-разгрузочных работ, навигационного, радиолокационного и связного оборудования и освещения. В перспективе транспортные пути между японскими островами могут оседлать паромы с батарейным питанием, что интересно с точки зрения сохранения экологии.

(GS Yuasa)

Морской паром e-Oshima на аккумуляторном питании (GS Yuasa)

Номинальное напряжение сборного литиево-ионного аккумулятора парома e-Oshima достигает 622 В, а ёмкость батарей составляет 590 кВт·ч. Сборка представляет собой две соединённые параллельно цепочки из 10 блоков каждая по 14 модулей в каждом блоке, а каждый модуль состоит из 12 элементов. Полный заряд аккумуляторного массива достигается за 2,5 часа. Водоизмещение парома равно 370 тонн, а длина ― 35 метров. Паром может брать на борт до 50 пассажиров, один большой пассажирский автобус и до четырёх легковых автомобилей.

Другим важным новшеством на судне e-Oshima стала автоматическая система избежания столкновений и сеть для Интернета вещей (вероятно для датчиков и систем навигации). Автоматическая система не только оповещает об опасности столкновений, но также способна самостоятельно изменить курс парома без привлечения членов экипажа. Батарейные блоки, подчёркивают в компании, защищены максимально надёжно от опасности повреждения и попадания воды. Компания уверена в безопасной эксплуатации парома на батарейном питании. О запасе хода не сообщается. Интересно, есть ли на пароме аварийные топливные генераторы? С морем шутки плохи.

Hitachi разработала литиево-ионный аккумулятор для полярников, космонавтов и пожарных

Компания Hitachi Zosen приступила к поставкам образцов первых в индустрии твердотельных литиево-ионных аккумуляторов с электродами из сульфатсодержащих материалов. Электролит в составе аккумуляторов AS-LiB (all-solid lithium-ion battery) находится в твёрдом, а не в жидком или гелеобразном состоянии, как в обычных литиево-ионных аккумуляторах, что определяет ряд ключевых и уникальных особенностей новинки.

Образец аккумулятора (Hitachi Zosen)

Образец аккумулятора AS-LiB (Hitachi Zosen)

Так, твёрдый электролит в аккумуляторах AS-LiB не горит, не испаряется и не сворачивается (не густеет) до довольно низких температур. Заявленный рабочий диапазон температур аккумуляторов AS-LiB составляет от −40 °C до 120 °C. При этом рабочие параметры аккумуляторов во всём диапазоне критически не изменяются. Отсутствие летучих веществ позволяет аккумуляторам работать в вакууме. Их корпуса не будут вздуваться в процессе эксплуатации. И это не говоря уже о том, что бич литиево-ионных аккумуляторов ― опасность воспламенения и взрыва ― данному классу батарей попросту не грозит.

С учётом перечисленных свойств аккумуляторы AS-LiB предполагается использовать в космических аппаратах, в медицинских приборах и в промышленном оборудовании. В будущем Hitachi Zosen рассчитывает выпускать твердотельные литиево-ионные аккумуляторы для стационарного хранения электроэнергии, для распределительных сетей и электромобилей.

К сожалению, у каждой медали есть обратная сторона. В случае батарей AS-LiB Hitachi ― это низкие плотность хранения энергии и отношение запасённой мощности на вес. Компания не стала уточнять эти параметры, но судя по представленному образцу ― аккумулятору со сторонами 52 × 65,5 × 2,7 мм и весом 25 граммов, аккумуляторы с твердотельным электролитом едва дотягивают до 10 % от аналогичных характеристик литиево-ионных батарей с жидким электролитом. Для образца AS-LiB Hitachi ― это 55,6 Вт·ч/л и 20,4 Вт·ч/кг. Но если сравнивать новую разработку с никель-кадмиевыми аккумуляторами для космоса, то всё не так плохо. Они всего в два раза тяжелее никель-кадмиевых с учётом запасаемой энергии и могут выиграть за счёт снижения веса корпуса.

У аккумуляторов AS-LiB Hitachi есть ещё один минус ― производство должно проходить в условиях сильно пониженной влажности. Материал для электродов легко образует сероводород в сочетании с влагой. Поэтому Hitachi разработала технологию и промышленное оборудование для выпуска твердотельных литиево-ионных аккумуляторов и готова продавать лицензии для организации производства третьими компаниями. Коммерческие поставки аккумуляторов AS-LiB разработчик начнёт до апреля 2020 года.

Запасать энергию в литиево-ионных батареях поможет яичная скорлупа

Немецкие учёные не перестают удивлять. Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology) опубликовал пресс-релиз, в котором сообщил об одном интересном исследовании. Оказывается, параметры литиево-ионных аккумуляторов можно заметно улучшить с помощью обыкновенной яичной скорлупы.

Manuel Balzer, KIT

Manuel Balzer, KIT

В современных реалиях яичная скорлупа в основном идёт в отходы. Частично она используется в парфюмерии и даже в электронной промышленности для изготовления ионисторов (суперконденсаторов), но в массе выбрасывается на свалку. Между тем скорлупа состоит из пористого соединения в виде карбоната кальция (CaCO3) и внутренней богатой протеином плёнки, а пористые материалы, как известно, остро востребованы при производстве литиево-ионных аккумуляторов.

Институт Гельмгольца Ульма (Helmholtz Institute Ulm) под патронажем Технологического института Карлсруэ и в содружестве с коллегами из Австралии организовал исследование свойств яичной скорлупы в качестве материала для электродов в литиево-ионных аккумуляторах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Dalton Transactions Королевского химического общества (Royal Society of Chemistry).

Daniel Messling, HIU/KIT

Daniel Messling, HIU/KIT

В ходе исследования выяснилось, что электроды из измельчённой яичной скорлупы хорошо подходят для изготовления недорогих литиево-ионных аккумуляторов на основе безводного электролита. Опытный аккумулятор с электродом из яичной скорлупы после 1000 циклов заряда и разряда потерял только 8 % от первоначальной ёмкости. Это более чем хорошая характеристика для аккумулятора. Будет интересно узнать, что данную технологию кто-то применит на практике. Пока исследователи на этот счёт сохраняют молчание.

Ricoh представила технологию струйной печати литиево-ионных аккумуляторов

Японская компания Ricoh сообщила, что она разработала первую в мире технологию струйной печати литиево-ионных аккумуляторов. Компании, заинтересованные в производстве аккумуляторов по новой технологии, смогут получить к ней доступ уже до конца марта 2020 года (в 2019 финансовом году). Это довольно смелое и интересное предложение обещает заметно удешевить как производство аккумуляторов, так и решить проблему с выпуском идеальных по форме аккумуляторов для носимой электроники и вещей с подключением к Интернету. Ведь разработка позволяет напечатать аккумулятор любой формы.

Концепция струйной печати электродов для литиево-ионных аккумуляторов (Ricoh)

Концепция струйной печати электродов для литиево-ионных аккумуляторов (Ricoh)

Традиционно электроды для литиево-ионных аккумуляторов выпускаются методом выдавливания вязкого пастообразного материала на движущуюся ленту. Затем из полосы однородного материала необходимую форму электроду придают вырубкой или вырезкой. Такой подход ведёт к значительному объёму отходов производства. И отходов тем больше, чем меньше аккумулятор (электроды) и чем сложнее его форма. В компании Ricoh разработали материал для электродов с низкой вязкостью. Такой материал можно наносить на рабочую поверхность с помощью промышленной струйной печати. Нетрудно сообразить, что «принтер» напечатает электрод точно заданной формы без выхода каких-либо отходов. К тому же печать позволит заметно ускорить и удешевить выпуск электродов и аккумуляторов.

Предложенная Ricoh технология предполагает также полное изготовление пакета электродов (анода и катода) с мембраной-разделителем между ними, которая предотвращает короткое замыкание. Весь техпроцесс ― это три цикла печати с использованием трёх видов «чернил». Ещё раз подчеркнём, в каждом случае будет дозированное использование сырья и безотходное производство. Интересно, что японские разработчики не собираются на этом останавливаться. На очереди создание технологии струйной печати аккумуляторов непосредственно на устройство. Такие решения, скорее всего, будут одноразовыми, но цена вопроса может упасть в несколько раз.

Литиево-ионные аккумуляторы из вторсырья окажутся не хуже новых

По сравнению с другими источниками автономного питания литиево-ионные аккумуляторы выпускаются в относительно небольших объёмах, но рост парка электромобилей качнёт ситуацию в другую сторону. Пройдёт пять или десять лет и объём отработанных литиево-ионных аккумуляторов превысит несколько миллионов тонн в год. Это не только рост потребления редких ресурсов в виде лития, кобальта и других материалов, которые не бесконечны, это также загрязнение земли и вод от отработанных батарей. Не пора ли об этом подумать?

Восстановленный материал для катода литиево-ионного аккумулятора (University of California San Diego)

Восстановленный материал для катода литиево-ионного аккумулятора (University of California San Diego)

Сегодня утилизируется примерно 5 % отработавших свой ресурс литиево-ионных аккумуляторов. Это очень маленькая цифра на фоне ожидаемого спроса на данный вид батарей. Перед учёными стоит задача создать техпроцесс по доступной утилизации аккумуляторов или, в идеальном случае, по повторному использованию материалов в новой продукции. Такой техпроцесс разработан в лаборатории Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California San Diego).

Профессор Женг Чен (Zheng Chen) разработал технологию восстановления материала катода отработанной литиево-ионной батареи. Техпроцесс с небольшими изменениями одинаково подходит для восстановления литиево-кобальтового оксида и соединения NMC (никеля, марганца и кобальта). В первом случае речь идёт о катодах из аккумуляторов для электроники, а во втором — о катодах из аккумуляторов для электромобилей (преимущественно).

Лабораторные опыты подтвердили полное восстанлвление катода (University of California San Diego)

Лабораторные опыты подтвердили полное восстановление катода (University of California San Diego)

Отработанный катод, лишившийся большей части ионов лития и с нарушенной кристаллической решёткой соединения, помещается в щелочной раствор с солями лития. Затем происходит быстрый и кратковременный нагрев смеси до 800 градусов по Цельсию, после чего раствор медленно остывает. Если из прошедшего такую обработку материала снова создать катод для литиево-ионного аккумулятора, то батарея будет вести себя как будто она сделана из совершенно новых и только что добытых материалов. Тесты в лаборатории показали, что аккумулятор с катодом из восстановленного материала ни в чём не уступает аккумулятору с катодом, изготовленным из свежего сырья.

Новейшие автомобильные литиево-ионные аккумуляторы Samsung

Новейшие автомобильные литиево-ионные аккумуляторы Samsung

Разработка учёных убивает нескольких зайцев. Экономятся земные ресурсы, отходы не будут засорять окружающую среду, а аккумуляторы из «вторсырья» могут стать дешевле. Предложенный профессором Женг Ченом техпроцесс вдвое экономичнее задействованных сегодня при переработке катодов. Так, на восстановление первичных свойств материала уходит 5,9 мегаджоулей, что эквивалентно трём четвёртым бокала бензина. Для внедрения техпроцесса на производство необходимо создать автоматизированную систему извлечения катодов из аккумуляторов вне зависимости от формфактора батарей и адаптировать лабораторные операции до промышленного уровня. Планируется, что переработкой будут заниматься предприятия, расположенные в Азии.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥