Литий-ионный аккумулятор: есть ли альтернатива?
Литий-ионные аккумуляторы, такие легкие, компактные и емкие, стали тем самым фактором, который привел к настоящему буму портативной электроники, существование которой в прошлом было просто невозможно.
Отметим только, что гаджеты за последние три десятилетия сильно рванули вперед в области технологий. Что же касается современных литий-ионных аккумуляторов, то они практически не имеют каких-либо отличий от первых серийных образцов, известных нам с начала 1990-х годов.
Проходят годы. А революции все нет. В телефонах, ноутбуках, квадрокоптерах, электромобилях и смарт-часах, как и ранее, стоят всевозможные модификации литий-ионных батарей. В таком случае, куда подевались все инновационные аккумуляторы? Интересно и то, существует ли вообще альтернатива Li-Ion?
ВАЖНО! Как заявили ученые Центра исследования аккумуляторов MEET, полноценную замену литий-ионных аккумуляторов нужно ждать не раньше, чем наступит следующее десятилетие.
Значит, перемены ждут нас не ранее, чем в 2030 году. А пока мы должны довольствоваться тем, что на рынке преобладает тридцатилетняя технология со всеми ее пороками:
- относительно небольшой срок эксплуатации,
- низкая энергоемкость,
- большие размеры,
- пожароопасные свойства, если нет защитных узлов.
Можно ли доверять выводам ученых из MEET?
По мнению экспертов, нет никаких оснований не доверять исследованию, которое было представлено. Не менее 140 специалистов постоянно изучают материалы аккумуляторов для того, чтобы получить новые типы независимых источников, а также системы, предназначенные для того, чтобы хранить энергию.
Они занимаются исследовательской работой. Но не только. Они также ведут разработку новых материалов, стремятся добиться улучшения существующих. А еще они выпускают экспериментальные образцы. Также они в Мюнстере принимают для последующей переработки аккумуляторные устройства.
ВАЖНО! Ученые проанализировали производственные процессы, которые в 2021-м году нашли применение при производстве литий-ионных аккумуляторов на предприятиях таких стран, как США, Китай, Япония, Южная Корея. Полученные элементы используют в электромобилях и смартфонах на всей планете.
Оцениваются перспективы того, как наладить такое же массовое производство для разработок, которые являются альтернативой литий-ионной технологии.
Достойной альтернативы литий-ионной технологии пока нет
В MEET считают, что в среднесрочной перспективе литий-ионный аккумулятор по-прежнему будет преобладать на рынке перезаряжаемых высокоэнергетических батарей.
А что с а аккумуляторными технологиями, которые считаются альтернативными? Сейчас, скажем, ведут активные исследования батарей твердотельных, а также литий-серных или литий-воздушных.
Коммерческие цели поставлены. Это предусматривает большие инвестиции. Но это сулит и большие перспективы. Однако еще ни одна из альтернатив не получила серийного производства. Промышленных масштабов нет.
ВАЖНО! Даже в том случае, когда вдруг будет изобретена дешевая и более совершенная замена литий-ионному аккумулятору, данному продукту добиться запуска в массовые поставки будет непросто.
Сейчас появляются масштабные производственные комплексы. Чтобы перестроится под постлитий-ионные батареи (PLIB), необходимы будут новые технологические процессы, производственные условия и компетенция. Иначе говоря, кто посчитает необходимым опять вложить в производство миллиарды, если и так все хорошо?
Есть ли реальные аналоги литий-ионных аккумуляторов?
Более того, в большинстве технологических этапов создание и выпуск натрий-ионной батареи совместимы с производственными мощностями для литий-ионных аккумуляторов. Однако есть одна тонкость, мешающая реализовать такой тип элементов массово. Мы говорим про значительно меньшую плотность энергии. Вот почему есть резон дальше исследовать и совершенствовать продукт. Это лучше, чем продолжать конкуренцию, когда в рукаве козыри слабые.
Для массового рынка перспективы имеют аналоги литий-ионных аккумуляторов, которым под силу повторить или превзойти хотя бы пару достоинств от технологии ныне существующей:
- плотность энергии относительно размеров большая;
- саморазряд низкий и не нуждается в обслуживании;
- стабильность напряжения вне зависимости от нагрузки и до разрядки высокая ;
- температурная стойкость (от -20°C до +60°C);
- безопасно для применения в гаджетах и электрическом транспорте;
- срок службы составляет не менее трех лет, но при условии, что эксплуатация контролируется правильно;
- невысокая стоимость производства и использования (проектирование удобно под любые девайсы).
ВАЖНО! По словам заместителя начальника отдела материалов в MEET Ричарда Шмуха, производственные мощности под литий-ионные аккумуляторы, которые сейчас строят на всей планете, — это определяющее явление. С большой вероятностью можно сказать, что из-за него реализовать на практике даже потенциально успешные альтернативные технологи не так-то просто.
Есть ли проблемы у Li-Ion батарей
- ПОЖАРООПАСНОСТЬ. Чтобы литий-ионный аккумулятор нормально работал, ему требуется контроллер питания, который может предотвратить и перезаряд, и перегрев. Без него аккумулятор становится очень пожароопасным. Он так и норовит раздуться и взорваться на жаре. То же может случиться, если заряжаешь некачественным адаптером.
ВАЖНО! Взрывоопасность – наверное, главный недостаток литий-ионных аккумуляторов. Для того чтобы повысить емкости внутри батарей, требуется уплотненная компоновка. Из-за этого даже маленькое повреждение оболочки может вызвать пожар.
Мы еще не забыли скандальную историю с Samsung Galaxy Note 7. У них было слишком тесно внутри корпуса. В результате оболочка аккумулятор постепенно перетиралась. А после проникновения вовнутрь кислорода смартфон вдруг загорался.
С тех пор некоторые авиакомпании требуют, чтобы литий-ионные батареи перевозили лишь в ручной клади. На грузовых рейсах на упаковках с батареями прикреплена большая наклейка. Она предупреждает об опасности.
- СТАРЕНИЕ. Литий-ионные батареи стареют даже в том случае, когда их не применяют. Поэтому, если вы приобрели как коллекционный нераспакованный смартфон, которому 10 лет (скажем, самый первый iPhone), то знайте, что он сможет удержать заряд намного меньше. Ведь батарея стареет.
ВАЖНО! Помните и о том, что производители рекомендуют хранить аккумуляторы заряженными до половины емкости. При полном заряде при длительном хранении батарея может намного быстрее потерять свою максимальную емкость.
ВАЖНО! Отметим еще, что у никель-кадмиевых батарей все еще хуже. Они теряют 10 процентов в месяц.
- ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ТЕМПЕРАТУРАМ. При охлаждении и при перегреве параметры такого аккумулятора изменяются: +20°C для литий-ионных батарей принято считать идеальной температурой окружающей среды. Когда она уменьшается до +5°C, то батарея способна отдать устройству энергии на 10 процентов меньше.
ВАЖНО! При охлаждении ниже нуля емкость теряет десятки процентов. Это же сказывается на здоровье аккумулятора.
При попытке зарядить его, скажем, от пауэр-банка — заявит о себе «эффект памяти». Батарея же потеряет емкость из-за того, что на аноде образуется металлический литий. При средних зимних температурах, которые бывают в России, литий-ионная ячейка не функционирует. Чтобы убедиться в этом, нужно в феврале оставить телефон на улице всего на 30 минут.
|
|