Производство литий-ионных аккумуляторов – Портфельная компания РОСНАНО

Литий-ионные аккумуляторы

Создание первого в России масштабного производства литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов нового поколения для энергетики и электротранспорта

В декабре 2011 года в рамках проекта запущен крупнейший в мире завод по производству литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) высокой емкости компании «Лиотех».

В технологии производства используется наноструктурированный катодный материал литий-железо-фосфат (LiFePO₄). Этот материал позволяет достигать наилучших характеристик аккумуляторов при их промышленном производстве.

Важнейшие характеристики литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) — высокая плотность энергии, широкий температурный диапазон и длительный срок эксплуатации, экологичность и безопасность.

«Лиотех» осуществляет поставки аккумуляторов для городского электротранспорта, в частности, для троллейбусного завода «Тролза», где продукция «Лиотеха» используется для троллейбусов с запасом автономного хода. Кроме того, «Лиотех» осуществляет поставки для энергетического рынка. Компания «Хевел» запустила гибридную энергоустановку (АГЭУ) в селе Менза Забайкальского края. В составе установки были использованы аккумуляторные ячейки для накопителя энергии емкостью 300 кВт•ч производства «Лиотех». Планируется, что в 2017 году «Хевел» построит в Забайкалье еще две гибридные электростанции, на которых также могут быть использованы накопители энергии «Лиотех».

Сферы применения

• Энергетика (стационарные применения)
• Электротранспорт

Основные потребители

• Системы энергоснабжения и энергосбережения
• Производители электротранспорта

Конкурентные преимущества

• Высокая емкость аккумулятора
• Отсутствие эффекта памяти
• Надежность и безопасность
• Широкий температурный диапазон эксплуатации
• Длительный срок эксплуатации: в энергетике — до 25 лет, на электротранспорте — до 8 лет
• Ресурс, заряд/разряд при глубине разрядки до 80% — более 3000 циклов
• Ресурс батареи при использовании на электротранспорте — более 600 тыс. км пробега

Литий-ионные батареи для ЦОД: преимущества и недостатки

В трёхфазных источниках бесперебойного питания обычно используются свинцово-кислотные аккумуляторы с регулирующим клапаном (VRLA). Их масса и габариты требуют наличия усиленных несущих конструкций в дата-центрах, а зависимость рабочих характеристик от температуры увеличивает нагрузку на системы кондиционирования. VRLA не особенно долговечны, их регулярная замена ведет к росту операционных издержек.

Из-за отсутствия экономически целесообразной альтернативы инженерам-конструкторам приходилось мириться с недостатками VRLA, однако в последние годы ситуация изменилась. Прежде всего мы говорим о литий-ионных аккумуляторах, использовать которые в ИБП для центров обработки данных ранее мешало отсутствие оптимального баланса цены, удельной энергии, мощности, безопасности и надежности. Благодаря успехам в создании электромобилей, эта проблема была решена. Первые источники бесперебойного питания на литий-ионных батареях вышли на рынок в 2016 году, а сегодня их предлагают все ведущие вендоры. Сегодня данное направление считается наиболее перспективным: согласно отчету Bloomberg New Energy Finance, в 2025 году решения с литий-ионными батареями займут 40% рынка ИБП для дата-центров.

Преимущества литий-ионных батарей

В потребительской электронике обычно используют литиево-кобальтовые батареи емкостью несколько ампер-часов. В источники бесперебойного питания устанавливают литиево-марганцевые прямоугольные ячейки ёмкостью 60 ампер-часов с гораздо более длительным сроком службы и множеством степеней защиты от сбоев. Мониторинг основных параметров работы (температуры, напряжения и силы тока) реализован как на уровне отдельного модуля и даже на уровне отдельной ячейки, так и на уровне шкафа и всей системы в целом — полный контроль процессов зарядки и разрядки здесь необходим для предотвращения критического нагрева и начала необратимых химических процессов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы отличаются более высокой удельной энергией (Вт•ч/кг) и более высокой удельной мощностью (Вт/кг).

При аналогичной запасаемой энергии их масса примерно в три раза меньше массы свинцово-кислотных батарей, что уменьшает общую массу системы где-то на 60-80%.

В последние годы центры обработки данных наращивают плотность мощности для более эффективного использования помещений — этот показатель стал одним из важнейших. Компактные литий-ионные батареи позволяют сократить занимаемую системой бесперебойного электроснабжения площадь на 50-80%. Такие батареи требуют меньше времени для зарядки, а также имеют меньший саморазряд, что играет огромную роль в случае частых сбоев электропитания. Когда литий-ионная батарея не используется, она теряет примерно 1-2% заряда в месяц. Самое главное преимущество — длительный срок службы. Свинцово-кислотные батареи работают от 3 до 6 лет, в то время как ресурс некоторых литий-ионных превышает 10 лет. В зависимости от химии, технологии и температуры, они способны выдержать до 5000 циклов заряда-разряда и не требуют технического обслуживания, тогда как для средний показатель свинцово-кислотных аккумуляторов равен 700 циклам заряда.

Совокупная стоимость владения за 10 лет (средний срок службы ИБП для ЦОД) снизилась на 39% по сравнению со свинцово-кислотными батареями — это очень оптимистичная оценка, но минимум 10% экономии получить можно в любом случае. Серьезный недостаток у литий-ионных батарей только один — первоначальные вложения будут значительно выше. Именно поэтому внедрение новых решений началось с крупных центров обработки данных: возможность уменьшить TCO для таких объектов гораздо важнее сиюминутной выгоды, и даже небольшой процент экономии в денежном выражении огромен. Кроме того, компактные батареи позволяют эффективнее задействовать имеющуюся площадь, а надёжная система мониторинга обеспечивает высокую безопасность и стабильную производительность решения. Литий-ионные батареи могут работать при более высоких температурах чем VRLA без потери емкости, это снижает нагрузку на системы охлаждения. Конечно, производители оснащают литий-ионными батареями и однофазные ИБП — существуют модели для самых разных сценариев применения, от крупнейших ЦОДов до промышленных приложений, небольших серверных комнат и даже для отдельных стоек.

Целесообразность замены

Самый главный вопрос, который возникает перед конечным заказчиком: а не пора ли нам перевести свою систему бесперебойного электроснабжения на литий-ионные батареи? Чтобы на него ответить, в первую очередь нужно учесть наличие технической возможности. Не для всех моделей ИБП доступны новые аккумуляторы, также может потребоваться существенное обновление «железа» и встраиваемого ПО. Даже при аналогичном номинальном напряжении характеристики зарядки и разрядки батарей будут различаться.

Ожидаемый срок службы ИБП в дата-центре обычно составляет 10-15 лет. Ресурс свинцово-кислотного аккумулятора — 3-6 лет, а литий-ионного — 10 лет и более. В начале срока эксплуатации ИБП (менее 5 лет) замена выработавших значительную часть ресурса свинцово-кислотных батарей окажется целесообразной — литий-ионные с высокой вероятностью подойдут к концу срока эксплуатации вместе с ИБП. Если жизнь вашего источника бесперебойного питания уже близится к «экватору», срок службы батарей может оказаться более длительным, и в большинстве случаев замена не имеет смысла.

В конце срока службы стоит подумать о замене всего ИБП на новое решение с литий-ионными батареями. Тем не менее, даже для достаточно старых ИБП установка дорогих аккумуляторов может оказаться целесообразной — нужно учитывать постоянное снижение цены на них, а также соотношение затрат на обслуживание старой системы и затрат на её полную замену.

Прогнозы и перспективы

Несмотря на то, что ИБП на литий-ионных аккумуляторах серьёзно снижают операционные расходы и уменьшают полную стоимость владения, значительная часть заказчиков до сих пор использует проверенные временем решения на VRLA. Одна из важных причин заключается в том, что использование литий-ионных батарей выгодно на больших временных горизонтах, но капитальные затраты оно увеличивает весьма существенно. В любом случае, интерес заказчиков к новинкам год от года только растёт и дальше он будет только увеличиваться. Для крупных центров обработки данных объём сэкономленных средств может оказаться гигантским, поэтому литий-ионные системы станут все чаще применяться в корпоративном секторе.

Литий-ионная химия тоже на месте не стоит — со временем появятся новые решения и технологии, а цена батарей снизится ещё больше

 

▼ Два варианта конфигурации аккумуляторных батарей в ЦОД: VRLA и литий-ионные батареи

Уоррен Баффет поставил на литий-ионные батареи. Как можно заработать вам? :: Новости :: РБК Инвестиции

Цены на литий-ионные аккумуляторы снижаются, а привлекательность производителей электромобилей для инвесторов растет. У автопроизводителей большие планы на будущее, а среди инвесторов в сектор — оракул из Омахи

Фото: Tesla

Рынок электромобилей заметно оживился за последние десять лет. На конец 2018 года в мире было уже 5,1 млн электромобилей. А это на 60% больше, чем в конце 2017 года.

Многие автомобилисты перешли на машины с электрической тягой после ужесточения регулирующими органами требований к количеству вредных выхлопов в атмосферу. Это связано с тем, что электромобили считаются более экологичным видом транспорта.

За десятилетие сильно упали и цены на электрокары. Дело в том, что одновременно с ростом продаж электромашин выросло производство аккумуляторных (литий-ионных) батарей, стоимость которых к тому же снизилась на 85%. Аккумуляторы — одна из самых важных, но до недавнего времени чрезвычайно дорогих частей электромобиля. Еще несколько лет назад их стоимость доходила до половины стоимости машины.

Помимо автомобилей, литий-ионные аккумуляторы как накопители энергии используются во многих областях экономики. Так что есть много способов, чтобы заработать на аккумуляторах, считают в CNBC. Наиболее очевидным вложением могут быть бумаги автомобильных компаний — таких как Tesla или Ford.

Когда появились литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы были разработаны еще в 1970-х годах. Но только в 1991 году компания Sony нашла им первое коммерческое применение. Она встроила их в портативный видеорегистратор.

Сейчас такие батареи можно найти почти везде — от айфонов до медицинских приборов, самолетов и международной космической станции. В прошлом году трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею, была присуждена Нобелевская премия по химии.

Литий-ионные батареи — это ключ к снижению зависимости от ископаемого топлива, пишет CNBC. По оценкам швейцарского банка UBS, за ближайшее десятилетие рынок накопителей энергии может вырасти до $426 млрд.

Tesla — первопроходец на рынке электромобилей

Первой автомобильной компанией, которая выпустила на рынок электромобиль с питанием от литий-ионной батареи, стала Tesla: в 2008 году был представлен полностью электрический спортивный автомобиль Tesla Roadster.

В то время автопроизводители разрабатывали гибридные модели, сочетающие бензиновый и электрический двигатели. О полностью электрической тяге речь не шла, поскольку такие автомобили стоили недешево. К примеру, Tesla продавала Roadster за $110 тыс.

Сейчас производство электромобилей — уже более выгодный и менее трудозатратный бизнес, чем выпуск машин с бензиновым мотором. Практически все автопроизводители либо уже продают, либо планируют выпускать полностью электрические или по крайней мере гибридные автомобили.

Большие планы

В ноябре Ford сообщил, что начинает прием заказов на Mustang Mach-E. Это полностью электрический автомобиль легендарной модели. Ford разработал Mustang Mach-E одним из первых в линейке 40 электромобилей, которые Ford планирует изготовить к 2022 году.

Volkswagen в марте пересмотрел свои планы по производству электромобилей. К 2028 году компания намеревается выпустить 70 новых моделей электромобилей. Предыдущий ориентир составлял 50 машин.

В прошлом году глава концерна GM Мэри Барра сообщила инвесторам, что в 2021 году компания планирует выйти на безубыточное производство электромобилей. А британский Jaguar Land Rover, принадлежащий индийской Tata Motors, намерен в ближайшее десятилетие превратить компанию в чистого производителя электромобилей.

По данным Международного энергетического агентства, в мире только за 2018 год было продано 1,98 млн электромобилей, заряжаемых от внешнего источника питания. Как мы писали выше, общее количество машин на электрической тяге составило 5,1 млн. Пока это относительно немного, поскольку сейчас на дорогах в совокупности более 1 млрд автомобилей. Однако эксперты ожидают, что доля электромобилей будет расти.

Bloomberg NEF прогнозирует, что к 2040 году из общего объема продаж 57% придется на электромобили.

Кто производит батареи

Как и многие автопроизводители, Tesla отдает производство батарей на аутсорсинг. Специально для Tesla их делает японская Panasonic. Впрочем, самой разработкой батарей производитель занимается сам.

Не так давно аналитики Credit Suisse написали, что отдают должное компании Tesla за разработку батарей. Акции компании демонстрируют наихудшую динамику в секторе, однако у Tesla есть преимущество перед другими производителями электромобилей, считают в банке. И это сфокусированность Tesla на аккумуляторах для электромобилей.

«Мы считаем, что Tesla является лидером в областях, которые могут определить будущее автомобилестроения. Это программное обеспечение и электрификация», — заявил аналитик Credit Suisse Дэн Леви.

Недавно издание Reuters провело исследование, назвав имена крупнейших в мире производителей аккумуляторных батарей для электромобилей. Лидер этого рынка — китайская Contemporary Amperex Technology. Она сотрудничает с такими автопроизводителями, как BMW, Volkswagen, Daimler, Volvo, Toyota и Honda.

Уже упомянутая Panasonic — на втором месте. Компания производит аккумуляторы для электромобилей в Японии и Китае. Однако главная фабрика у Panasonic расположена в Неваде (США). Там производятся батареи для машин Tesla.

В тройку крупнейших в мире производителей батарей для электромобилей вошла и китайская BYD. Она использует батареи в основном для собственных автомобилей и автобусов, но планирует запустить производство в Европе. Примечательно, что в BYD инвестировал деньги знаменитый инвестор Уоррен Баффет  . Ему принадлежит 25% компании.

А что с акциями

На данный момент аналитики не верят в рост Tesla. Консенсус, собранный сервисом Refinitiv, ожидает, что в ближайший год акции производителя подешевеют на 33%, до $315 за штуку. Тем не менее эксперты, вошедшие в консенсус, рекомендуют держать бумаги Tesla.

По акциям Ford рекомендация также держать. Но эксперты в среднем полагают, что на горизонте года они вырастут на 11%, до $10,23 за бумагу.

---

Начать инвестировать можно прямо сейчас на РБК Quote. Проект реализован совместно с банком ВТБ.

Американский бизнесмен и один из известнейших инвесторов в мире. Основной владелец и CEO инвестхолдинга Berkshire Hathaway.

Литий-ионная аккумуляторная батарея 14,4 В, 2 А·ч  | BAHCO

Литий-ионная аккумуляторная батарея 14,4 В, 2 А·ч  | BAHCO | Bahco Russia

The store will not work correctly in the case when cookies are disabled.

JavaScript seems to be disabled in your browser. For the best experience on our site, be sure to turn on Javascript in your browser.

Мы используем файлы cookie, чтобы Вам было удобнее использовать сайт
В соответствии с Общим регламентом по защите данных нам необходимо Ваше согласие на хранение этих файлов. Узнать больше.

Разрешить файлы cookie

Please indicate which country or region you are in to view specific content: /

Закрыть Дополнительная информация

Информация о товаре

• Эту батарею 14,4В можно использовать только с инструментами BAHCO для диапазона 14,4В
• Литий-ионные аккумуляторы отличаются наиболее оптимальной удельной энергией
• Батарея всегда выдает постоянную мощность
• Поставляется со светодиодными индикаторами, которые указывают остаточную мощность
• Защита аккумулятора от избыточной зарядки
• Защита аккумулятора от короткого замыкания
• Зарядка до 80% занимаетне более 35 минут
• Во время зарядки зарядное устройство защищает аккумулятор от скачков тока, перегрева и избыточной зарядки
• К этому аккумулятору подойдет зарядное устройство Bahco BCL31C1

Технические характеристики

Download PDF

Транспортировка литиевых батарей — Полезная информация DHL Express

В связи с ростом обеспокоенности в отношении безопасности в авиационной отрасли ИКАО/ИАТА ужесточили требования к перевозке литиевых батарей, что предполагает более строгое соблюдение авиакомпаниями установленных правил.

Безопасная перевозка таких грузов воздушным транспортом и тщательное соблюдение требований ИКАО/ИАТА относятся к сфере юридической ответственности грузоотправителя. Учитывая это, ИАТА разработала руководство, с помощью которого грузоотправители смогут лучше разобраться в действующих требованиях и выполнять их.

Для грузов, содержащих литиевые батареи и требующих нанесения соответствующей маркировки или знаков, необходимо получить специальное разрешение на доставку опасных грузов.

DHL не осуществляет перевозку литий-металлических батарей, упакованных в соответствии с разделом II инструкции 968 (отдельно упакованные литий-металлические батареи).

Поскольку на пассажирских самолетах действует запрет на транспортировку литий-ионных батарей, упакованных согласно инструкции 965, DHL Express ограничила прием грузов, относящихся к этой категории.

 Введенные ограничения затронули множество видов электронного оборудования, в котором используются литиевые батареи, будь то перезаряжаемые (литий-ионные) или неперезаряжаемые (литий-металлические) аккумуляторы. Правила применяются в следующих случаях:

• Литиевые батареи упакованы и отправляются как отдельные элементы. Пример: внешние аккумуляторы.

• Литиевые батареи упакованы отдельно, но отправляются в одной коробке с оборудованием. Пример: камера с дополнительным аккумулятором.

• Литиевые батареи являются частью оборудования или установлены внутри него и поэтому отправляются в той же коробке. Пример: планшет со встроенной литиевой батареей.

Любое физическое или юридическое лицо, указанное в накладной DHL Express в качестве грузоотправителя, несет юридическую ответственность за полное соблюдение требований ИАТА в отношении опасных грузов. Эта ответственность сохраняется даже в тех случаях, когда груз, содержащий литиевые батареи, фактически не принадлежит физическому или юридическому лицу, указанному в накладной в качестве грузоотправителя.

Во избежание нежелательных последствий мы просим вас предупреждать сотрудников DHL Express перед отправкой любого груза, содержащего литиевые батареи. Наша команда профессионалов будет рада предоставить вам консультацию по актуальным требованиям ИАТА в отношении транспортировки опасных грузов и соответствующим правилам DHL.

Важно!
Испорченные и поврежденные литиевые батареи, а также литиевые батареи, которые предположительно могут быть повреждены, представляют собой опасность для людей и перевозимых грузов и запрещены к перевозке авиатранспортом.
При отправке по сети DHL ноутбуков, мобильных телефонов или другой электронной техники, содержащей литиевые батареи, необходимо до момента передачи груза сотрудникам DHL убедиться в том, что батареи не повреждены.

Справочники по отправке литиевый батарей

Справочник по отправке литиевый батарей
Правила ИАТА по отправке литиевых батарей
Литий-ионные батареи — Руководство
Литий-металлические батареи — Руководство

Дополнительную информацию вы можете уточнить у вашего коммерческого представителя.

Уйдёт ли Li-Ion? Какие источники энергии (не) заменят литий-ионные аккумуляторы в мобильных и иных устройствах

Мобильные устройства продолжают совершенствоваться. По производительности процессора и объёму оперативной памяти современные смартфоны уже не уступают настольным компьютерам пятилетней давности. Тем не менее, один из важнейших показателей долгое время остаётся практически неизменным. Речь идёт о времени автономной работы. Безусловно, появление литий-ионной батареи обеспечило некоторый прорыв, но мобильное устройство, способное полноценно функционировать хотя бы неделю без подзарядки — пока фантастика. Есть ли у пользователей причины для хотя бы сдержанного оптимизма? Попробуем разобраться.

Физика против инженерии

Литий — третий элемент периодической таблицы Менделеева. Самый лёгкий металл, способный принимать участие в окислительно-восстановительной реакции, на которой основаны все химические источники энергии. Природа наделила его самым низким электронным потенциалом и самой высокой токовой нагрузкой. Иными словами, есть естественные ограничения, обойти которые не по силам даже гениальному инженеру. Возможно, когда-нибудь будет найдено что-то лучше используемого сегодня оксида литий-кобальта, но одно можно утверждать смело — в состав этого вещества будет входить литий.

Литий — самый лёгкий из земных металлов, способный принимать участие в окислительно-восстановительной реакции

Также очевидно, что применение комбинации элементов не позволит улучшить все характеристики батареи одновременно. Максимум возможного — подобрать их оптимальное сочетание для решения конкретной задачи.

Благие намерения

Тем не менее, инженеры предпринимали попытки создать батарею для смартфонов, существенно превосходящую по всем параметрам литий-ионный аккумулятор. Причём некоторые из них нельзя назвать неудачными, несмотря на то, что изначально поставленная задача решена не была.

Например, компания Toyota десять лет назад приступила к созданию серно-магниевого элемента, где в качестве анода используется магний, а катод изготовлен из смеси серы и графита. Её главная особенность заключается в электроёмкости, которая теоретически может превышать 1700 Вт·ч/кг. Однако практическому использованию препятствовали некоторые особенности, радикально ухудшающие другие характеристики. Электролитом в такой батарее планировалось использовать раствор поваренной соли, но он растворял серу. Инженерам пришлось поработать над созданием нейтральной по отношению к этому веществу среды на основе ненуклеофильных частиц.

Несмотря на это обойтись без литий-ионного компонента всё равно не получилось. Его внедрение позволило довести срок службы батареи до 110 циклов. Работы в данном направлении продолжаются, и пока сложно прогнозировать, найдут ли серно-магниевые элементы применение в мобильных устройствах, но в случае успеха батареям такой энергоёмкости наверняка найдётся применение.

Неперезряжаемые литий-металлических батареи существуют относительно давно, и ими уже никого не удивишь. Но компания SolidEnergy Systems, корни которой исходят из знаменитого Массачусетского технологического института, взялась за создание аккумуляторных литий-металлических элементов. Причина та же, что в случае с серо-магниевыми элементами: энергоёмкость таких ячеек теоретически должна быть вдвое выше, чем у литий-кобальтовых.

Расплачиваться за это сначала пришлось неприемлемой для практического использования взрывоопасностью — на катоде и аноде образуются металлические наросты — дендриты, приводящие к короткому замыканию. Впрочем, при помощи серых и фосфорных добавок в электролит, эту проблему удалось решить.

Общий вид металлических образований на катодах и анодах АКБ

Тем не менее, пока рано говорить о широком использовании литий-металлических аккумуляторов. Они до сих пор отличаются непомерно высокой ценой и очень долгой зарядкой.

Накапливать или вырабатывать?

А может быть аккумулятор — не объективно необходимый компонент мобильного устройства, а дань стереотипам? Те же кардиостимуляторы работают от батарей, основанных на распаде радиоактивного изотопа. Правда, мощность источников измеряется в микроваттах, что для телефона явно недостаточно. Тем не менее, перспективные разработки карманных электростанций уже существуют.

Кардиостимулятор или, если по-научному, — кардиальный водитель ритма

Например, 20 лет продолжаются работы по созданию ячейки, представляющей собой топливный элемент на основе распада метанола. Он окисляется в диоксид углерода, а освобождающийся водород соединяется с кислородом и образует экологически чистую воду. Впрочем, полностью автономной такую ячейку назвать нельзя, поскольку она нуждается в «заправке» метанолом. Смысл такого элемента, скорее, в скорости «перезарядки». Сменил картридж и аппарат снова готов к работе.

Из-за больших размеров использовать топливный элемент в самих смартфонах оказалось проблематичным. Идея воплотилась с появлением пауэр-банка Dynario, который в своё время выпускала компания Toshiba.

Но всё ограничилось экспериментальной серией. Высокая цена как самого устройства, так и картриджей с метанолом покупателю не понравились. К тому же, метанол ядовит, что также не способствовало популярности инновационного изделия.

А пока пользователи мобильных устройств прекрасно обходятся без метанола, топливные элементы на водороде успешно применяются в электромобилях Toyota и мобильных электростанциях Toshiba H₂One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Химические реакции в ней протекают под действием энергия от солнечных батарей или из аккумуляторов, в которых запасаются излишки.

Ещё одна идея — использовать неисчерпаемую энергию солнца. Тем более, что прозрачные солнечные панели уже существуют и никто не мешает установить их поверх экрана. Но вырабатываемая на такой небольшой площади мощность настолько мала, что всерьёз говорить о практическом использовании пока просто смешно.

Целесообразность применения прозрачных солнечных панелей до сих пор остаётся под большим вопросом

Секрет успеха

Как это часто бывает, практически ценные результаты были получены не полётом фантазии, а кропотливым трудом, направленным на улучшение существующих решений.

Так, литий-титанатные аккумуляторы характеризуются быстрой зарядкой до полной ёмкости и отдачей высокого тока. Из-за низких напряжения и энергоёмкости они получаются достаточно габаритными, но это не препятствует их применению в транспорте, где именно такие показатели имеют критически важное значение.

В фонарик уже не вставишь, а вот для авто — в самый раз

Литий-марганцевые батареи отличаются высоким отдаваемым током. Их сфера применения — электроинструмент и другие устройства, нуждающиеся именно в большой силе тока.

Наконец, литий-кобальтовые элементы — это высокая энергоёмкость в сочетании с небольшими размерами. Поэтому мобильные устройства работают именно на них.

Как нетрудно заметить, пока технология Li-Ion доминирует во всех сегментах и нет оснований считать, что в ближайшем будущем что-то изменится: от добра добра не ищут — потребуются очень веские основания для отказа от привычного и хорошо работающего. Даже если очень хочется чего-то лучшего.

Автор: Владимир Максимов, руководитель департамента развития новых направлений бизнеса компании Toshiba в России

Механизм взрыва литиевых аккумуляторов удалось подавить — Наука

ТАСС, 14 октября. Химики из США выяснили, как внутри литиевых аккумуляторов возникают так называемые «усы» — микроскопические нити из металлического лития, которые вызывают короткие замыкания и провоцируют взрыв батареи. Это поможет создать полностью безопасные батареи, пишут ученые в журнале Nature Nanotechnology.

«Мы не просто хотели подавить рост отдельных «усов», а понять, что именно порождает их, и ликвидировать общую причину их появления. Я надеюсь, что наше открытие заставит все сообщество иначе взглянуть на эту проблему и найти новые пути для борьбы с ней», — заявил один из авторо работы, Чунминь Ван из Северо-западной Национальной лаборатории в Ричланде (США). 

Современные аккумуляторы состоят из трех частей — катода, анода и электролита. Первый играет роль положительного полюса и источника энергии, второй — отрицательного полюса и «изымателя» тока, а электролит позволяет носителям заряда передвигаться между катодом и анодом. Мощность аккумуляторов напрямую зависит от состава катода, а их долговечность — от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда.

От устройства всех компонентов батареи зависит и то, насколько они опасны для человека. К примеру, многие типы современных литий-ионных аккумуляторов взрываются из-за того, что при перегреве внутри них начинают возникать короткие замыкания. Они еще больше нагревают аккумулятор, испаряют электролит, превращая его в пузырьки горячего газа.

Эта своеобразная цепная реакция раскаляет внутренности бывшей батареи до температуры примерно в тысячу градусов Цельсия. В конечном итоге скапливающийся газ разрывает корпус аккумулятора на части и происходит взрыв, выбрасывающий расплавленное содержимое батареи наружу. В результате телефон или другой гаджет повреждаются и могут нанести тяжелые увечья его владельцу.

Все эти процессы, как объясняет Ван, связаны с формированием так называемых «усов» — тонких и очень длинных нитей из чистого металлического лития, которые могут проникать через электролит и барьер между катодом и анодом. В некоторых случаях они соединяют их между собой, формируя короткое замыкание и порождая все те реакции, которые ведут к взрыву аккумулятора.

Батарея с «усами»

Как именно формируются «усы», ученые не знали, так как у них не было возможности заглянуть внутрь батареи и проследить за тем, что изменяется в ее структуре непосредственно перед началом цепной реакции и выходом аккумулятора из строя. Американские химики смогли решить эту проблему, создав своеобразную «нанобатарейку», в которой роль анода играло жало атомно-силового микроскопа, а катода — кусочек металлического лития.

Пропуская ток через анод и поднимая его, ученые одновременно решали две задачи — они помогали литиевым «усам» на катоде формироваться и заставляли их расти в сторону жала атомно-силового микроскопа. Кроме того, исследователи изучали структуру этих металлических нитей и наблюдали за манерой их роста.

Эти опыты помогли ученым раскрыть несколько важных особенностей этого процесса, которые нужно учитывать при создании действительно полностью безопасных литий-ионных батарей, а также первых полноценных аккумуляторов на базе чистого металлического лития.

К примеру, химики обнаружили, что «усы» растут очень быстро, двигаясь со скоростью 250 нанометров в секунду в сторону противоположно заряженного электрода. Между тем место их формирования и манера движения сильно зависели от структуры кристаллов лития, наличия соединений углерода в электролите и устройства поверхности самих электродов. Знание этих особенностей, как отмечает Ван, позволяет предсказывать манеру роста «усов» и предотвращать их контакт с анодом или катодом.

Пользуясь этими сведениями, ученые смогли подавить формирование «усов», добавив в электролит циклогексанон, слаботоксичное соединение кислорода и бензола с ароматом мяты. Дальнейшие наблюдения за ростом нанонитей из лития, как надеются химики, помогут подобрать более эффективные способы борьбы с ними и создать действительно безопасные аккумуляторы.

Разработчик алюминиево-ионных аккумуляторов заявляет, что они заряжаются в 60 раз быстрее, чем литий-ионные, предлагая прорыв в диапазоне электромобилей

Революционная технология графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов способна выбросить литий-ионные батареи из-за энергии, … [+] плотности энергии, скорости перезарядки и экологичности. Фото: Группа производителей графена

Группа по производству графена

Беспокойство по поводу дальности, опасения по поводу утилизации и быстрой зарядки — все это может стать частью истории электромобилей с изобретением австралийских аккумуляторов, основанным на нанотехнологиях.

Утверждается, что графеновые алюминиево-ионные аккумуляторные элементы от компании Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена заряжаются до 60 раз быстрее, чем лучшие литий-ионные элементы, и удерживают в три раза больше энергии, чем лучшие элементы на основе алюминия.

Они также более безопасны, не имеют верхнего предела в амперах, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичны и легче утилизируются благодаря стабильным материалам основы. Тестирование также показывает, что проверочные батареи типа «таблетка» служат в три раза дольше, чем литий-ионные версии.

GMG планирует вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторные батареи в конце этого или в начале следующего года, а выпуск автомобильных аккумуляторных элементов планируется в начале 2024 года.

Созданные на основе передовой технологии Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ), в элементах батарей используются нанотехнологии, позволяющие вставлять атомы алюминия внутрь крошечных отверстий в графеновых плоскостях.

Алюминиево-ионная технология от Graphene Manufacturing Group позволяет зарядить iPhone менее чем за 10 часов… [+] секунды. Он работает, бросая атомы алюминия в отверстия в графене. Фото: Группа производителей графена

Группа по производству графена

Тестирование, проведенное рецензируемым специализированным изданием Advanced Functional Materials Публикация заключила, что элементы обладают «выдающимися высокопроизводительными характеристиками (149 мАч г-1 при 5 А г-1), превосходящими все ранее описанные катодные материалы AIB».

Управляющий директор

GMG Крейг Никол настаивал на том, что, хотя элементы его компании — не единственные разрабатываемые графеновые алюминиево-ионные элементы, они, несомненно, являются самыми мощными, надежными и быстро заряжающимися.

«Он заряжается так быстро, что это по сути суперконденсатор», — заявил Николь. «Он заряжает монетный элемент менее чем за 10 секунд».

Утверждается, что новые аккумуляторные элементы обеспечивают гораздо большую удельную мощность, чем существующие литий-ионные аккумуляторы, без проблем с охлаждением, нагревом или редкоземельными элементами, с которыми они сталкиваются.

«Пока проблем с температурой нет. Двадцать процентов литий-ионной аккумуляторной батареи (в автомобиле) связано с их охлаждением. Очень высока вероятность, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев », — заявил Николь.

«Он не перегревается и пока хорошо работает при минусовых температурах при тестировании.

«Им не нужны контуры для охлаждения или обогрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в упаковке 100 кВт / ч».

При перезарядке алюминиево-ионных аккумуляторов они возвращаются к отрицательному электроду и обменивают три алюминиевых … [+] электрона на ион, тогда как максимальная скорость литиевых составляет всего один. Фото: Группа производителей графена

Группа по производству графена

Новую технологию ячеек, настаивал Николь, можно было бы индустриализировать, чтобы она могла поместиться в существующие литий-ионные корпуса, такие как архивная фотография MEB от Volkswagen Group, что позволит избежать проблем с архитектурой автомобильной промышленности, которая, как правило, используется до 20 лет.

«Наши будут иметь ту же форму и напряжение, что и нынешние литий-ионные элементы, или мы можем придать любую необходимую форму», — подтвердил Николь.

«Это прямая замена, которая заряжается так быстро, что это, по сути, суперконденсатор.

«Некоторые литий-ионные элементы не могут работать более 1,5-2 ампер, иначе вы можете взорвать аккумулятор, но наша технология не имеет теоретических ограничений».

Алюминиево-ионные аккумуляторные элементы — горячая почва для разработок, особенно для использования в автомобилях.

Одни только недавние проекты включали сотрудничество между Китайским Технологическим университетом Даляня и Университетом Небраски, а также другими проектами из Корнельского университета, Университета Клемсона, Университета Мэриленда, Стэнфордского университета, Департамента полимеров Университета Чжэцзян и промышленного консорциума European Alion. .

Различия носят сугубо технический характер, но в ячейках GMG используется графен, полученный с помощью собственного плазменного процесса, а не из традиционных источников графита, и в результате плотность энергии в три раза превышает плотность энергии следующей лучшей ячейки из Стэнфордского университета.

Алюминиево-ионный монетный элемент Graphene Manufacturing Group будет запущен в производство в начале 2022 года. Фото: … [+] Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена Алюминий-ионная технология производства

Stanford с природным графитом обеспечивает мощность 68,7 Вт / кг и 41,2 Вт / кг, в то время как пена графита обеспечивает мощность до 3000 Вт / кг.

Аккумулятор GMG-UQ нагнетает мощность от 150 до 160 Вт / кг и до 7000 Вт / кг.

«Они (UQ) нашли способ проделывать дыры в графене и способ хранить в дырках атомы алюминия ближе друг к другу.

«Если мы просверлим отверстия, атомы застрянут внутри графена, и он станет намного более плотным, как шар для боулинга на матрасе».

В рецензируемой публикации Advanced Functional Materials обнаружено, что трехслойный графен с перфорацией на поверхности (SPG3-400) имеет «значительное количество мезопор в плоскости (≈2,3 нм) и чрезвычайно низкое отношение O / C 2,54%. , продемонстрировал отличные электрохимические характеристики.

«Этот материал SPG3-400 демонстрирует исключительную обратимую емкость (197 мАч г-1 при 2 А г-1) и выдающуюся производительность», — говорится в заключении.

Алюминий-ионная технология имеет существенные преимущества и недостатки по сравнению с выдающейся литий-ионной аккумуляторной технологией, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле.

Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития, равного только одному.

Использование алюминиево-ионных элементов дает также огромное геополитическое, ценовое, экологическое и вторичное преимущество, поскольку в них практически не используются какие-либо экзотические материалы.

«Это в основном алюминиевая фольга, хлорид алюминия (прекурсор алюминия, который может быть переработан), ионная жидкость и мочевина», — сказал Николь.

«Девяносто процентов мирового производства и закупок лития по-прежнему осуществляется через Китай, а 10 процентов — через Чили.

«У нас есть весь необходимый нам алюминий прямо здесь, в Австралии, и его можно безопасно производить в странах первого мира».

Главный научный сотрудник Graphene Manufacturing Group д-р Ашок Кумар Нанджундан (слева) и д-р… [+] Сяодан Хуанг из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий при Квинслендском университете обсуждает прорыв в области батарей. Фото: Производственная группа графена.

Группа по производству графена

Компания GMG, зарегистрированная на бирже TSX Venture в Канаде, подключилась к технологии графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов UQ, снабдив университет графеном.

«Наш ведущий специалист по продуктам д-р Ашок Нанджундан с самого начала участвовал в проекте Университета Квинсленда в своем исследовательском центре нанотехнологий», — сказал Николь, признав, что GMG почти «повезло» с этой технологией, бесплатно предоставив для исследовательских проектов свой графен. .

GMG не заключила договор о поставках с крупным производителем или производственным предприятием.

«Мы еще не связаны с крупными брендами, но это может войти в Apple iPhone и зарядить его за секунды», — подтвердил Николь.

«Сначала мы выведем на рынок монетную ячейку. Он заряжается менее чем за минуту и ​​имеет в три раза больше энергии, чем литий », — говорится в продукте Barcaldine.

«Это также гораздо менее вредно для здоровья. Ребенка можно убить литием, если его проглотить, но не алюминием.”

Монетная батарея станет первой производимой алюминиево-ионной батареей Graphene Manufucturing Group, … [+] которая начнется в начале следующего года. Фото: Группа производителей графена

Группа по производству графена

Еще одно преимущество — стоимость. Литий подорожал с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну на этой неделе, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период.

Еще одно преимущество состоит в том, что в графеновых алюминиево-ионных элементах GMG не используется медь, которая стоит около 8470 долларов США за тонну.

Хотя он открыт для производственных соглашений, предпочтительный план GMG состоит в том, чтобы «работать» с технологией, насколько это возможно, сначала с установками от 10 гигаватт до 50 гигаватт, даже если Австралия не может быть логическим первым выбором для производственного предприятия.

Это не единственная компания из Брисбена, которая продвигает в мир аккумуляторные батареи.

PPK Group имеет совместное предприятие с Deakin University по разработке литий-серных батарей, а Vecco Group подтвердила сделку с Shanghai Electric по производству ванадиевых батарей для коммерческого хранения энергии в Брисбене.

исследователей разработали долговечные твердотельные литиевые батареи — Harvard Gazette

Долговечные батареи с быстрой зарядкой необходимы для расширения рынка электромобилей, но сегодняшние литий-ионные батареи не отвечают потребностям — они слишком тяжелые, слишком дорогие и требуют слишком много времени для зарядки.

На протяжении десятилетий исследователи пытались использовать потенциал твердотельных литий-металлических батарей, которые содержат значительно больше энергии в том же объеме и заряжаются за меньшее время по сравнению с традиционными литий-ионными батареями.

«Литий-металлический аккумулятор считается святым Граалем для химии аккумуляторов из-за его высокой емкости и плотности энергии», — сказал Синь Ли, доцент кафедры материаловедения Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS). . «Но стабильность этих батарей всегда была плохой».

Теперь Ли и его команда разработали стабильную литий-металлическую твердотельную батарею, которую можно заряжать и разряжать не менее 10 000 раз — гораздо больше циклов, чем было продемонстрировано ранее — при высокой плотности тока.Исследователи объединили новую конструкцию с коммерческим катодным материалом с высокой плотностью энергии.

Эта технология аккумуляторов может увеличить срок службы электромобилей по сравнению с бензиновыми автомобилями — от 10 до 15 лет — без необходимости замены аккумулятора. Благодаря своей высокой плотности тока аккумулятор может проложить путь для электромобилей, которые могут полностью заряжаться в течение 10-20 минут.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Доцент Синь Ли и его команда разработали стабильную литий-металлическую батарею, которую можно заряжать и разряжать не менее 10 000 раз.Элиза Гриннелл / Гарвард SEAS

«Наше исследование показывает, что твердотельная батарея может фундаментально отличаться от коммерческой литий-ионной батареи с жидким электролитом», — сказал Ли. «Изучая их фундаментальную термодинамику, мы можем раскрыть их превосходные характеристики и использовать их многочисленные возможности».

Большой проблемой с литий-металлическими батареями всегда была химия. Литиевые батареи перемещают ионы лития от катода к аноду во время зарядки. Когда анод изготовлен из металлического лития, на поверхности образуются игольчатые структуры, называемые дендритами.Эти структуры врастают в электролит и пробивают барьер, разделяющий анод и катод, вызывая короткое замыкание или даже возгорание батареи.

Чтобы преодолеть эту проблему, Ли и его команда разработали многослойную батарею, в которой между анодом и катодом размещены различные материалы разной стабильности. Эта многослойная батарея из разных материалов предотвращает проникновение дендритов лития не за счет их полной остановки, а за счет их контроля и сдерживания.

Думайте о батарее как о бутерброде BLT. Сначала идет хлеб — металлический литий-анод — а затем салат — графитовое покрытие. Затем слой томатов — первый электролит — и слой бекона — второй электролит. Завершите его еще одним слоем помидоров и последним куском хлеба — катодом.

Аккумулятор BLT. Сначала идет хлеб — металлический литий-анод — за ним следует салат — графитовое покрытие. Затем слой томатов — первый электролит — и слой бекона — второй электролит.Завершите его еще одним слоем помидоров и последним куском хлеба — катодом. Предоставлено: Лиза Берроуз / Гарвард SEAS

Первый электролит (химическое название Li _5,5 PS _4,5 Cl _1,5 или LPSCI) более стабилен с литием, но склонен к проникновению дендритов. Второй электролит (Li ₁₀ Ge ₁ P ₂ S ₁₂ или LGPS) менее стабилен с литием, но кажется невосприимчивым к дендритам. В этой конструкции дендритам позволяют прорастать через графит и первый электролит, но они останавливаются, когда достигают второго.Другими словами, дендриты прорастают через салат и помидоры, но останавливаются на беконе. Барьер для бекона не дает дендритам проталкиваться и закорачивать аккумулятор.

«Наша стратегия включения нестабильности для стабилизации батареи кажется нелогичной, но точно так же, как анкер может направлять и контролировать шуруп, врезающийся в стену, точно так же наше руководство по многослойному дизайну и контролирует рост дендритов», — сказал Лухан Йе. соавтор статьи и аспирант SEAS.

«Разница в том, что наш якорь быстро становится слишком тугим, чтобы дендрит не мог просверлить отверстие, поэтому рост дендрита останавливается», — добавил Ли.

Аккумулятор тоже самовосстанавливающийся; его химический состав позволяет ему заполнять дыры, созданные дендритами.

«Эта экспериментальная конструкция показывает, что литий-металлические твердотельные батареи могут быть конкурентоспособными с коммерческими литий-ионными батареями», — сказал Ли. «А гибкость и универсальность нашей многослойной конструкции делает ее потенциально совместимой с процедурами массового производства в аккумуляторной промышленности.Масштабировать его до коммерческой батареи будет непросто, и все еще есть некоторые практические проблемы, но мы верим, что они будут преодолены ».

Гарвардское управление технологического развития защитило портфель интеллектуальной собственности, связанный с этим проектом, который расширяется до коммерческих приложений при поддержке Гарвардского ускорителя физических наук и инженерии и Гарвардского фонда решений по изменению климата.

ученых нашли Святой Грааль электромобилей

Дугал Уотерс, Getty Images

• В новой статье впервые представлена ​​стабильная конструкция литий-металлической батареи.
• Литий-ионные батареи имеют недостатки, которые можно исправить литий-металлическими батареями.
• Эта новая батарея добавляет технологию самовосстановления, которая закрывает трещины, в которых образуются дендриты.

---

Литий-ионные батареи являются основой большинства современных электронных устройств, включая электромобили. Но, несмотря на все их преимущества, которые меняют правила игры, у батареек все же есть врожденный недостаток: дендриты. Эти тонкие, изогнутые, похожие на деревья кусочки лития образуют острые концы и в конечном итоге протыкают батарею, вызывая короткое замыкание и другие проблемы.Это в конечном итоге сокращает срок службы литий-ионных батарей и оставляет большие возможности для улучшения.

➡

Вы думаете, что наука — это круто. И мы тоже. Давайте вместе поработаем над этим.

Ученые сосредоточили свое внимание на изучении образования дендритов лития, чтобы увидеть, как они могут сделать более совершенные и долговечные батареи для электромобилей. Теперь исследователи Гарвардского университета говорят, что у них есть ответ: литий--металлическая батарея , изготовленная из твердотельного металлического материала, а не литий-ионного, устраняет надоедливые дендриты и обеспечивает большую структурную стабильность, чем батарея, состоящая из жидких или графитовых материалов. .

Хотя зеленый электролит более стабилен с литием, он также более склонен к образованию дендритов. Коричневый электролит менее стабилен с литием, но невосприимчив к дендритам. Здесь дендриты прорастают через графит и зеленый электролит, но останавливаются, когда попадают в коричневый электролит.

Second Bay Studios / Гарвард SEAS

Думайте о новой батарее как о BLT: «Наша многослойная конструкция имеет структуру менее стабильного электролита, зажатого между более стабильными твердыми электролитами, что предотвращает рост дендритов лития», — говорят ученые в в своем новом исследовании , которое появляется в Nature .

Изготовление батареи в основном из твердых материалов помогает предотвратить образование дендритов более чем одним способом. С механической точки зрения гораздо легче расколоть тонкую металлическую или керамическую оболочку, чем, например, пробить твердый анод батареи. Но эта конструкция идет еще дальше, химически учитывая любые трещины с «динамически генерируемыми разложениями», которые заполняют и останавливают потенциальные дендриты, говорят ученые.

Представьте новую батарею как BLT: хлеб — это литий-металлический анод, салат — это графит, помидоры — это первый электролит, а бекон — второй электролит.Добавьте еще один слой первого электролита и накройте его катодом.

Гарвардское море

Что изменится, если мы перейдем с литий-ионных аккумуляторов на литий-металлические? Что ж, литий-металлические батареи на легче, мощнее на и служат дольше … в идеальном мире. К сожалению, когда ученые экспериментировали с литий-металлическими батареями в прошлом, они были чрезвычайно нестабильными и часто взрывались. Вот почему ученые давно требуют стабилизировать литий-металлическую батарею и вывести на рынок жизнеспособную коммерческую версию.

Уменьшение или устранение образования дендритов имеет решающее значение для любой из этих схем, потому что удаление наиболее изменчивой части срока службы батареи значительно снижает любые неблагоприятные последствия. Ученые из Гарварда проверили свою батарею в течение 10 000 циклов зарядки, что соответствует сроку службы обычного автомобиля, работающего на ископаемом топливе, и является огромным шагом вперед. Они обнаружили, что их конструкция все еще удерживала 82 процента заряда после 10 000 циклов.

Из пресс-релиза Гарварда:

«Эта аккумуляторная технология может увеличить срок службы электромобилей до бензиновых — от 10 до 15 лет — без необходимости замены аккумулятора.Благодаря своей высокой плотности тока аккумулятор может проложить путь для электромобилей, которые могут полностью заряжаться в течение 10-20 минут ».

Что все это означает для будущего аккумуляторов и электромобилей? Если дизайн будет работать так, как планировалось, он может в одиночку открыть дверь для литий-металлических батарей на рынке. Для электромобилей стоимость только батарей составляет тысячи долларов, и снижение частоты отказов, а также веса батарей может дать огромную экономию.

«Литий-металлический аккумулятор считается святым Граалем в области химии аккумуляторов из-за его высокой емкости и плотности энергии», — сказал Синь Ли из Гарварда в интервью изданию Independent . «Эта экспериментальная конструкция показывает, что литий-металлические твердотельные батареи могут быть конкурентоспособными с коммерческими литий-ионными батареями».

---

🎥 А теперь смотрите это:

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Руководство по уходу за литий-ионными аккумуляторами

— Часть вторая

Литий-ионные аккумуляторы — самые распространенные аккумуляторы в бытовой электронике. Они используются во всем: от сотовых телефонов до электроинструментов и электромобилей и т. Д. Однако у них есть четко определенные характеристики, которые вызывают их износ, и понимание этих характеристик может помочь вам удвоить или даже больше срок службы ваших батарей.Это особенно полезно для продуктов, в которых нет сменных батарей.

Износ батареи — это потеря емкости и / или повышенное внутреннее сопротивление. Последнее не является хорошо известной концепцией, но со временем аккумулятор может выдавать меньшую силу тока по мере старения аккумулятора, и в конечном итоге аккумулятор не может вырабатывать мощность достаточно быстро, чтобы вообще работать с устройством, даже если аккумулятор не разряжен.

Применяются стандартные заявления об отказе от ответственности, все рекомендации носят исключительно информационный характер, CleanTechnica не несет ответственности за любой ущерб, вызванный неточной информацией или выполнением любых предоставленных рекомендаций.Кроме того, новая технология может изменить обсуждаемые характеристики, сделав их менее или более актуальными в будущем или даже сделав их устаревшими.

---

Литий-ионные батареи Возраст от следующих факторов:

• Время — Часть первая
• Циклы — Часть первая
• Температура хранения / эксплуатации — В этой статье
• Зарядка — В этой статье
• Discharging — Часть третья (готовится к выпуску)
• Глубина заряда — Часть четвертая (скоро)
• Время, проведенное почти при полном / пустом — Часть четвертая (готовится к выпуску)
• Глубина разряда — Часть пятая (готовится к выпуску)
• End Of Life — Part Five (готовится к выпуску)
• Резюме — Часть шестая (готовится к выпуску)

Температура хранения и эксплуатации

Литий-ионные батареи

обеспечивают оптимальный срок службы при температуре около 10-20ºC (50-70ºF).Это может быть непрактично для гарантии для электромобилей, но если у вас есть гараж с климат-контролем или подземная парковка, вы можете помочь продлить срок их службы, когда автомобиль не используется. Считается, что суровые зимние температуры вредны для аккумуляторов, но высокие температуры чрезвычайно суровы для литиевых аккумуляторов, поскольку они значительно ускоряют износ, вызванный температурой. Большинство аккумуляторов имеют жидкостное охлаждение, но когда вы не пользуетесь автомобилем, только некоторые модели активно охлаждают аккумуляторы на стоянке. Ярким примером аккумуляторов, убивающих тепло, было первое поколение Nissan Leaf в жарком климате, которое быстро теряло емкость из-за того, что они охлаждались воздухом и работали при температурах пустыни.

Однако для таких предметов, как сотовые телефоны, электроинструменты и другие мелкие товары, вы можете более легко контролировать их хранение и рабочую температуру. Хранение их в помещении зимой и в зданиях или подвалах с кондиционированием воздуха летом и вдали от прямых солнечных лучей (при эксплуатации и особенно когда они не используются) поможет продлить срок их службы.

Если вы обнаружите, что ваши батареи перегреваются во время использования или зарядки, вам следует попытаться выяснить, почему. Вы можете определить, перегревается ли аккумулятор, если он очень горячий на ощупь.Конечно, если батарея вздулась, по возможности отключите ее, а если она дымится или загорается, немедленно позвоните в местную пожарную службу и эвакуируйте из здания, так как пары токсичны.

электромобилей обычно имеют жидкостное охлаждение и обычно могут регулировать температуру аккумулятора. Хотя проблемы могут возникать очень редко, при возникновении проблемы с аккумулятором обратитесь к производителю автомобиля.

Иногда сотовые телефоны перегревают аккумулятор по неизвестным причинам. Это может быть вызвано ошибкой приложения, открытым слишком большим количеством приложений, нагрузкой на процессор или другой проблемой операционной системы.Попробуйте определить причину и устранить ее. Будет ли это связано с прекращением использования определенного приложения (и обращением к автору приложения), выполнением сброса настроек или обращением к производителю телефона.

Использование телефона в качестве GPS с креплением на лобовое стекло может нагреть батареи до очень высоких температур. Это тривиал — прямой солнечный свет, зарядка и высокое энергопотребление. Однако направление переменного тока к области лобового стекла иногда может помочь снизить температуру телефона. Есть приложения, которые сообщат вам текущую температуру батареи.

Если такие предметы, как электроинструменты, аккумуляторные батареи или другие изделия с литий-ионным питанием, перегреваются, обратитесь к производителю. Некоторые могут утверждать, что это нормально, но если это плохо спроектировано, то производитель решил навязать плохой дизайн своим клиентам, которые в конечном итоге получат преждевременно устаревшие батареи. В этом случае посмотрите, сможете ли вы получить замену гудвилла в случае преждевременного отказа, и / или найдите конкурента с более качественным продуктом. Как и в случае с любым дорогим продуктом, сохраняйте квитанции и записывайте срок гарантии.Некоторые кредитные карты предлагают бесплатные расширенные гарантии на покупки, если карта используется для покупки рассматриваемого предмета (например, удвоение гарантии до дополнительного года). Проконсультируйтесь с провайдером карты, чтобы узнать, есть ли у вас дополнительное покрытие.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи предпочитают заряжать примерно на 1/4 своей емкости или меньше за час. С точки зрения батареи это известно как 0,25C (C — емкость батареи). Более быстрая зарядка вызывает большую нагрузку на аккумулятор.Некоторые химические соединения лучше справляются с более быстрой зарядкой, чем другие, хотя химический состав вашего продукта был выбран производителем при его разработке.

Однако потребители предпочитают более быструю зарядку, поэтому производители часто разрабатывают зарядное устройство с учетом этого. Зарядка выше 1С намного тяжелее на батарее. Лучший способ уменьшить это напряжение — использовать зарядное устройство, которое заряжается медленнее. Для мобильного телефона, заряжаемого через USB, это довольно просто — у большинства из нас есть старые зарядные устройства.Емкость вашего телефона легко найти в Google, и зарядное устройство с температурой 0,25 ° C найти несложно. Предполагается, что у вас есть время подождать, пока он зарядится. Избегайте зарядки телефона в течение ночи (об этом мы поговорим в следующей части четвертой). Для таких предметов, как электроинструменты или газонное оборудование, зарядное устройство, поставляемое с ним, может не иметь выбираемой пользователем скорости зарядки, и вы можете застрять с быстрой зарядкой. Или вы можете купить более медленное зарядное устройство.

Тем не менее, многие люди разочаровываются в медленной зарядке, даже если в будущем у них будет больше времени автономной работы (и многие все равно меняют свои мобильные телефоны каждые два года, ага!).Если хочется более быстрой зарядки, то 0.5С (пиковая) не страшно. Но помните об этом, так как 1С или выше будет быстрее изнашивать вашу батарею.

Для электромобилей старайтесь не перезаряжать Tesla, если только вам не нужна самая быстрая зарядка (скажем, в поездке). Большинство электромобилей могут заряжаться с разной скоростью, выбираемой программным обеспечением или зарядным устройством. Не стесняйтесь изучать свои варианты. Также многие электромобили могут задерживать зарядку после подключения дома. Это идеально, если вы можете выбрать время начала или окончания зарядки, чтобы зарядка завершалась примерно в то время, когда вы начинаете свой день.Таким образом, автомобиль тратит меньше времени при высоком уровне заряда (причина этого объясняется в аспекте глубины заряда в четвертой части этой серии статей).

Не оставляйте аккумуляторы подключенными к зарядному устройству после завершения зарядки. Если их оставить подключенными, они обычно поддерживают заряд батареи на 100%, что значительно сокращает ее срок службы.

Следите за обновлениями для части третьей, характеристики разряда

---

Краткое изложение терминологии, используемой в мире батарей:

Алгоритм зарядки = батарея заряжается при постоянном токе , , затем почти полностью заряжена (обычно более 80%), зарядное устройство переключается на постоянное напряжение . Скорость зарядки снижается, пока аккумулятор не зарядится на 100%. Многие электромобили модифицируют этот алгоритм.

C = Емкость аккумулятора

• Выходная мощность батареи измеряется в 1 / C. 1C означает, что батарея разряжена за один час, 2C означает 30 минут (1/2 часа), 3C означает разрядку через 20 минут (1/3 часа) и т. Д.
• Заряд также можно измерить в градусах Цельсия, 1С означает зарядку за 1 час, 0,5С зарядка за 2 часа, 2С зарядка за 30 минут и т. Д.
  Скорость заряда обычно не линейна, батарея обычно заряжается быстрее, пока не достигнет стадии постоянного напряжения.

Series = Несколько батарей, соединенных в цепь, чтобы увеличить общее напряжение батареи.

Параллельно = Несколько батарей подключены бок о бок для увеличения силы тока вместо напряжения.

(x) S (x) P конфигурация = объясняет, как подключены несколько батарей. 4S2P, например, означает 8 ячеек, четыре в ряду и два параллельных ряда

Вольт (В) = электрический потенциал. Розетки измеряются в вольтах.

Ампер (А) = количество кулонов электронов, переносящих эти вольт.

Вт (Вт) = Вольт x Ампер. Энергия / Энергопотребление часто измеряется в ваттах. Киловатт — это 1000 ватт. кВтч — это киловатты в час.

Энергия измеряется в Джоулях и может быть преобразована в Вт / секунду, если у вас есть компонент времени.

Мощность = Энергия с течением времени. Обычно измеряется в ваттах. Один Джоуль в секунду составляет 1 ватт. То же количество джоулей или ватт за половину времени — это удвоенная мощность.

Номинальное напряжение = Напряжение, используемое для расчета ватт батареи.

Емкость аккумулятора = сколько Ач мощности может выдать аккумулятор (новый).

Нагрузка = Устройство, которое использует питание от аккумулятора.

Внутреннее сопротивление батареи влияет на ее выходную мощность. Повышенное внутреннее сопротивление — это снижение выходной мощности, которую может выдать аккумулятор. На выход энергии в некоторой степени влияет повышенное внутреннее сопротивление.

Рекомендуемое изображение: Kristoferb, под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

---

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.

---

---

У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

---

Стартап по переработке и производству литий-ионных аккумуляторов привлек 20 миллионов долларов от мировых лидеров отрасли

«Battery Resourcers находится на пороге революции в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов».

Твитнуть

Финансирование будет направлено на развитие промышленного перерабатывающего предприятия с годовой производительностью для обработки 10 000 тонн аккумуляторов — или аккумуляторов примерно от 20 000 электромобилей (EV) в год.

В отличие от других компаний по переработке аккумуляторов, Battery Resourcers предлагает принципиально новый подход к производству литий-ионных аккумуляторов, начиная со смешанного потока использованных литий-ионных аккумуляторов и заканчивая производством готовых готовых к использованию катодных активных материалов. При извлечении металла 97% компания Battery Resourcers может производить активные катодные материалы на основе никель-марганец-кобальта (NMC) со снижением затрат на 35%, сокращением выбросов на 32% и снижением энергопотребления на 13% по сравнению с производством чистого катода.

Компания также разрабатывает новый процесс извлечения и очистки графита, который позволит возвращать как катодные, так и анодные активные материалы производителям новых батарей.

«Battery Resourcers находится на пороге революции в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов», — сказал генеральный директор Battery Resourcers Майк О’Кронли. «Возможность превращать лом и отработанные аккумуляторные материалы в готовый катодный активный материал, который можно напрямую использовать при производстве новых аккумуляторов, повышает прибыльность и стабильность экосистемы литий-ионных аккумуляторов.Наши инвестиционные партнеры разделяют наше видение и страсть к масштабированию этого революционного процесса для поддержки цепочки поставок аккумуляторных материалов ».

О’Кронли сказал, что Battery Resourcers также помогает индустрии электромобилей решать несколько сложных экологических и нормативных проблем. выбрасываются во время производства или достигают конца срока службы, поиск новых способов переработки и повторного использования материалов снизит зависимость от добытых металлов, что создает серьезные экологические и социальные проблемы.Кроме того, в ближайшие годы появятся миллионы электромобилей, и новые правила требуют переработки отработанных батарей и использования переработанных металлов в новых батареях.

Самир Бхарадвадж, генеральный директор Orbia, сказал: «Переработка критически важных компонентов батареи в активный катодный материал — это значительный скачок в достижении устойчивого и масштабируемого производства литий-ионных батарей. Мы считаем, что Battery Resourcers объединяет процессы переработки и материаловедения Этот подход может стабилизировать цепочку поставок катодов в Северной Америке, одновременно ускоряя переход к чистому, замкнутому будущему — цель, в которую мы очень много инвестируем в Orbia, поскольку мы стремимся создавать инновационные решения, которые улучшают жизнь во всем мире.«

Battery Resourcers была основана в 2015 году в Вустере, штат Массачусетс, как дочернее предприятие лаборатории профессора Яна Вана из Вустерского политехнического института. При поддержке US Advanced Battery Consortium (USABC) компания Battery Resourcers разработала технологию для преобразовывать смешанные потоки литий-ионных аккумуляторов, независимо от их химического состава, для производства различных катодных активных материалов на основе никель-марганцево-кобальта (NMC). Ключевым преимуществом этого процесса является использование старого материала аккумулятора и «стирание» всей памяти о предыдущем аккумуляторе. химии, а затем создает новый готовый активный катодный материал, который можно напрямую использовать для производства литий-ионных аккумуляторов текущего поколения.

О БАТАРЕЙНЫХ РЕСУРСАХ
Компания Battery Resourcers, расположенная в Вустере, Массачусетс, осуществляет самый эффективный в мире процесс переработки литий-ионных аккумуляторов. Battery Resourcers, вертикально интегрированная компания по переработке, переработке и разработке материалов, превращает отработанные батареи и производственный лом непосредственно в новый катодный активный материал, готовый к использованию в аккумуляторных батареях, со значительным сокращением затрат, выбросов и энергопотребления. Основанная в 2015 году, компания производит готовые катодно-активные материалы класса EV, которые работают так же хорошо, как и ведущие в отрасли бренды.

SOURCE Battery Resourcers

Ссылки по теме

https://www.batteryresourcers.com/


Создан новый тип аккумуляторов, который может заряжаться в 10 раз быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы

Санкт-Петербургским государственным университетом 9 апреля 2021 г.

Символьное представление химической формулы нового полимера. Предоставлено: Анатолий Верещагин

.

Кроме того, он более безопасен с точки зрения потенциальной пожарной опасности и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду.

Трудно представить нашу повседневную жизнь без литий-ионных батарей. Они доминируют на рынке аккумуляторов небольшого формата для портативных электронных устройств, а также широко используются в электромобилях. В то же время литий-ионные аккумуляторы имеют ряд серьезных проблем, включая: потенциальную опасность возгорания и снижение производительности при низких температурах; а также значительное воздействие на окружающую среду утилизации использованных батарей.

По словам руководителя группы исследователей, профессора кафедры электрохимии Санкт-Петербургского университета Олега Левина, химики изучают окислительно-восстановительные нитроксилсодержащие полимеры в качестве материалов для электрохимического накопления энергии.Эти полимеры характеризуются высокой плотностью энергии и быстрой скоростью зарядки и разрядки благодаря быстрой окислительно-восстановительной кинетике. Одной из проблем при реализации такой технологии является недостаточная электропроводность. Это препятствует накоплению заряда даже с присадками с высокой проводимостью, такими как углерод.

В поисках решений этой проблемы исследователи из Санкт-Петербургского университета синтезировали полимер на основе комплекса никель-сален (NiSalen). Молекулы этого металлополимера действуют как молекулярная проволока, к которой прикреплены энергоемкие нитроксильные подвески.Молекулярная архитектура материала позволяет достичь высоких емкостных характеристик в широком диапазоне температур.

Профессор кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин. Кредит: СПбГУ

.

«Мы придумали концепцию этого материала в 2016 году. Тогда мы начали разработку фундаментального проекта« Электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов на основе металлоорганических полимеров ». Работа поддержана грантом Российского научного фонда.Изучая механизм переноса заряда в этом классе соединений, мы обнаружили два ключевых направления развития. Во-первых, эти соединения можно использовать в качестве защитного слоя для покрытия основного проводящего кабеля батареи, который в противном случае был бы изготовлен из традиционных материалов для литий-ионных аккумуляторов. А во-вторых, их можно использовать в качестве активного компонента материалов для электрохимических аккумуляторов », — поясняет Олег Левин.

На разработку полимера ушло более трех лет.В первый год ученые опробовали концепцию нового материала: они объединили отдельные компоненты, чтобы смоделировать электрически проводящую основу и окислительно-восстановительные подвески, содержащие нитроксил. Было важно убедиться, что все части конструкции работают вместе и усиливают друг друга. Следующим этапом стал химический синтез соединения. Это была самая сложная часть проекта. Это связано с тем, что некоторые компоненты чрезвычайно чувствительны, и даже малейшая ошибка ученого может вызвать ухудшение качества образцов.

Из нескольких полученных образцов полимера только один оказался достаточно стабильным и эффективным. Основная цепь нового соединения образована комплексами никеля с саленовыми лигандами. Стабильный свободный радикал, способный к быстрому окислению и восстановлению (заряд и разряд), был связан с основной цепью ковалентными связями.

«Аккумулятор, изготовленный с использованием нашего полимера, заряжается за секунды — примерно в десять раз быстрее, чем традиционный литий-ионный аккумулятор. Это уже было продемонстрировано серией экспериментов.Однако на данном этапе он все еще отстает по емкости — на 30-40% ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Сейчас мы работаем над улучшением этого показателя при сохранении скорости заряда-разряда », — говорит Олег Левин.

Изготовлен катод для новой батареи — положительный электрод для использования в химических источниках тока. Теперь нам понадобится отрицательный электрод — анод. На самом деле, его не обязательно создавать с нуля — его можно выбрать из существующих.Вместе они образуют систему, которая в некоторых областях может вскоре заменить литий-ионные батареи.

«Новый аккумулятор способен работать при низких температурах и станет отличным вариантом там, где важна быстрая зарядка. Он безопасен в использовании — нет ничего, что могло бы создать опасность возгорания, в отличие от широко распространенных сегодня батарей на основе кобальта. Он также содержит значительно меньше металлов, которые могут нанести вред окружающей среде. Никель присутствует в нашем полимере в небольшом количестве, но его гораздо меньше, чем в литий-ионных аккумуляторах », — говорит Олег Левин.

Ссылка: «Быстрый и емкий: A [Ni (Сален)] — Редокс-проводящий полимер TEMPO для органических батарей» Анатолий А. Верещагин, доктор Даниил А. Лукьянов, Илья Р. Куликов, доктор Найтик А. Панджвани, д-р Елена А. Алексеева, проф. Ян Берендс и проф. Олег В. Левин, 17 ноября 2020 г., Батареи и суперконденсаторы .
DOI: 10.1002 / batt.202000220

Аккумулятор нового типа может заряжаться в 10 раз быстрее, чем литий-ионные модели

Перезаряжаемые литий-ионные батареи практически повсюду, от смартфонов до ноутбуков, от наушников до игровых устройств и многого другого.

Но в то время как удобство этой повсеместной (и удостоенной Нобелевской премии) химии аккумуляторов радикально изменило способ использования и зарядки портативных устройств, литий-ионный аккумулятор далек от совершенства.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов со временем ухудшаются, и иногда дефекты аккумуляторных элементов могут привести к перегреву и опасному возгоранию — компаниям иногда приходится в срочном порядке отзывать продукцию, которая может взорваться без предупреждения.

И, как может подтвердить любой владелец смартфона, планшета или ноутбука, зарядка литий-ионных аккумуляторов может быть медленным и трудоемким процессом.По этому поводу у ученых есть хорошие новости.

Исследователи из России разработали новый тип аккумуляторной технологии, который, по их словам, может заряжаться примерно в 10 раз быстрее, чем существующие литий-ионные аккумуляторы — ускорение, которое может дать огромные преимущества в экономии времени, если оно будет внедрено в повседневные устройства.

«Аккумулятор, изготовленный с использованием нашего полимера, заряжается за секунды — примерно в 10 раз быстрее, чем традиционный литий-ионный аккумулятор», — говорит исследователь электрохимии Олег Левин из Санкт-Петербургского университета.«Это уже было продемонстрировано серией экспериментов».

Ключом к новым батареям является своего рода окислительно-восстановительный полимер на основе нитроксила, материал, который может подвергаться обратимому окислению (потеря электронов) и восстановлению (усиление электронов) при разряде и зарядке.

В этом случае используемый окислительно-восстановительный полимер представляет собой синтезированную форму NiSalen (никель-сален), металлсодержащего металлополимера, в котором цепи атомов никеля и салена действуют как молекулярные проволоки для повышения электронной проводимости, что является ограничение полимерных батарей на основе нитроксила.

«В полимерах на основе нитроксила единственный путь переноса заряда — это прыжки электронов между соседними окислительно-восстановительными центрами, которые происходят быстро в микроскопическом масштабе», — объясняют исследователи в своем исследовании.

«Несмотря на это, макроскопическая электронная проводимость материала на основе нитроксила кажется очень низкой».

В ходе тестирования исследователи исследовали ряд различных типов полимеров, но химический состав NiSalen оказался единственным устройством, которое оказалось стабильным и эффективным благодаря тому, как структуры никеля и салена работали в качестве проводящей основы.Структуры одновременно действовали как сборщик заряда для нитроксильных подвесок, а также поддерживали окислительно-восстановительную способность вещества.

Устройство также хорошо работает при низких температурах, чего нельзя сказать о термочувствительных литий-ионных аккумуляторах. Однако не то чтобы быстрый NiSalen обязательно идеален во всех областях.

«На данном этапе он все еще отстает по емкости — на 30-40 процентов ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов», — говорит Левин.

«В настоящее время мы работаем над улучшением этого показателя при сохранении скорости заряда-разряда».

Теоретически полимеры на основе нитроксила должны в конечном итоге обладать хорошим емкостным потенциалом, поэтому, возможно, команда решит, как настроить аккумулятор так, чтобы он обеспечивал хороший запас заряда в дополнение к привлекательной проводимости, — это просто вопрос времени.

Можно надеяться, потому что, помимо увеличения заряда, есть и другие существенные преимущества, которые может дать этот тип батареи.

No related posts.