Аккумулятор для автомобиля литий ионный: Аккумуляторы для автомобиля литий-ионные (Li-ion): цены, отзывы — купить в Санкт-Петербурге

Содержание

К 2030 году в мире будет 20 млн электромобилей 

Об этом  говорится в докладе Конференции ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД). Он посвящен ситуации с сырьевыми товарами, используемыми в производстве автомобильных аккумуляторов.

В мире растут инвестиции в «зеленую» энергетику 

 

Сегодня на улицах и дорогах мира насчитывается миллиард пассажирских автомобилей, а к 2030 году их число может почти удвоиться. На автотранспорт приходится четверть всех выбросов парниковых газов. Меры, направленные на сокращение этих эмиссий, привели к росту инвестиций в «зеленую» энергетику. Такие инвестиции, по данным ЮНКТАД,  на протяжении уже нескольких  лет составляют в среднем около 600 млрд долларов в год.

 

«Альтернативные источники энергии, такие как электрические батареи, приобретут еще большее значение, поскольку сейчас инвесторы насторожено относятся к будущему нефтяной промышленности», — заявила директор отдела международной торговли ЮНКТАД Памела Кок-Гамильтон.

 

 

По данным ЮНКТАД, к 2030 году на улицах городов и поселков появится уже 20 млн автомобилей с двигателями, работающими не на бензине или дизеле, а  на электрических батареях. Для сравнения — сегодня их чуть больше 5 млн. 

 

Эксперты ЮНКТАД полагают, что аккумуляторные батареи смогут сыграть важную роль в процессе перехода на низкоуглеродистые энергетические системы и помогут снизить выбросы парниковых газов. Но при этом они напоминают о необходимости надлежащей переработки сырья, которое используется для их производства. 

На сегодняшний день самой распространенной перезаряжаемой автомобильной батареей является литий-ионный аккумулятор. Мировой рынок катодов для таких аккумуляторов в 2018 году оценивался в 7 млрд долларов. К 2024 году он составит 58,8 млрд долларов.

 

«Рост спроса на важнейшее сырье, используемое для производства аккумуляторов электромобилей, расширит торговые возможности для стран, поставляющих эти материалы», — сказала Кок-Гамильтон.

 

Сырье добывается лишь в нескольких странах

Но запасы сырья для автомобильных аккумуляторов сконцентрированы всего в нескольких странах. Так, почти 50 процентов  мировых запасов кобальта находится в Демократической Республике Конго (ДРК), 58 процентов  запасов лития — в Чили, 80 процентов  запасов природного графита — в Китае, Бразилии и Турции, а 75 процентов  запасов марганца — в Австралии, Бразилии, ЮАР и Украине.

 

По мнению производителей электрокаров и, в  частности аккумуляторов для них, высокая концентрация сырья в отдельных странах является негативным фактором, подрывающим гарантии непрерывных поставок.

 

Перебои с поставками, по мнению экспертов,  могут привести к напряженности на рынках, росту цен на сырье и стоимости автомобильных аккумуляторов, а это, безусловно, окажет негативное влияние на возможность быстрого перехода к низкоуглеродистым электрическим средствам транспорта.

 

С учетом этого фактора эксперты предлагают увеличивать инвестиции в экологически чистые технологии, которые в меньшей степени зависят от сырья для аккумуляторов, что снизит риск дефицита поставок таких материалов, как литий и кобальт. Однако такой подход приведет к сокращению доходов стран, производящих эти материалы. 

 

Вместе с тем основная часть добавочной стоимости при производстве автомобильных аккумуляторов создается за пределами стран, поставляющих материалы. Например, в ДРК добываются кобальтовые руды, но их дальнейшая обработка и рафинирование осуществляются на перерабатывающих заводах в Бельгии, Китае, Финляндии, Норвегии и Замбии. Именно на этих заводах производятся конечные продукты, используемые в аккумуляторных батареях. Самой ДРК, на долю которой приходится более двух третей мирового производства кобальта, не удалось извлечь максимальные экономические выгоды от полезных ископаемых. В стране нет надлежащей инфраструктуры, технологических и материально-технических возможностей, а главное — нет соответствующей политики.

 

Производство положительных электродов для автомобильных аккумуляторов также сосредоточено лишь в нескольких странах Азии. В 2015 году на долю Китая приходилось около 39 процентов  мирового рынка положительных электродов, Японии – 19 процентов, а Республики Корея – 7 процентов.

 

Социальные и экологические последствия добычи сырья для автомобильных аккумуляторов 

В новом докладе впервые говорится о негативных социальных и экологических последствиях добычи сырья для автомобильных аккумуляторов. Например, около 20 процентов кобальта, поставляемого из ДРК, добывается на кустарных рудниках, где используется детский труд. По данным ЮНИСЕФ, в опасных условиях в шахтах работают до 40 тысяч детей. При этом за свой тяжелый труд они получают мизерную  плату. 

 

В Чили при добыче лития используется около 65 процентов  всей воды в Салар-де-Атамаке, одном из самых пустынных районов в мире. Это приводит к истощению подземных вод и к их загрязнению.  В результате местные фермеры, выращивающие квиноа и занимающиеся скотоводством, были вынуждены покинуть свои родовые места и мигрировать. Добыча лития привела к деградации окружающей среды, повреждению ландшафта и загрязнению почвы.

 

Авторы доклада предлагают наращивать инвестиции в технологии, которые  позволят уменьшить  негативное воздействие производства аккумуляторов на окружающую среду, а также обеспечат надлежащую утилизацию отработанных батарей.

Аккумуляторы становятся легче и сильнее | Новости автомобилестроения в Германии | DW

Компания Porsche предлагает свой литий-ионный аккумулятор для автомобиля. Это открывает новые перспективы для создателей электромобилей и автомобилей с гибридными двигателями.

Porsche-911 на конвейере

Пока (с января 2010 года) такие батареи будут устанавливаться на «обычные» Porsche 911 GT3, 911GT RS, Boxter Spyder (в качестве опции ценой в 1904 евро, позже батарея будет стоить 2500 евро). Она будет поставляться в качестве летней батареи. Дело в том, что литий-ионные аккумуляторы из-за особенностей своей конструкции не могут работать при минусовых температурах.

Летняя батарея — прообраз батарей будущего

Литий-ионные батареи существенно легче традиционных, обладают большей емкостью, рассчитаны на более долгий срок жизни. Porsche сделал ставку на аккумуляторы с литий-железо-фосфатными электродами (LiFePO4). Этот вариант более надежен, чем батареи, где используется марганец, кобальт или никель, и позволяет создать на борту напряжение 12 вольт.

Батарея, устанавливаемая на Porsche, весит менее шести килограммов, то есть на 10 килограммов легче традиционной (свинцовой) батареи емкостью 60 ампер-часов. Благодаря этому, говорят конструкторы, улучшаются динамические качества машин. Не стоит забывать, что речь сейчас идет о спортивных автомобилях, где каждый лишний грамм отражается на скоростных характеристиках. Поэтому ставить эти батареи предполагается, например, для участия в кольцевых гонках.

Новый аккумулятор на 70 миллиметров ниже обычного, но легко монтируется на обычное место в автомобиле. Все разъемы такие же как всегда. Несмотря на то, что емкость батареи составляет всего лишь 18 ампер-часов, она вполне сопоставима со свинцовой батарей в 60 ампер-часов, а в чем-то даже превосходит ее.

Литий-ионные батареи отдают весь заряд

литий-ионный аккумулятор уже сейчас используется на электроскутерах

В отличие от традиционных батарей, эту невозможно разрядить полностью, поскольку в нее интегрирована электронная система, контролирующая уровень разряженности. Когда емкость падает до заранее установленного минимума, раздается звуковой сигнал, предупреждающий о необходимости подзаряжать аккумулятор от работающего мотора, или от сети.

Известно, что реально на полезную работу используются лишь 30 процентов емкости свинцовых батарей. Литий-ионные, благодаря своей конструкции, отдают практически весь свой заряд, то есть отдаваемая мощность таких батарей существенно выше. При запуске мотора она развивает полную мощность, независимо от степени разряженности. Из-за меньшего внутреннего сопротивления такая батарея заряжается лучше и быстрее свинцовой при движении машины. Если такая батарея стоит, например, на складе, то разряжается меньше и дольше, чем свинцовая.

Важность этой разработки, в общем-то, не в том, что у Porsche появился новый аккумулятор, а в том, что его появление доказывает, что и эта компания работает над созданием электромобиля. Ведь главное препятствие на пути его массового распространения — это батареи. Пока они тяжелы (составляют половину веса автомобиля) и при этом обладают малой емкостью, то есть требуют постоянной подзарядки.

Автор: Виктор Агаев

Редактор: Глеб Гаврик

Насколько хороши аккумуляторы LiFePO4 для гольфмобиля или клубного автомобиля?

Насколько хороши аккумуляторы LiFePO4 для гольфмобиля или клубного автомобиля?

Литий-железо-фосфатный аккумулятор(LiFePO4 или LFP) предлагают множество преимуществ по сравнению с коррозионно-свинцовыми батареями отlifepo4 поставщик аккумуляторных батарей для гольф-карти другие литиевые батареи. Более длительный срок службы, отсутствие поддержки, очень защищенный, легкий, улучшенный выпуск и производительность зарядки, просто чтобы привести несколько примеров. Батареи LiFePO4 не являются наименее дорогими в поиске, но, скорее, из-за длительного срока службы и нулевого обслуживания, это лучшее предприятие, которое вы можете сделать через некоторое время. Батареи LiFePO4 (иначе называемые литиево-железо-фосфатными) являются огромным улучшением по сравнению со свинцом, вызывающим коррозию, по весу, пределу и продолжительности использования. Батареи LiFePO4 являются наиболее безопасным типом литиевых батарей, поскольку они не перегреваются, и независимо от того, проникли ли они внутрь, они не загорятся. Катодный материал в батареях LiFePO4 не опасен, поэтому не представляет опасности для здоровья или окружающей среды. Поскольку кислород прочно прикреплен к атому, отсутствует риск того, что батарея воспламенится, как в случае с литий-ионным аккумулятором. Наука уверена в том, что батареи LiFePO4 распознают заряд от зарядного устройства, вызывающего коррозию свинца. Несмотря на то, что они менее энергоемкие, чем литий-ионные и литий-полимерные, железо и фосфат являются обильными и менее дорогостоящими для разделения, поэтому затраты значительно более разумны. Будущее LiFePO4 составляет примерно 5-7 лет. Литий-ионные батареи и литий-полимерные батареи являются наиболее энергоемкими из литиевых батарей, однако они неадекватны для благополучия. Наиболее широко признанный вид литий-ионных аккумуляторов — это LiCoO2 или оксид лития-кобальта. В этой науке кислород не однозначно присоединен к кобальту, поэтому, когда аккумулятор нагревается, например, при быстрой зарядке или разрядке, или просто при длительном использовании, аккумулятор может загореться. Это может быть особенно печально в условиях большого веса, например, в самолетах, или в больших приложениях, например, в электромобилях. Чтобы решить эту проблему, гаджеты, использующие литий-ионные и литий-полимерные батареи, должны иметь чрезвычайно чувствительное и регулярно дорогостоящее оборудование для их проверки. Литий-ионные аккумуляторы отlifepo4 поставщик аккумуляторных батарей для гольф-картимеют естественно высокую энергетическую толщину, то после одного года использования предел литий-ионных аккумуляторов упадет настолько, что LiFePO4 будет иметь аналогичную энергетическую толщину, а через два года LiFePO4 будет иметь существенно более заметную энергетическую толщину. Еще одна медвежья услуга такого рода заключается в том, что кобальт может быть опасным, вызывая как проблемы с благополучием, так и затраты на естественное удаление. Литий-ионная батарея существует очень давно.

Свинцово-кислотный продукт — это продемонстрированная инновация и может быть умеренно скромной. В свете этого они все еще используются в большинстве приложений для электромобилей и в начинающих приложениях. В отличие отСвинцово-кислотные батареиЕдинственным препятствием для LiFePO4 батарей является то, что они действительно плохо работают при температуре около 0 градусов Цельсия. Как бы то ни было, поскольку ограничения, вес, рабочая температура и снижение выбросов CO2 являются огромными переменными во многих областях применения, LiFePO4 батареи быстро превращаются в отраслевой стандарт. Несмотря на то, что базовая цена на LiFePO4 выше, чем на свинец, вызывающий коррозию, более длительный срок службы может обосновать это финансово стабильное решение.

Самый высокий цикл жизни— Батареи LiFePO4 выдерживают до 3000 циклов до 60% предела при 100% глубине разряда (0,5CA). Это контрастирует и 500 циклов от Ni-MH и часто меньше от Li-Ion.

Легкий вес— Снижение веса на 1/3 по сравнению с Ni-MH от поставщика аккумуляторных батарей для гольф-каров lifepo4, что не совсем большая часть веса VRLA

Отличный температурный диапазон— Работает от -20 ° C до + 60 ° C, разумное хранение при более низких температурах

Возможность выпуска с высокой скоростью— Выпуск 10C, ограниченный просто оборудованием BMS

Быстрая зарядка— возможна зарядка 1С

Доступны в качестве замены свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном — наши батареи LiFePO4 доступны вне стойки с такими же впечатлениями, что и их партнеры по нижнему пределу VRLA

Превосходный восстанавливаемый предел при высоких скоростях выпуска — если вы выпускаете на 1С, вы восстанавливаете полный лимит в Ач. Если вы выпустите VRLA на уровне 1С, это, вероятно, будет всего лишь 60% от рейтинга Ah

Низкое самоотдачаe — Аккумулятор LiFePO4 превосходит Ni-MH или VRLA, рядом с выставкой Li-Ion

Аккумуляторы LiFePO4 отlifepo4 поставщик аккумуляторных батарей для гольф-картпри соединении с преобразователями и инверторами может использоваться в качестве накопителя энергии, который может контролировать различные виды электрических нагрузок в условиях, когда нет доступа к мощности. Например, многие удобные гаджеты можно заряжать с помощью аккумуляторов LiFePO4 от поставщика аккумуляторных батарей для гольф-карт lifepo4, включая ПК и КПК. Значительное количество наших клиентов используют батареи Bioenno Power LiFePO4 в сочетании с инверторами / преобразователями для подпитки различных электрических нагрузок.

Универсальное оборудование / контрольно-измерительные приборы Аккумуляторы Bioenno Power от поставщика аккумуляторных батарей для гольф-каров lifepo4 предлагают огромные возможности для управления и зарядки различного широко используемого оборудования и оборудования. Универсальное аппаратное обеспечение включает усилители звука, телефоны, ПК, универсальные проекторы и т. Д. Приборное оборудование включает в себя различные типы датчиков, используемых для контроля климата. Батареи Bioenno Power предлагают огромные возможности для управления и зарядки различного широко полезного и измерительного оборудования. Универсальное аппаратное обеспечение включает усилители звука, телефоны, ПК, универсальные проекторы и т. Д. Приборное оборудование включает в себя различные типы датчиков, используемых для контроля климата.

Возможна параллельная ассоциация для обеспечения наиболее высоких пределов — квадраты батарей могут быть выполнены в одном или другом расположении или равнозначно связаны с двойным пределом или напряжением. Ячейки могут быть расположены / равны, что дает широкий диапазон пределов и напряжений на пользовательских блоках. Если это необходимо, было бы идеально, если бы вы проконсультировались с нашей технической группой, чтобы сообщить о возможных результатах.

Безопасен для транспортировки— Хотя батареи LiFePO4 от поставщика аккумуляторных батарей для гольф-каров lifepo4 мощностью более 100 Вт-ч относятся к классу 9 различных опасных грузов ООН, они, естественно, более безопасны, чем другие литиевые инновации, поскольку высокая температура приближается к удвоенной, чем у литий-кобальтовых. Возможно выполнение правил тестирования UN38.3 без схемы защиты (PCM), несмотря на то, что об этом регулярно вспоминают для BMS, использование которой целесообразно для поддержания постоянной настройки ячейки.

Подробнее оLiFePO4 батареи для гольфмобиля или клубного автомобиля, вы можете посетитьпроизводитель аккумуляторов lifepo4 в КитаеАккумулятор JB вhttps://www.jbbatterychina.com/custom-lifepo4-battery-packs.htmlдля получения дополнительной информации.

Аккумулятор, который всегда с собой в России — CARobka.ru

Многие автомобилисты попадали в неприятные ситуации, когда при повороте ключа зажигания, вместо привычного звука работы стартера, из-под капота доносилось лишь пощелкивание.

Разряд штатного автомобильного аккумулятора может произойти по разным причинам: от естественного старения и химического разложения пластин, из-за невыключенных на ночь габаритных огней или салонного освещения, из-за высоких токов утечки нештатного оборудования автомобиля — сигнализации, системы слежения GPS, магнитолы.

Раньше было три варианта завести автомобиль с севшим аккумулятором: «прикурить» от другого автомобиля, зарядить аккумулятор или заменить его на новый. Два последних варианта занимали либо много времени, либо требовали серьезных материальных вложений.

Но время идет, прогресс не стоит на месте, и появился еще один способ «оживить» автомобиль, даже если его аккумулятор разряжен. Способ этот долгое время, как говорится, лежал на поверхности — использовать переносную батарею, способную завести двигатель. И такие батареи появились. Благодаря использованию современных литий-ионных аккумуляторов, подобная батарея имеет очень компактные размеры, небольшой вес и при этом характеристики, позволяющие производить старт автомобильного двигателя.

Представляемая батарея D-Lex Power обладает всеми этими качествами.

Емкость батареи составляет 12 мАч, напряжение, выдаваемое для старта двигателя — 12 В, максимальный пусковой ток — 400 А. Сочетания этих параметров достаточно, чтобы неоднократно завести двигатель автомобиля, как бензиновый, так и дизельный. Достаточно подключить провода с зажимами к разъему устройства и аккумулятору — и мотор можно заводить.

Устройство оборудовано защитой от случайного короткого замыкания и системой индикации состояния заряда батареи.

Помимо запуска двигателей, D-Lex Power может заряжать и различные виды мобильных электронных устройств, таких как планшеты, мобильные телефоны, игровые приставки и тому подобное. Для этого установлены два разъема USB. Это очень удобно, если розетка с электрической сетью недоступна, например, на пикнике на природе.

Приятным дополнением служит встроенный в корпус светодиодный фонарик яркостью 85 люмен, работающий в 3 режимах — обычный, режим стробоскопа и мерцание в режиме SOS.

Поставляется D-Lex Power в удобном и прочном пластиковом кейсе, в котором хранятся зарядные устройства для самой батареи, переходники для заряжания электронных устройств основных производителей и провода для запуска двигателя автомобиля.

за и против — Информация

Пожалуй, закончим околоавтомобильную тему об аккумуляторах на «ноте» LiPo. Эта стать – последняя в цикле о батареях, не используемых для комплектации серийных авто. А речь в ней пойдет о преимуществах и недостатках литий-полимерных аккумуляторов.

 

Как правило, говоря об аккумуляторных батареях, большинство сводят их преимущества к длительному разряду или, другими словами, высокой емкости. То есть, хороший источник питания должен работать долго. В целом, на современном этапе развития науки и техники добиться этого несложно. Но, в то же время, примеры таких батарей можно пересчитать по пальцам одной руки. Никель-металл-гидридный аккумулятор – раз, литий-ионный – два. 

 

Впрочем, не так давно появился еще один вариант решения задачи, и формула его LiPo. Это, так называемые, литий-полимерные аккумуляторы, которые можно привязать к автомобильной теме при помощи картинга. Да, именно в картах они используются, помимо портативной радиотехники. Причем, весьма успешно. Появились такие батареи за счет модернизации литий-ионных аккумуляторов путем замены традиционного электролита гелеобразной массой. Прекрасное соотношение емкости и массы – основное их достоинство.

 

Не стоит говорить о том, что сфера применения таких батарей ограничена лишь «игрушками». В общем-то, ничего не мешает сделать их большими по размеру, и применять во «взрослой» жизни, например, оборудуя современные электромобили. Но это будущее. Поэтому сегодня радиоуправляемые модели можно рассматривать в качестве полигона для испытаний инновационных технологических решений хранения и использования электрического заряда.

 

Итак, о преимуществах сказано. Это, в общем-то, главное свойство LiPo-батарей, которое заключается в малой массе и значительной емкости. Но существуют и нюансы, ограничивающие применения таких источников питания в быту, моделировании, автомобилестроении. Это, среди прочего:

 

 

  • Потенциальная опасность возгорания. История знает несколько примеров, когда такие батареи загорались из-за несоблюдения параметров заряда. Лучшее тому подтверждение соответствующий отчет, предоставленный Федеральным управлением гражданской авиации США.

 

  • Сложный ввод в эксплуатацию после зарядки. Сразу же использовать аккумуляторы нельзя, их нужно охлаждать до температуры окружающей среды.

То есть, можно с полной уверенностью сказать, что на данном этапе развития технологии она имеет больше минусов, чем плюсов. Хотя, даже имеющиеся недостатки не мешают применять LiPo-аккумуляторы во многих сферах. Остается надеяться, что модернизация их не за горами, и тогда, возможно, индустрия автомобилестроения также сможет получить мощный импульс для внедрения электромобильных систем.

21.10.2013, 9813 просмотров.

Почему автомобильные аккумуляторы плохо работают в холодную погоду?

Процесс запуска автомобильного двигателя морозным зимним утром может доставить вам массу хлопот, если не позаботиться о нем с вчера. Часто двигатель незапускается из-за аккумуляторной батареи (АКБ). Почему АКБ чувствительнее к внешним условиям, чем другие узлы и системы автомобиля? Ответ кроется в способности АКБ преобразовывать химическую энергию в электрическую с минимальным выделением тепла и в малом объеме тепловой энергии, доступной при низкой температуре.

Приступая к работе

Помню, как пару лет назад я осенью купил себе машину. Зима оказалась одной из самых холодных за последние несколько лет. На протяжении двух недель столбик садового термометра не поднимался выше -10°C.

Мы отдыхали на шведском горнолыжном курорте. И вот одним февральским утром я вышел на улицу завести машину, рассчитывая с комфортом довезти семью до подъемника. Поворот ключа зажигания… Машина едва завелась. Судя по звуку, все шесть цилиндров работали не так плавно как обычно. Прежде чем двигатель заурчал как раньше, прошла почти целая минута. Меня это насторожило, ведь машина была новой. ЖК-экран между спидометром и тахометром медленно ожил. -35°C за бортом! Этим утром обойдемся без лыж!

Поскольку я по специальности инженер-электрохимик, мысли мои от заснеженных склонов плавно обратились к старому доброму свинцово-кислотному аккумулятору, который к тому моменту уже выдавал на стартер пиковый ток, так что двигатель запускался с пол-оборота.

Проблема не ограничивается АКБ, работа любого двигателя внутреннего сгорания в условиях крайне низких температур будет неустойчивой. Масло системы смазки густеет, реакции сгорания замедляются, а в важных участках системы подачи топлива может замерзнуть конденсат. Однако, моя машина завелась. А вот автомобиль с электрическим двигателем вряд ли удалось бы завести, если не подключать его на ночь к розетке.

В чем разница? Ответ кроется в том, как именно химическая энергия преобразуется в механическую:

  • ДВС преобразует содержащуюся в топливе химическую энергию в тепло, которое затем преобразуется в механическую энергию.
  • Двигатель электромобиля преобразует химическую энергию АКБ в электрическую, которая в дальнейшем преобразуется в механическую электромотором. В сравнении с ДВС количество выделяемого тепла гораздо меньше.

Процесс преобразования ДВС тепловой энергии в механическую приводит к образованию большого количества тепла, прогревающего двигатель, уже на первом такте, что обеспечивает практически мгновенное начало движения. В двигателе электромобиля тепло при низкой температуре образуется медленно, поэтому прогрева не происходит. Как говорил Лес Гроссман: «Законы физики. Их не остановить».

Обратите внимание, что КПД при преобразовании химической энергии в механическую в электромобиле гораздо выше, так как потери энергии в АКБ и электродвигателе относительно невелики.

Оставим в стороне проблемы КПД и теплообразования и, прежде чем перейти к разговору об АКБ, давайте сравним процессы, осложняющие запуск двигателя электромобиля и обычного автомобиля в условиях низкой температуры.

Сравнение процессов, протекающих в транспортных средствах

Начнем сравнение с двигателей: электрического и ДВС. Мы можем предположить, что электродвигатель в меньшей степени подвержен влиянию низких температур по сравнению с ДВС. Количество движущихся компонентов в электродвигателе меньше, а между ними находится воздух, поэтому они должны требовать меньше смазки и быть не столь чувствительны к воздействию низких температур.

Конструктивно трансмиссия электромобиля менее сложна, чем трансмиссия автомобиля, оснащенного ДВС, так как электродвигатель может работать с большим диапазоном нагрузок, выдавая превосходный крутящий момент. Кроме того, в электромобиле может быть установлено несколько двигателей (например, один в передней, а второй в задней части), поэтому ему не требуется сложной силовой передачи для использования полного привода. Таким образом, электромобилю не нужна сложная коробка передач, требующая смазки. Соответственно, электромобиль должен быть менее восприимчив к фактору температуры.

Не забывайте и том, что электромобиль не нуждается в сложной системе подачи топлива с насосами, клапанами, датчиками, форсунками и т.д. Это также положительно скажется на чувствительности электромобиля к холодной погоде в сравнении с обычным автомобилем, ведь у него меньше компонентов, где возможно образование льда.

Самым слабым звеном в условиях холода ожидаемо является АКБ. Вообще-то влияние низких температур на работу аккумулятора можно наблюдать на множестве примеров: от военного и космического оборудования до мобильных телефонов и домашних охранных систем. Для автомобиля, оснащенного ДВС, данный компонент гораздо менее важен, так для его запуска требуется лишь кратковременный пиковый ток. Электромобилю для работы, напротив, необходим постоянный ток. Давайте поближе взглянем на работу АКБ и влияние на нее температуры.

Характеристики АКБ, зависящие от температуры

В состав АКБ входят два пористых электрода: положительный и отрицательный. Электропроводящий материал электрода состоит из частиц с большой плотностью. Пористость электродов вызвана пустотами между частицами (см. иллюстрацию ниже).

Два электрода отделены друг от друга электролитом. Кроме того, поры обоих электродов содержат электролит, заполняющий пустоты между частицами материала. Иллюстрация ниже демонстрирует процесс разряда в АКБ, причем размер частиц сильно преувеличен.

Потери в АКБ при указанном уровне заряда изображены на следующей иллюстрации, демонстрирующей вольтамперные кривые для положительного (красный) и отрицательного (синий) электродов. Рабочие точки электродов помечены как i1 и -i1. Предположим, что потенциал положительного и отрицательного электродов замеряется с помощью эталонного электрода по центру емкости с электролитом (см. иллюстрацию выше). Это необходимо для выяснения потенциала электродов по отдельности, а также для того, чтобы учесть активные потери на обоих концах эталонного электрода.

Напряжение гальванического элемента ниже по сравнению c напряжением разомкнутого (см. ниже) из-за потерь на активацию (вследствие кинетики электромеханической реакции) и массообмен, а также активных потерь. Обратите внимание, что катодный ток на положительном электроде определяется как отрицательно заряженный, в то время как анодный ток на отрицательном электроде — как положительно заряженный. Дело в том, что полярность электролита внутри АКБ обратна полярности внешней цепи.

Напряжение разомкнутого элемента

Разность потенциалов электродов при нулевой плотности тока называется напряжением разомкнутого элемента при заданном состоянии заряда, как показано на иллюстрации выше.0}} \right)

где E — напряжение элемента, {\Delta S} — изменение энтропии реакции АКБ, z — количество переданных электронов, F — постоянная Фарадея. Это значит, что для АКБ, в которой суммарная реакция разряда вызывает положительное изменение энтропии ({\Delta S}), рост температуры приведет к увеличению напряжения гальванического элемента. Для АКБ с отрицательным изменением энтропии это приведет к понижению напряжения.

Большая часть литий-ионных батарей, используемых в современных электрических устройствах, обладает небольшим отрицательным изменением энтропиии, что означает небольшой рост напряжения разомкнутого элемента при уменьшении температуры. Этого уже будет достаточно для улучшения работы в условиях низких температур. Однако, изменение напряжения открытого элемента в зависимости от температуры в сравнении с прочими параметрами относительно невелико и составляет около 0-0,4 мВ/К —менее 30 мВ в диапазоне от крайне низкой температуры (-35°C) до комнатной. Таким образом, причиной ухудшения эксплуатационных характеристик АКБ при низких температурах является термодинамика суммарной реакции ее разряда.

Физические характеристики электролита и электродов

Физические характеристики электролита оказывают значительное влияние на работу АКБ. Температура влияет на проводимость и диффузивность электролита и, соответственно, на эффективную проводимость и диффузивность электролита в порах электродов.

Проводимость электролита может увеличиваться на один или более порядков при изменении температуры от очень холодной (-35°C) до комнатной. Если мы построим логарифмический график проводимости электролита как функции 1/T, то получим линейную зависимость, представленную на иллюстрацию ниже. Данная иллюстрация демонстрирует уровень проводимости при низкой температуре и его рост в геометрической прогрессии при ее повышении.

Таки образом, активные (реостатные) потери в электролите АКБ возрастают при понижении температуры, что приводит к низкому напряжению гальванических элементов при заданной силе тока и низкой температуре. Кроме того, недостаточная проводимость электролита приводит к менее однородной плотности тока при распределении в пористых электродах, что, в свою очередь, снижает емкость АКБ. Емкость определяется как количество ампер-часов, которое можно извлечь из АКБ до быстрого падения напряжения. Емкость АКБ остается неизменной и при низких температурах, однако слабая проводимость и, соответственно, неравномерное распределение плотности тока не позволяют задействовать полную емкость АКБ до тех пор, пока она не нагреется.

Более того, диффузивность химических компонентов электролита, крайне важная для протекания электрохимических реакций, снижена в той же мере, что и проводимость электролита. Уменьшение диффузивности увеличивает перегрузку, что ведет к уменьшению напряжения гальванического элемента. Пониженная диффузивность также ведет к уменьшению емкости АКБ, так как крупные фракции частиц электродов АКБ становятся недоступными в результате ограничений массообмена.

Обратите внимание, что и проводимость, и диффузивность электролита связаны с подвижностью (см. соотношение Нернста — Эйнштейна).

С точки зрения физики пониженная подвижность является результатом того, что в электролите сокращается количество доступной тепловой энергии, следовательно ионам и молекулам становится сложнее преодолевать силу взаимодействия или трения. Подвижность в электролитических растворах как функция температуры описывается уравнением Аррениуса, в котором энергия активации (Ea на иллюстрации выше) представляет собой энергию необходимую для того, чтобы молекулы смогли преодолеть силу взаимодействия с соседними молекулами и начать двигаться в электролитическом растворе.

Твердый материал электрода, как правило, обладает проводимостью, на несколько порядков превышающей проводимость электролита в порах. Степень изменения проводимости в твердых материалах с изменением температуры обычно не оказывает влияния на эксплуатационные характеристики АКБ. Однако зарядка некоторых АКБ в условиях низкой температуры может стать проблематичной, так как приведет к образованию дендритов, разрушающих АКБ.

Кинетика электродов

Последним компонентом неустойчивой работы АКБ при низкой температуре является медленная кинетика анодных и катодных реакций, что приводит к перегрузке по напряжению при запуске. С точки зрения физики медленная кинетика электродов является следствием того, что энергию активации становится сложнее преодолеть, поскольку при низких температурах в системе доступно меньше тепловой энергии.

Иллюстрация ниже демонстрирует общее влияние роста потерь при запуске, активных потерь и затрат на массообмен на эксплуатационные характеристики АКБ. Мы видим, как рост общей перегрузки на двух электродах приводит к снижению напряжения гальванического элемента при указанной силе тока и состоянии заряда АКБ.

Эти кривые основываются на уравнениях Аррениуса для подвижности и кинетики электродов, которые для обратимых электрохимических реакций представляются в виде соответствующих уравнений Батлера — Вольмера.

Терморегулирование

Современные аккумуляторные системы электромобилей оснащаются сложными системами терморегуляции. Эти системы охлаждают АКБ при повышенных нагрузках или, напротив, нагревают ее при подключении к розетке холодной зимней ночью.


Система терморегуляции позволяет поддерживать АКБ в оптимальном диапазоне рабочих температур (см. иллюстрацию выше). Обратите внимание, что на графике показана не температура окружающей среды, а рабочая температура АКБ. Система терморегуляции также снижает риск возникновения термической нестабильности в литий-ионных АКБ.

Обогрев АКБ в условиях низких температур также приводит к снижению КПД электродвигателя и уменьшению максимальной дальности поездки, так как часть электроэнергии или регенерирующей мощности необходимо преобразовывать в тепловую энергию для поддержания температуры АКБ в оптимальном диапазоне. Кроме того, часть этой мощности может использоваться для обогрева кабины, что также негативно сказывается на КПД автомобиля и максимальной дальности поездки.

На иллюстрации выше представлены результаты моделирования автомобильной литий-ионной АКБ, оснащенной каналами для охлаждения и обогрева. Подобные модели широко используются при проектировании систем терморегуляции АКБ.

Заключение

Невозможность быстрого самостоятельного нагрева АКБ электромобиля после очень холодной зимней ночи, является следствием высокого КПД электродвигателя, а также того факта, что ему не требуется вырабатывать тепловую энергию, которая преобразуется в механическую работу. Поэтому в ночь перед лыжными вылазками вроде моей электромобиль нужно обязательно подключить к розетке, чтобы поддерживать температуру АКБ в пределах допустимого диапазона.

Если вы будете следовать этому совету, ваш электромобиль легко заведется даже в горах Швеции. На самом деле, большинство открытых парковок в условиях Севера (например, на Аляске, в Канаде, Швеции или Норвегии) оснащены электрическими розетками, а большинство бензиновых автомобилей оснащаются средствами обогрева двигателя. В таких условиях не стоит рисковать, даже если у вас автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

Если же вы забыли подключить машину к розетке на горнолыжном курорте, то лучше вернуться в уютный коттедж и вспомнить о Сванте Аррениусе, шведском ученом, который первым разработал количественное описание температурной зависимости скорости химических реакций от характеристик переноса.

Літієві акумулятори для автомобілів: чи потрібно платити більше?

Літій-залізо-фосфатні (LiFePo4) акумуляторні батареї з кожним днем набувають популярності на українському ринку. Крім того, деякі моделі автомобілів, наприклад, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid, Tesla, Porsche та ін., з конвеєра комплектуються акумуляторами нового покоління.

Багато автомобілістів ставлять собі питання: чи варто міняти кислотний акумулятор на літієвий? Чи потрібно платити більше, оскільки LiFePo4 стоять набагато дорожче звичайних АКБ для автомобіля?

Літій-залізо-фосфатний автомобільний акумулятор на 12V складається з певної кількості герметичних прямокутних елементів. Очевидні переваги такої конструкції — це компактні розміри й легка вага.

Якщо Ви вважаєте, що безглуздо переплачувати за акумулятор, який важить на 10-15 кг менше звичайного, його ж не в руках носити, а возити під капотом, не поспішайте переходити на іншу вкладку.

Скільки годин їзди на автомобілі вам знадобиться, щоб зарядити кислотний акумулятор місткістю 50 Ач? 10 — 12 годин? Батареї LiFePo4 не бояться високих струмів заряду, отже, для повного зарядження йому знадобиться не більше 3-х годин.

 

Саморозряд Lifepo4 при кімнатній температурі не перевищує 3% (від заявленої місткості) в місяць. Ви можете бути впевнені, що ця батарея, на відміну від кислотної, не розрядиться після тривалого (1-2 місяці) зберігання.

 

Технологія виготовлення літій-ферум-фосфатних акумуляторів повністю виключає використання токсичних речовин. Літієві АКБ вважаються екологічно чистими.

 

Що стосується ресурсу роботи, то замість 1500 — 2000 циклів, які витримують кислотні акумулятори, літієві батареї виробляються після 5000 — 7000 циклів. LiFePo4 прослужить Вам від 10 до 15 років. Виробник дає гарантію на 3 роки.

Крім того, LiFePo4 можна ремонтувати. Банку, яка вийшла з ладу, легко замінити на нову.

Який акумулятор необхідний Вашому автомобілю — вирішувати Вам. Звичайно, за використання надійної та довговічнішої, ніж свинцево-кислотна, акумуляторної батареї доведеться заплатити. Ну або почекати якихось 5 — 10 років, поки вчені не знайдуть спосіб здешевити технологію виробництва LiFePo4. Але, не факт, що на той час літієві АКБ не вважатимуть «застарілими моделями».

Литиевый автомобильный аккумулятор

T6 / L2 — антигравитационные батареи

Первая батарея со встроенным беспроводным запуском от внешнего источника ! Беспроводной брелок Дистанционный запуск от внешнего источника. Так что вы больше никогда не попадете в разряд разряженного аккумулятора!

ПОЛНАЯ система управления батареями (BMS), включая переразряд, перезаряд, короткое замыкание, тепловую защиту и балансировку ячеек.

ТЕХНОЛОГИЯ RE-START : Аккумулятор RE-START может перезапускаться самостоятельно.Он интеллектуально контролирует свое состояние и, если он обнаруживает чрезмерную разрядку, переходит в спящий режим, но сохраняет достаточно энергии, чтобы вы могли перезапустить свой автомобиль. Просто нажмите беспроводной брелок.

ОБОРУДОВАНИЕ OEM : точные размеры для замены свинца / кислоты. Никаких дополнительных модификаций или лотков устанавливать не требуется.

БОЛЬШЕ СЛУЖБЫ : в 2–3 раза дольше срок службы свинцово-кислотных и других литиевых батарей благодаря полной системе управления батареями.

HIGH POWER : Максимальный ток пуска в 3 раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов аналогичного размера.Лучший запуск и более высокое напряжение при запуске.

УЛЬТРАЛЁГКИЙ : Батарея Antigravity RE-START может быть на 70% легче свинцово-кислотного эквивалента. Это соответствует примерно 25-55 фунтам мгновенной потери веса, просто заменив батарею! Это делает литий-ионную батарею Antigravity наиболее экономичным продуктом для похудения, предлагая лучший запуск, управляемость и торможение! Реальное значение производительности!

НИЗКИЙ САМОРАЗРЯД : Аккумулятор RE-START не саморазряжается, как свинцово-кислотные аккумуляторы.Он обеспечивает более длительное время хранения при условии, что на аккумуляторе не происходит чрезмерного паразитного разряда.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ В АВТОМОБИЛЕ : Намного более устойчив к вибрации, чем свинец / кислота. Невероятно устойчивый к ударам и вибрации; внутри нет жидкости или кислоты, которые можно пролить или слить. Не выделяет опасный водород во время зарядки и не будет протекать жидкости, которые могут повредить отделку или шасси, например, кислоту.

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ АККУМУЛЯТОР : Без кислоты или тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий или ртуть.Всегда не забывайте относиться к утилизации аккумуляторов ответственно!

Достаточно ли лития для поддержания роста рынка литий-ионных батарей?

Литий-ионные батареи сегодня используются по умолчанию для большинства персональных электронных устройств и большинства электромобилей, поскольку они имеют более высокую плотность энергии, чем другие технологии. Революция литий-ионных аккумуляторов всерьез началась в начале 1990-х годов после того, как Sony и несколько других компаний выпустили первую коммерческую версию новой технологии аккумуляторов.Теперь, когда литий-ионные батареи являются преобладающим выбором для многих приложений, особенно для электромобилей, актуальны вопросы о глобальных поставках лития. Короче говоря, можно ли наращивать объемы литий-ионных аккумуляторов при повышенном спросе?

К концу 2015 года ожидается, что более миллиона электромобилей появятся на дорогах по всему миру, а количество юрисдикций по всему миру, серьезно сосредоточенных на росте продаж электромобилей, растет, поэтому мы можем ожидать значительного роста спроса на литий-ионные батареи. .Стоимость неуклонно снижалась с начала 1990-х годов. Недавний рецензируемый анализ показал, что цены на литий-ионные батареи снижаются примерно на 14 процентов в год с 2007 года, и долгосрочная тенденция также довольно очевидна, с учетом эффекта стандартной кривой обучения, на 6–9 процентов снижения цены. за каждое удвоение объема производства.

Поскольку Tesla продолжает собирать заголовки, давайте взглянем на тенденции роста литий-ионных батарей через призму ожидаемого роста Tesla и посмотрим, сможем ли мы экстраполировать это на глобальную картину.

Tesla планирует производить 500 000 автомобилей в год к 2020 году. При предполагаемой средней мощности 65 киловатт-часов на одно транспортное средство (с учетом как меньшей батареи ожидаемой модели S, так и больших батарей, таких как батареи в P85 и P85D), Для 500 000 аккумуляторов емкостью 65 киловатт-часов в год потребуется 5 миллионов килограммов (5000 метрических тонн) рафинированного лития в год из расчета около 10 килограммов лития на батарею.

Tesla также планирует производить батареи, такие как Powerwall, о которых недавно было объявлено, и батареи для поддержки сетей гораздо большей мощности, а также продавать их третьим сторонам.Ожидаемая годовая потребность Tesla в литии к 2020 году при полном производстве составляет около 8000 метрических тонн.

В рамках безумных предположений давайте предположим, что к 2040 году (или, будем надеяться, гораздо раньше) в мире появится 100 заводов по производству аккумуляторов размером с Tesla. Этого достаточно для производства около 100 миллионов электромобилей в год, плюс тонна стационарных хранилищ (глобальные продажи автомобилей составляют около 80 миллионов в год, поэтому 100 миллионов в год кажутся правильными, если мы включаем много лет продаж в будущем. , с большим населением мира).Если это так и основные требования к батареям не сильно меняются, к 2040 году миру потребуется около 800 000 метрических тонн лития. И это только для производства аккумуляторов, не считая многих других применений лития.

Геологическая служба США произвела оценку запасов лития в начале 2015 года, сделав вывод о том, что в мире достаточно известных запасов примерно на 365 лет при текущей мировой добыче, составляющей около 37000 тонн в год (Рисунок 1). Текущее производство составляет немногим более одной трети керамики, почти одной трети батарей и других видов использования последнюю треть.В том же отчете содержится около 39,5 миллионов метрических тонн «ресурсов», что является менее надежной категорией, чем «запасы». «Ресурсы» включают запасы, которые можно было бы экономически извлечь в какой-то момент в будущем, тогда как оценки запасов относятся к текущей экономической жизнеспособности.

Несмотря на то, что 365 лет резервного предложения звучит очень утешительно, суть революции электромобилей и стационарных хранилищ заключается в том, что текущий спрос резко возрастет, если эти революции действительно произойдут. Сценарий «100 гигафабрик» может сбыться.И если это произойдет, 365-летний запас будет меньше, чем 17-летний (13,5 миллиона тонн запасов, разделенные на 800000 = 16,9 лет).

Рисунок 1: Данные по добыче и запасам USGS (метрические тонны)

Можно ли наращивать литиевые батареи? Согласно этой быстрой и чисто умозрительной математике, короткий ответ с текущими резервами не просто нет, а черт возьми. При известных «ресурсах» лития в 39,5 миллионов тонн мы получаем около 50 лет поставок со 100 гигафабриками, что немного удобнее, но все же не совсем жизнеспособное долгосрочное решение.

Следующий вопрос заключается в том, насколько вероятно, что мировые запасы и ресурсы резко увеличатся.

Пик лития?

Можно с полным основанием ожидать, что запасы и ресурсы лития будут увеличиваться по мере роста рыночного спроса. Но, как и в случае со всеми ограниченными ресурсами, мы можем ожидать, что в какой-то момент мы достигнем пика производства. Я довольно подробно писал о дебатах о пике добычи нефти, поэтому справедливо и рационально применять аналогичную аналитическую линзу к производству лития.

Рынок производства лития все еще является довольно новым рынком, поэтому, хотя Геологическая служба США и другие уже сделали некоторые оценки запасов и ресурсов, пока рано делать какие-либо твердые выводы о будущем открытии и добыче ресурсов. Мы извлекли по крайней мере один урок из дебатов о пике добычи нефти: более высокие цены действительно стимулируют инновации и рост добычи, по крайней мере, они есть в США. Интересно, что почти весь рост мировой добычи нефти произошел за счет увеличения U.С. нефтедобыча. То есть остальному миру с трудом удавалось оставаться на беговой дорожке добычи нефти, даже несмотря на гораздо более высокие цены на нефть.

Несмотря на то, что революция гидроразрыва пласта еще не распространилась за пределы США и, возможно, никогда этого не произойдет, даже значительный рост добычи нефти в США за последние пять лет заставил большинство нефтяников на пике добычи съесть здоровую порцию вороньего пирога. Вскоре они вполне могут выиграть дебаты, но пока побеждают изобилия.

Что касается пикового значения содержания лития, существует существенная разница между этим товаром и маслом, поскольку существует множество готовых заменителей лития, которые можно использовать в производстве батарей.В упомянутом выше отчете USGS говорится: «Замещение соединений лития возможно в батареях, керамике, смазках и промышленном стекле. Примерами являются кальциевое и алюминиевое мыла как заменители стеаратов в консистентных смазках; кальций, магний, ртуть и цинк в качестве анодного материала в первичных батареях; натриевые и калиевые флюсы в керамике и стекле ». Все эти заменители могут столкнуться с такими же ограничениями ресурсов, что и литий, но есть фундаментальная разница между изменением химического состава батарей и поиском заменителей масла в более общем плане.

Весь мир не может работать на машинах

Даже этот небольшой набросок проблемы подчеркивает очевидный вывод: нам нужно сделать все возможное, чтобы уйти от одиночных легковых автомобилей — даже электромобилей — и больше полагаться на умный городской дизайн, прогулки, езда на велосипеде, совместное использование автомобилей, поезда, шаттлы и т. Д.

Слон (-ы) в этой дискуссии — это Китай, Индия и остальные развивающиеся страны. С населением в 1,3 миллиарда человек в Китае уже есть примерно половина автомобилей, чем в США.S., несмотря на то, что она намного менее экономически развита, из-за того, что ее население в четыре раза больше, чем в США, в Индии уровень владения автомобилями даже ниже, чем в Китае, а население почти такое же. На рис. 2 показано резкое неравенство в количестве владельцев автомобилей на душу населения («автомобиль» не включает мотоциклы или другие двухколесные транспортные средства).

Рисунок 2: Количество автомобилей на душу населения (на 1000 человек)

Источник: Википедия, подборка различных наборов данных

Что произойдет, когда Китай, Индия и остальные развивающиеся страны потребуют в массовом порядке за владение личным автомобилем и все связанные с этим привилегии? Что ж, мир определенно не может справиться с этой трансформацией в рамках сегодняшней системы ископаемого топлива, и, скорее всего, он не сможет справиться с ней и в альтернативной системе, ориентированной на электромобили, из-за ограничений ресурсов, описанных выше.Нам нужно хорошо подумать об альтернативах легковым автомобилям, даже если мы признаем, что электромобили намного лучше, чем автомобили с бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Мы сталкиваемся с настоящей загадкой, поскольку развивающийся мир стремится стать более похожим на развитый мир.

Тем не менее, есть место для некоторого долгосрочного оптимизма, когда мы смотрим на степень сокращения населения более чем в половине стран мира сегодня. Но, опять же, есть много плохих новостей, смешанных с хорошими, потому что во многих развивающихся странах население будет продолжать расти в течение нескольких десятилетий — времени, в течение которого экономический рост и количество владельцев автомобилей, скорее всего, резко возрастут, если мы сначала не столкнемся с реальными ограничениями ресурсов.

Инвестиции в производство лития?

В этой статье не рассматриваются инвестиционные последствия поставок лития, но я ранее предполагал, что инвестирование в биржевой фонд LIT (ETF) является хорошим способом инвестирования в рынок электромобилей в целом. Ожидается, что по мере роста спроса на литий-ионные батареи будет расти и спрос на литий. Цена на аккумуляторный литий выросла с 5180 долларов за метрическую тонну в 2010 году до 6800 долларов за тонну в 2013 году, немного снизившись до 6600 долларов в 2014 году.Однако, как и на все товары, цена товара зависит как от спроса, так и от предложения.

Цена LIT оставалась довольно стабильной в последние пару лет, даже несмотря на то, что продажи электромобилей и цена самого лития сильно выросли, так что это не тот случай, когда LIT будет расти автоматически с ростом продаж электромобилей. Ясно одно: для инвесторов, желающих владеть частью рынка электромобилей, LIT — это один из вариантов. А степень существенного роста LIT будет отражением того, насколько хорошо мировое производство лития поспевает за спросом.Время от времени мы можем ожидать точек роста, поэтому мы вполне можем увидеть некоторые пики и спады в LIT по мере того, как глобальный рынок электромобилей нагревается.

В анализе Макс Чатско из Motley Fool рассматривается вопрос о том, достаточно ли поставок лития для удовлетворения спроса на гигафабрику Tesla к 2020 году, и делается вывод о том, что маловероятно, что в ближайшие несколько лет будет достаточно увеличения предложения, чтобы хотя бы поддержать единственную фабрику Tesla, не говоря уже о много-много других подобных заводов, которые необходимо будет построить, чтобы удовлетворить спрос, если революция электромобилей действительно начнется в ближайшее десятилетие или два.

Но хотя анализ Motley Fool предполагает, что следующие несколько лет могут быть хорошими для LIT и других инвесторов в литий, они просто предполагают, что ресурсов лития будет достаточно для удовлетворения будущего спроса, основываясь на данных Геологической службы США об известных запасах. Конечно, это другой вопрос, чем краткосрочный анализ, и, как мы видели, похоже, что мы, вероятно, столкнемся с серьезной проблемой в увеличении поставок лития для удовлетворения спроса на электромобили — если электромобили и стационарные хранилища революции взлетают.

***

Там Хант — юрист и писатель, владелец консалтинговой компании по возобновляемым источникам энергии Community Renewable Solutions LLC и автор будущей книги «Солнечная сингулярность: почему наше энергетическое будущее такое яркое».

Хотите доступ к текущим данным и исследованиям, охватывающим цепочку поставок аккумуляторов? Узнайте об услуге Wood Mackenzie по сырью для аккумуляторов здесь.

Автомобильные литий-ионные батареи — Разработки для легковых автомобилей

Johnson Matthey Technol.Ред. , 2015, 59 , (1), 4

1. Введение

Литий-ионные элементы (, рис. 1 ) (1) в их наиболее распространенной форме состоят из графитового анода, литиевого катод из оксида металла и электролит из литиевой соли и органического растворителя. Литий является хорошим выбором для электрохимической ячейки из-за его большого стандартного потенциала электрода (–3,04 В), что приводит к высокому рабочему напряжению (что помогает как в мощности, так и в энергии), а также тому факту, что это металл с самой низкой плотностью (что снижает масса).

Рис. 1.

Схематический вид литий-ионного элемента (1)

Конструкция типичного цилиндрического элемента показана на Рисунок 2 , а Рисунок 3 показывает типичный пакетный элемент. Такие элементы представляют собой относительно легкий и небольшой источник энергии и в настоящее время производятся в очень больших количествах (> 1 миллиарда элементов в год) (2). В автомобильной промышленности литий-ионный аккумулятор состоит из десятков и тысяч отдельных ячеек, собранных вместе для обеспечения необходимого напряжения, мощности и энергии.Отдельные элементы обычно монтируются в несколько модулей, которые затем собираются в полный аккумулятор, как показано на Рисунок 4 .

Рис. 2.

Внутренняя конструкция типичной цилиндрической ячейки (1)

Рис. 3.

Внутренняя конструкция типичной карманной ячейки (1)

Рис. 4.

CAD of разобранный аккумуляторный модуль, собранный модуль и весь аккумуляторный блок (1)

Многие страны в настоящее время установили обязательные целевые показатели выбросов углекислого газа для автомобилей, например, в Европе требования к среднему парку выбросов CO 2 выбросов 130 г км –1 к 2015 г. и 95 г км –1 к 2021 г. (3).В разделе 2 этого документа будет показано, что с помощью (литий-ионного) аккумулятора можно значительно снизить выбросы CO 2 автомобилем. По этой причине в настоящее время в автомобилях используется все больше литий-ионных аккумуляторов.

Данная статья имеет следующую структуру. В Разделе 2 представлен ряд применений литий-ионных аккумуляторов в легковых автомобилях и перечислены их основные требования. В Разделе 3 дается краткий обзор возможностей ряда литий-ионных химических соединений, используемых в настоящее время для автомобильных приложений, а в Разделе 4 будут сравниваться требования (из Раздела 2) с возможностями, перечисленными в Разделе 3.В Разделе 5 будут рассмотрены будущие разработки, а в Разделе 6 представлены некоторые выводы.

2. Применение литий-ионных аккумуляторов в автомобильной промышленности

Аккумуляторы в легковых автомобилях могут применяться в различных областях (4). Те, которые будут здесь рассмотрены, были выбраны либо потому, что они уже используют литий-ионные батареи, либо потому, что потенциально могут сделать это в будущем. Обратите внимание, что существует ряд стандартных автомобильных требований, которым должны соответствовать все литий-ионные аккумуляторы, используемые в автомобилях: они включают срок службы (обычно 8–15 лет), температурный диапазон (от –40 ° C до как минимум + 60 ° C. , в идеале 80 ° C) и виброустойчивость (не менее 4.5 среднеквадратичное ускорение (grms)) (5). Теперь будет кратко описано каждое приложение.

2.1 Пусковое освещение, Зажигание

Пусковое освещение, зажигание (SLI) — это «автомобильный аккумулятор», который был почти в каждом автомобиле в течение последних 100 лет. Обычно это называется «аккумулятор на 12 В», но его нормальное напряжение (при использовании в автомобиле и при зарядке от генератора переменного тока) ближе к 14 В. Практически во всех современных серийных автомобилях это свинцово-кислотный аккумулятор, но есть Есть несколько автомобилей, которые используют литий-ионный аккумулятор либо в стандартной комплектации (например, McLaren P1), либо в качестве опции (например, некоторые модели Porsche).В Porsche Boxster Spyder литий-ионный аккумулятор стоит 1700 долларов США и имеет тот же форм-фактор и точки крепления, что и стандартный свинцово-кислотный аккумулятор, но весит всего 6 кг, что на 10 кг легче, чем свинцово-кислотный вариант. Следует отметить, что Porsche поставляет обычные свинцово-кислотные батареи, а также литий-ионные для использования при низких температурах, когда литий-ионный аккумулятор может не обеспечивать достаточную мощность для запуска двигателя (см. Раздел 3).

2.2 Остановка на холостом ходу

Это система, которая теперь установлена ​​на большинстве европейских транспортных средств, которая выключает двигатель внутреннего сгорания, когда автомобиль неподвижен, и перезапускает его, когда вы собираетесь трогаться с места (4).Он предлагает около 5% экономии топлива при ориентировочной стоимости системы около 350 долларов США (4), что делает его привлекательным решением для производителей оригинального оборудования (OEM), стремящихся соответствовать европейским ограничениям CO 2 на 2015 год. Требования к батарее для этого приложения очень похожи на требования к батарее SLI, но более частые запуск и остановка двигателя требуют более длительного срока службы. Подавляющее большинство аккумуляторов для этого приложения по-прежнему являются свинцово-кислотными, но используется ряд других вариантов, включая ультраконденсаторы и литий-ионные батареи, которые впервые были использованы в 2002 году на вариаторе Toyota Vitz CVT, который, насколько известно автору, был первым серийным автомобилем. использовать литий-ионный аккумулятор.

Многие системы остановки на холостом ходу также интеллектуально управляют генератором переменного тока транспортного средства, например, используя его для выработки максимальной мощности при замедлении транспортного средства (что дает ограниченную степень регенеративной способности торможения), и эти системы часто называют микрогибридами.

2.3 Мягкий гибрид

В мягком гибриде электрическая энергия используется для дополнения энергии от двигателя внутреннего сгорания. Используя подходящую систему управления, чтобы решить, как сочетать эти два источника энергии, можно получить значительную экономию топлива (обычно 10–15%, но на некоторых демонстрационных автомобилях было показано до 30%) при умеренном увеличении мощности системы. стоимость (4).Аккумуляторы для этого приложения требуют лишь небольшого количества энергии и энергии. Большинство аккумуляторов для этого применения в настоящее время представляют собой никель-металлогидридные (NiMH) батареи, при этом литий-ионные батареи впервые были использованы в 2010 году для гибрида Mercedes S400. Поскольку эта статья посвящена литий-ионным батареям, никель-металлгидридные батареи (более старая технология, предлагающая более низкую плотность энергии, чем литий-ионные) не будут здесь подробно рассматриваться.

Обратите внимание, что вскоре ожидается, что количество производимых мягких гибридов значительно увеличится из-за использования систем 48 В в автомобиле.Этот сдвиг обусловлен требованиями европейского флота 2020 CO 2 (3). Использование 48 В было первоначально предложено в 2011 году Audi, BMW, Daimler, Porsche и Volkswagen (6) и привело к стандарту LV 148 (7). Audi недавно заявила, что они ожидают, что такие системы будут производиться в течение следующих двух лет (8), и ожидается, что все системы на 48 В будут основаны на литий-ионных батареях.

Следует также отметить, что большинство автомобилей на топливных элементах также будут гибридами (4). Например, Toyota недавно объявила, что начнет продажи седана на топливных элементах в начале 2015 года, и это мягкий гибрид, использующий небольшую батарею в качестве дополнения к топливному элементу и повышения общей эффективности автомобиля (9).

2.4 Полный гибрид

В случае полного гибрида подход аналогичен подходу к мягкому гибриду, но электрическая мощность и запасенная энергия теперь достаточно высоки, чтобы приводить автомобиль в действие исключительно за счет электроэнергии. Доступная энергия аккумулятора обычно ограничивает дальность действия в этом режиме несколькими километрами. Примером такого автомобиля является Toyota Prius (хотя в настоящее время он использует никель-металлгидридный аккумулятор), который на сегодняшний день является самым успешным гибридным автомобилем, проданным на сегодняшний день. Он имеет запас хода около 1 мили в режиме электромобиля (EV).Экономия расхода топлива в полном гибриде обычно составляет 30-40%, например, на Toyota Yaris 2014 года бензин 1,33 (98 л.с. / 73 кВт) производит 114 г. Км –1 выбросов CO 2 , в то время как гибрид (также 98 л.с. / 73 кВт) достигает 75 г / км –1 , что на 34% меньше.

Аккумуляторы для этого приложения должны обеспечивать большую мощность (чтобы действовать как единственный источник энергии в транспортном средстве) и больше энергии, чем для умеренного гибридного приложения. Большинство применений (по объему) по-прежнему никель-металлгидридные, но значительное количество автомобилей в настоящее время основано на литий-ионных батареях, включая BMW Active Hybrid 3, который может ездить на двоих.5 миль со скоростью до 37 миль в час только на электроэнергии. Гибридный электромобиль (HEV) — это фраза, которая использовалась для описания мягких гибридных и полногибридных транспортных средств и даже применялась к некоторым транспортным средствам с немногим более, чем системой остановки на холостом ходу (микрогибриды).

2.5 Подключаемый гибридный электромобиль

Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV) можно рассматривать как полный гибрид с возможностью зарядки аккумулятора от сети. Транспортное средство спроектировано таким образом, чтобы изначально предпочтительно использовать электрическую энергию от его последнего заряда до тех пор, пока он не будет исчерпан, после чего он ведет себя как полностью гибридный автомобиль.Таким образом, энергия, полученная при зарядке от сети, заменяет часть энергии, которая потребовалась бы от жидкого топлива (бензина или дизельного топлива), дополнительно снижая расход топлива (и, следовательно, выбросы CO 2 в выхлопной трубе). VW XL1 — это PHEV, который предлагает 313 миль на галлон и 24 г км –1 CO 2 , но Vauxhall Ampera (GM Volt) и Toyota Prius PHEV (обратите внимание, что Toyota Prius PHEV отличается от стандартного «Toyota Prius, который является полностью гибридным автомобилем», являются более доступными вариантами.Все используют литий-ионные батареи. Энергия, требуемая от аккумулятора, аналогична мощности, необходимой для полного гибрида, но необходимо сохранить больше энергии, чтобы зарядить батарею от сети стоило того.

Для целей этого документа электромобиль с увеличенным запасом хода (REEV) будет считаться типом PHEV.

2.6 Электромобиль

Единственным источником энергии электромобиля является аккумулятор. Примером такого типа автомобилей является Nissan Leaf. У электромобиля нулевые выбросы из выхлопной трубы, хотя, по оценкам, у Leaf выделяется 66.83 г км –1 CO 2 в Великобритании на основе CO 2 , вырабатываемого электросетью, используемой для его заправки. Мощность, требуемая от аккумулятора электромобиля, такая же, как и у PHEV (оба должны иметь возможность приводить в действие автомобиль), но в электромобиле предусмотрено столько энергии, сколько возможно, чтобы обеспечить разумный диапазон (обычно ~ 100 миль). Это большое энергопотребление объясняет требование «низкой стоимости» (в пересчете на доллары США / кВт · ч) для электромобилей в , Таблица I , поскольку стоимость батареи необходимо сравнивать со стоимостью обычного топливного бака (~ 100 евро или ~ 130 долларов США).

Таблица I

Типичные применения литий-ионных аккумуляторов в легковых автомобилях

Типичные уровни мощности, кВт , кВтч 10258 PH0 из перечисленных выше приложений обобщены в Таблице I .Показаны типичные свойства и требования технологии аккумуляторов для каждого приложения. Данные о мощности и энергии в Таблица I также можно просмотреть в виде диаграммы, как показано на Рисунок 5 .

Рис. 5.

Требования к питанию и энергии для различных аккумуляторных батарей легковых автомобилей

3. Литий-ионный химический состав

Литий-ионные элементы в их наиболее распространенной форме состоят из графитового анода и металлического лития оксидный катод и электролит из литиевой соли и органического растворителя.Хотя основной формат остается постоянным для всех литий-ионных элементов, подробный химический состав (например, катод и / или анод) может быть изменен, изменяя свойства элемента. Целью данной статьи не является дать подробное объяснение производства различных клеток или их химического состава, поскольку это хорошо освещено в другом месте (см., Например, (1, 2, 10)).

Основные литий-ионные химические соединения, используемые в автомобильной промышленности, обобщены в Таблице II (1). Во всех случаях анодом является графит, за исключением шестой позиции, в которой анодом является титанат.

Таблица II
Сводка основных литий-ионных вариантов
Приложение Типичное напряжение (я), В Типичные уровни мощности, кВт Самый распространенный тип батарей на сегодняшний день Особые требования
SLI 14 3 0.7 Свинцово-кислотный Запуск на холоду
Остановка на холостом ходу 14 3 0,7 Свинцово-кислотный Запуск на холоде
Мягкий гибрид –30 0,3 NiMH Длительный срок службы
Полно-гибридный 300–600 60 1–2,5 NiMH Срок службы с длительным циклом
60 4–10 Li-ion Длительный срок службы
EV 300–600 60 15+ Li-ion Низкая стоимость
.50 C, импульсный 215 продолжение
Плотность энергии на уровне элементов, Втч кг –1 Плотность энергии на уровне элементов, Втч л –1 Срок службы, 100% DoD Ориентировочная стоимость, долл. США / ч –1 Мощность C-rate Начало безопасного теплового разгона, ° C Потенциал, В Диапазон температур окружающей среды, ° C
LiCoO 2 170–185 450–490 500 0.31–0,46 1 C 170 3,6 –20 до 60
LiFePO 4 (EV / PHEV) 90–125 130–300 2000 ,6 5 C продолжение 10 C импульсный 270 3,2 от –20 до 60
LiFePO 4 (HEV) 80–108 200–240 2000 0,4–1,0 270 3,2 от –20 до 60
NCM (HEV) 150 270–290 1500 0,5–0,9 20 C продолж. 40287 импульс 3,7 от –20 до 60
NCM (EV / PHEV) 155–190 330–365 1500 0,5–0,9 1 C продолж. 5 C импульс215 3,7 от –20 до 60
Титанат vs. NCM / LMO 65–100 118–200 12,000 1–1,7 10 C продолж. 20 C импульсный Не восприимчивый 2,5 от –50 до 75
Марганцевая шпинель (EV / PHEV) 90–110 280> 1000 0,45–0,55 255 3,8 –20 до 50

Эту таблицу можно резюмировать с точки зрения ключевых параметров, которые требуются для коммерческого применения этих аккумуляторных технологий в легковых автомобилях, как в Таблице III ниже.Обратите внимание, что цена не была включена в эту таблицу, так как все диапазоны фактически перекрываются, за исключением более дорогой системы, содержащей титанат.

Хотя все эти химические составы элементов использовались в легковых автомобилях и, следовательно, могут быть достаточно безопасными, температура, при которой начинается тепловой разгон, используется здесь, чтобы проиллюстрировать различия между химическими составами — чем выше эта температура, тем безопаснее химический состав. быть. Срок службы приведен в Таблице II с точки зрения продолжительности цикла, в то время как ранжирование в Таблице III также может включать календарный срок.

Таблица III
Ключевые параметры литий-ионных химических соединений
Параметр Химические вещества с наиболее высокими показателями Химические вещества с самыми низкими показателями
Титан 4 LiCoO 2
Мощность LiFePO 4 LiCoO 2
Энергия 9017 LiCo178 9017 LiCo178 9017 LiCo178 9028 Титанат, LiFePO 4 LiCoO 2

Обратите внимание, что химический состав, обеспечивающий лучшую мощность (фосфат лития-железа (LiFePO 4 )), является наихудшим для энергии.При выборе химического состава кандидатов для применения необходимо учитывать как мощность, так и энергию, и эта идея будет дополнительно исследована в Разделе 4.

Последний параметр для рассмотрения — низкотемпературные характеристики, и лучше всего это показано на графике ( Рисунок 6 , который основано на данных из (11) с добавлением литий-ионного аккумулятора автором на основе измерений автомобильного литий-ионного элемента LiFePO 4 ).

Рис. 6.

Низкотемпературные характеристики выбранных аккумуляторных батарей

Этот график показывает, что технология свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном (VRLA) обеспечивает значительно более высокую мощность при низких температурах и поэтому лучше подходит для холодного запуска. (которые требуют возможности проворачивать двигатель до –40 ° C).

4. Литий-ионный для различных приложений

Один из способов оценить пригодность литий-ионного аккумулятора для различных приложений — сравнить соотношение мощность: энергия для элементов и для приложений, как показано на Рисунок 7 . Здесь желтыми линиями показаны отношения мощность: энергия для различных химикатов (из , таблица II, ), а точками показаны требования для каждого из приложений (, рис. 5, ). Линии, ближайшие к точкам, вероятно, лучше всего подходят для приложения с точки зрения мощности и энергии, поскольку химические соединения с линиями, расположенными далеко от точек, будут иметь значительный избыток мощности или энергии сверх требований.Это, вероятно, сделает их более дорогим решением (с точки зрения стоимости, веса и объема), чем решения с линиями, близкими к точке.

Рис. 7.

Мощность, энергия и возможности различных химикатов

Можно видеть, что есть хорошие совпадения для мягкого и полного гибрида и PHEV, но не особенно подходящего для требований EV.

Это означает, что компаниям, предлагающим различные типы гибридных транспортных средств, обычно необходимо выбрать несколько химикатов (что также обычно означает наличие нескольких поставщиков).Например, BMW использует ячейки A123 LiFePO 4 в своих гибридах, в то время как она использует Samsung SDI (никель-марганец-кобальт (NMC)) для своих автомобилей EV и PHEV (12), оба из которых можно рассматривать как разумный выбор на основе на Рисунок 3 . Однако в отрасли нет консенсуса, например, в то время как BMW выбрала NMC для своих электромобилей, Honda использует химический состав титаната в своем Fit EV, а Renault использует шпинель литий-марганцевый оксид (LMO) в ZOE EV (13).

Следует отметить, что в то время как литий-ионные батареи используются в серийных автомобилях, работа при низких температурах (см. Раздел 3), срок службы (особенно календарный срок службы), температурный диапазон, безопасность и стоимость — все это области, которые в идеале нуждаются в улучшении. и эти проблемы все еще остаются после многих лет исследований и разработок (10).Некоторый прогресс был достигнут, например, количество аккумуляторных батарей увеличилось с 80 Втч кг –1 в Mitsubishi iMiEV (запущен в 2009 году) и Nissan Leaf (выпущен в 2010 году) до 97 Втч кг –1 в новом Kia Soul. EV (запущен в мае 2014 г.) (14), что в среднем (сложное) улучшение составляет 4% в год. Отчасти это связано с большими временными рамками автомобильной промышленности (обычно от выбора детали до серийного производства — пять или более лет), но также с необходимостью улучшений без отрицательного влияния на другие параметры.

5. Будущие разработки

В области литий-ионных аккумуляторов ведется много исследований. Обзор литиевых батарей (2) датируется 2009 годом, но это все еще полезный обзор, и многие из обсуждаемых в нем исследовательских тем еще не нашли широкого применения в автомобильной промышленности. Теоретическая модель, созданная в Университете Райса и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, которая предсказывает, как углеродные компоненты будут работать в качестве электродов (15), также может принести значительную пользу будущим разработкам литий-ионных элементов.

Недавний обзор, в котором основное внимание уделяется энергии и стоимости (и наиболее актуален для электромобилей) (16), предполагает, что литий-ионный химический состав улучшится, вероятно, не более чем на 30% с точки зрения энергии на единицу веса, и предлагает диапазон потенциальных заменяющих химикатов. Однако следует помнить, что автомобильный аккумулятор — это гораздо больше, чем просто химия, поскольку сами элементы должны быть упакованы в пакет или банку, а затем сотни или, возможно, тысячи этих элементов должны быть упакованы в автомобиле вместе с оборудование для управления тепловым режимом и электронного контроля.Типичная автомобильная аккумуляторная батарея сегодня достигает 82 Вт · ч кг –1 (например, Nissan Leaf), что значительно ниже, чем можно получить от одних только элементов.

Недавно были разработаны прототипы аккумуляторных блоков со значительно более высокой плотностью энергии. Например, программа SmartBatt (17) недавно продемонстрировала аккумуляторный блок для электромобиля емкостью 148 Вт · ч, кг –1 , при этом он отвечал всем другим автомобильным требованиям, этот блок был показан как CAD на Рис. 4 , а собранный блок показан на Рис. 8 .Это было достигнуто за счет сочетания 1408 литий-ионных элементов с относительно высокой энергией (каждый по 181 Вт · ч, кг, –1 ) с инновационными материалами (включая алюминиевый гибридный пенопластовый сэндвич-материал) и новейшими технологиями (включая большое количество краш-тестов. моделирования для оптимизации дизайна).

Рис. 8.

Таблица IV дает разбивку по весу блока SmartBatt. Прирост энергии на единицу веса на 85%, полученный с помощью пакета SmartBatt, намного превосходит долгосрочные прогнозы 30% -ного улучшения энергии на единицу веса за счет улучшения химического состава литий-ионных аккумуляторов, и вместе они предполагают получение 100% -ного прироста энергии на единицу веса. (примерно до 160 Вт · ч кг –1 ) может быть возможным на уровне упаковки для электромобилей.

Таблица IV
SmartBatt Вес с разбивкой
Компонент Масса, кг Доля,%
Ячейки 16,6 10,7
Ячейки 125,3 80,6
Электрические компоненты 2.1 1,4
Электрические соединения 2,9 1,9
ИТОГО 155,4

6. Выводы

разные требования для каждого. Это показало, что, хотя аккумуляторные блоки на основе литий-ионных аккумуляторов могут использоваться во всех основных приложениях для аккумуляторов легковых автомобилей, они лучше всего подходят для использования в приложениях PHEV и EV и наименее подходят для приложений SLI.Было показано, что даже для приложений, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, разные производители автомобилей выбрали разные химические составы для одного и того же приложения, основываясь на разных интерпретациях компромиссов между характеристиками химического состава и требованиями конкретного приложения.

Было заявлено, что новый литий-ионный химический состав предлагает ограниченный потенциал для улучшения (~ 30% в пересчете на Вт · ч, кг –1 ), что привело к значительным исследованиям химического состава, не основанного на литиевых ионах, которые обещают значительно более высокий выигрыш (16).Однако здесь показано, что, особенно для аккумуляторных блоков EV, значительное увеличение веса может происходить из-за общей конструкции аккумуляторного блока, и это вместе с лучшими химическими характеристиками предполагает, что удвоение энергии на единицу веса для аккумуляторных блоков EV возможно в относительно недалекое будущее.

Благодарности

Автор благодарит анонимных рецензентов и редактора за их конструктивные комментарии, а также Джонсона Матти за разрешение опубликовать эту статью.

Растущие экологические издержки нашей зависимости от литиевых батарей

Вот совершенно современная загадка: что связывает батарею в вашем смартфоне с мертвым яком, плывущим по тибетской реке? Ответ — литий — реактивный щелочной металл, от которого питаются наши телефоны, планшеты, ноутбуки и электромобили.

В мае 2016 года сотни протестующих бросили мертвую рыбу на улицы Тагонга, города на восточной окраине Тибетского плато. Они вытащили их из вод реки Лики, где утечка токсичных химикатов из литиевой шахты Ганьцзичжоу Ронгда нанесла ущерб местной экосистеме.

На поверхности ручья изображены массы мертвой рыбы. Некоторые очевидцы сообщили, что видели трупы коров и яков, плывущие вниз по течению, мертвые от питья зараженной воды. Это был третий подобный инцидент за семь лет в регионе, где наблюдается резкий рост добычи полезных ископаемых, включая операции, проводимые BYD, крупнейшим в мире поставщиком литий-ионных аккумуляторов для смартфонов и электромобилей. После второго инцидента в 2013 году чиновники закрыли рудник, но когда он снова открылся в апреле 2016 года, рыба снова начала умирать.

Салар де Уюни, Боливия. Рабочие пробуривают корку самой большой соляной равнины в мире с помощью больших буровых установок. Они стремятся найти рассол под слоями магния и калия в надежде найти места, богатые литием. С 2000-х годов большая часть мирового лития добывается таким способом, а не с использованием источников минеральных руд, таких как сподумен, петалит и лепидолит. Матаж Кривич / INSTITUTE

Литий-ионные батареи являются важным компонентом усилий по очистке планеты. Аккумулятор Tesla Model S содержит около 12 килограммов лития, в то время как решениям по хранению в сети, которые помогут сбалансировать возобновляемую энергию, потребуется гораздо больше.

Спрос на литий растет экспоненциально, и в период с 2016 по 2018 год он удвоился в цене. По данным консалтинговой компании Cairn Energy Research Advisors, ожидается, что производство литий-ионных аккумуляторов вырастет со 100 гигаватт-часов (ГВт-ч) годового производства в 2017 году до почти 800 ГВтч в 2027 году.

Уильям Адамс, руководитель отдела исследований в Metal Bulletin, говорит, что нынешний всплеск спроса можно проследить до 2015 года, когда китайское правительство объявило об огромном продвижении в сторону электромобилей в своем 13-м пятилетнем плане.Это привело к значительному увеличению числа проектов по добыче лития, и, по словам Адамса, «в стадии разработки находятся еще сотни».

Но есть проблема. В то время как мир пытается заменить ископаемое топливо чистой энергией, воздействие на окружающую среду от обнаружения всего лития, необходимого для этого преобразования, может стать серьезной проблемой само по себе. «Одна из самых больших экологических проблем, вызванная нашим бесконечным голодом по новейшим и умным устройствам, — это растущий кризис минералов, особенно тех, которые необходимы для производства наших батарей», — говорит Кристина Валимаки, аналитик Elsevier.

Китайская компания CATL представляет натриево-ионную батарею — первую для крупного производителя автомобильных аккумуляторов

Знак китайского производителя аккумуляторов Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL) виден на его здании в Ниндэ, провинция Фуцзянь, Китай, 8 августа 2018 года. REUTERS / Stringer

ПЕКИН, 29 июля (Рейтер) — Китайская компания CATL (300750.SZ) в четверг стала первым крупным производителем автомобильных аккумуляторов, представившим натриево-ионные аккумуляторы, заявив, что планирует создать цепочку поставок для новой технологии в 2023 г.

По мере того, как электромобили становятся все более популярными, спрос на основные компоненты аккумуляторов, особенно кобальт, резко вырос. Это побудило производителей автомобилей и аккумуляторов искать альтернативы трем основным технологиям: никель-кобальт-алюминиевые (NCA), никель-кобальт-марганцевые (NCM) и литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы.

Натрий-ионные аккумуляторы не содержат литий, кобальт или никель. Подробная информация о стоимости новых батарей не разглашается.

CATL, ведущий производитель автомобильных аккумуляторов в Китае с рыночной стоимостью почти 200 миллиардов долларов, также представил аккумуляторную батарею, в которую входят натрий-ионные и литий-ионные аккумуляторы.

Плотность энергии его новых натрий-ионных аккумуляторов все еще ниже, чем у аккумуляторов LFP, сообщил на брифинге заместитель руководителя исследовательского центра CATL Хуан Цисэнь. Но он добавил, что они хорошо работают в холодную погоду и в сценариях с быстрой зарядкой.

CATL, которая конкурирует с японской Panasonic Corp (6752.T) и южнокорейской LG Chem, насчитывает более 5000 исследователей, сообщил на брифинге ее председатель Цзэн Юйцюнь.

Компания также занимается разработкой других технологий, которые позволяют интегрировать аккумуляторные элементы непосредственно в раму электромобиля, чтобы увеличить дальность поездки.

Автопроизводители, которые поставляет CATL, включают Tesla Inc (TSLA.O), Volkswagen AG (VOWG_p.DE) и Geely (GEELY.UL).

Отчетность Илей Сун и Тони Манро; редактирование Эдвина Гиббс и Джейсон Нили

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

На ведущих рынках электромобилей преобладает рост емкости литий-ионных аккумуляторов

Продажи электромобилей с подзарядкой от сети, или PEV, резко выросли, поскольку правительства обезуглероживают свой транспортный сектор и улучшают качество воздуха.В свою очередь, растут инвестиции в литий-ионные батареи, или LIB, для удовлетворения растущего спроса со стороны производства PEV. Поскольку потребление PEV растет в Азии, Европе и Северной Америке, мы наблюдаем большую географическую диверсификацию производственных мощностей LIB, приближая их к точкам производства и продаж автомобилей.

Мы ожидаем, что глобальные производственные мощности LIB увеличатся с 455 ГВтч в 2020 году до 1447 ГВтч в 2025 году при среднегодовом темпе роста 26%. Китай и Европа внесут наибольший вклад в увеличение пропускной способности LIB, так же как эти два региона также станут крупнейшими драйверами глобальных продаж легковых автомобилей PEV.

Продажа электромобилей

Продвижение

PEV подпадает под более широкую повестку дня региона по декарбонизации и энергоэффективности. По данным Министерства энергетики США, электромобили, работающие на чисто аккумуляторных батареях, или BEV, в частности, не производят выбросов из выхлопной трубы и преобразуют энергию для движения транспортного средства более эффективно, чем обычные бензиновые автомобили.

Политические стимулы сыграли решающую роль в увеличении продаж PEV. Обычно они включают потребительские субсидии для поощрения покупок PEV в сочетании со штрафами производителей за выбросы углерода или производство двигателей внутреннего сгорания в автомобилях.

Наше литиево-кобальтовое агентство CBS в январе 2021 г. прогнозирует рост продаж легковых автомобилей PEV с 2,9 млн единиц в 2020 г. до 9,5 млн единиц в 2025 г. 27 стран ЕС, Норвегия и Великобритания — с 2021 года стать крупнейшим рынком легковых автомобилей PEV.

Мы прогнозируем, что продажи PEV в США вырастут с 0,28 миллиона до 1,05 миллиона в период с 2020 по 2025 год, во главе с 12 штатами, которые приняли программу электромобилей с нулевым уровнем выбросов, а также за счет потенциала роста, который президент Джо Байден выполнил на выборах. достижение углеродной нейтральности к 2035 году, замена государственного парка электромобилями и инвестирование в 500 000 зарядных станций для электромобилей, все из которых могут увеличить производство и потребление PEV.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы доминируют в Китае

В настоящее время Китай доминирует в мировом объеме LIB, на долю которого в 2020 году будет приходиться 77%. Тем не менее, мы ожидаем большей географической диверсификации по мере того, как все больше стран станут производителями LIB, особенно в Европе. Мы прогнозируем, что доля Европы в емкости LIB увеличится с 6% в 2020 году до 25% в 2025 году, что снизит прогнозируемую долю Китая до 65%.

Рост инвестиций увеличил емкость LIB в Китае более чем в пять раз в период с 2015 по 2018 год, чтобы удовлетворить рост спроса в результате роста продаж PEV за счет субсидий.Однако качество продукции у разных производителей LIB существенно различается из-за нехватки поставок высококачественной продукции, поскольку ведущие производители не могут достаточно быстро наращивать мощности и производство; и наоборот, имелась серьезная избыточная емкость LIB на стороне низкого качества.

До 2019 года субсидии применялись только к PEV, оснащенным LIB, произведенными китайскими производителями аккумуляторов, что исключало иностранные производители, такие как LG Chem Ltd., Panasonic Corp. и Samsung SDI Co. Ltd. С 2019 года китайская индустрия LIB была исключена. в фазе консолидации, когда неконкурентоспособные фирмы уходят с рынка, в то время как корейские производители, в частности, увеличили инвестиции в Китай на более равных условиях.

Консолидация увеличила долю шести ведущих производителей в производственных мощностях LIB Китая с 38% в 2017 году до 49% в 2020 году, и мы ожидаем, что эта доля вырастет до 58% в 2025 году. производители со штаб-квартирой включат LG Chem с 2021 года.

Емкость европейских LIB вырастет в 13 раз к 2025 году

Согласно прогнозам, производственная мощность LIB в Европе увеличится с 28 ГВтч в 2020 году до 368 ГВтч в 2025 году в рамках поддерживающей политики, поскольку этот регион обгонит Китай и станет крупнейшим в мире рынком PEV.

По данным Европейского Союза, на легковые автомобили приходится 12% выбросов углекислого газа в регионе. В 2020 году ЕС ужесточил целевой показатель выбросов для новых автомобилей на 27% до 95 граммов углекислого газа на километр и настроен на дальнейшее снижение выбросов с уровня 2021 года на 15% в 2025 году и на 37,5% в 2030 году. привело к тому, что автопроизводители увеличили предложения и продажи региональных моделей PEV, чтобы избежать штрафа в размере 95 евро за грамм избыточного CO2. За пределами ЕС U.К. и Норвегия продвигают продажи PEV с помощью субсидий на покупку, благоприятных ставок дорожного налога и запрета продажи новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2025 и 2030 годам соответственно.

Европа имеет традиции производства автомобилей с ключевыми производственными центрами в Германии, Франции, Великобритании и Италии. Следовательно, в Европе также наблюдается приток инвестиций в емкость аккумуляторных батарей, чтобы удовлетворить региональный спрос на производство и продажу PEV. К 2025 году в число производителей LIB могут войти пять европейских стран — Чехия, Франция, Германия, Словакия и Швеция.

Наибольшее увеличение мощности до 2025 года включает 100 ГВтч на первом этапе Tesla Inc. в Германии, LG Chem в Польше с достижением общей мощности 70 ГВтч и Northvolt AB в Швеции и Германии на общую сумму 48 ГВтч.

Рост мощностей LIB в США замедлится, но к 2025 году все еще увеличится более чем вдвое

Мы ожидаем, что мощность LIB в США увеличится более чем вдвое с 42 ГВтч в 2020 году до 91 ГВтч в 2025 году. Инвестиции осуществляются LG Chem и SK Innovation Co. Ltd.Tesla еще не объявила о мощности для проекта Texas Gigafactory, который остается «темной лошадкой» и может значительно увеличить мощность. Тем не менее, инвестиционный импульс LIB слабее в США, чем в Европе или Китае, в результате сравнительно слабой политической поддержки для PEV на сегодняшний день. Мы ожидаем, что доля США в мировых мощностях снизится с 9% в 2020 году до 6% в 2025 году, поскольку темпы роста мощностей LIB отстают от других регионов.

Локализация производства аккумуляторов

Батарейные блоки

LIB составляют 30-40% от стоимости BEV, что делает их наиболее дорогостоящими компонентами.Автопроизводители все чаще держат производство аккумуляторных батарей собственными силами, так как аккумуляторные блоки адаптируются к каждой модели транспортного средства и их транспортировка является дорогостоящей из-за веса. Гигантские предприятия Tesla в Шанхае и Неваде используют сторонние элементы для сборки аккумуляторных модулей и блоков.

Производство ячеек

LIB рядом с производством автомобилей и упаковок помогает минимизировать риски цепочки поставок и позволяет улучшить сотрудничество между производителями аккумуляторов и автомобилестроением, одновременно снижая затраты на логистику и повышая безопасность. Кроме того, LIB классифицируются как опасные грузы из-за опасности возникновения пожара и требуют дополнительных испытаний и подготовки перед отправкой в ​​соответствии с международными правилами перевозки.

Аккумуляторы и автопроизводители стремятся снизить стоимость аккумуляторов, применяя целостный подход к проектированию аккумуляторов, от элементов до модулей и блоков. Например, технология производства элементов Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. и технология лезвийных аккумуляторов BYD Co. Ltd. пытаются устранить лишнее пространство в аккумуляторных блоках, в то время как Tesla внедряет инновационную технологию без вкладок в конструкции элементов, чтобы снизить затраты и повысить эффективность производства и производительность аккумулятора.

Между производителями аккумуляторов и автопроизводителями также существует значительная жесткость в отношении поставок, что дает существующим поставщикам преимущество первопроходца.Наличие поставщика отдельных элементов для одного и того же аккумуляторного блока обеспечивает большую однородность элементов, что имеет решающее значение для определения безопасности, емкости и долговечности аккумуляторов. У нового поставщика аккумуляторов также длительный период квалификации, что приводит к установлению долгосрочных отношений между производителями аккумуляторов и автопроизводителями. Наконец, поскольку производство аккумуляторных элементов обеспечивает экономию на масштабе, более крупные производители получают выгоду от более низких затрат.

Преимущества непосредственного или интегрированного производства «ячейка-упаковка» в сочетании с устойчивостью поставок и экономией на масштабе объясняют тип инвестиций в производственные мощности, происходящие в Европе и США.S. Это, как правило, крупномасштабные проекты, возглавляемые крупнейшими мировыми производителями аккумуляторов, включая CATL и SK Innovation. Многие из них сотрудничают с партнерами-автопроизводителями, такими как LG Chem и General Motors Co. в США, Saft AB и PSA Peugeot Citroën SA во Франции и Германии, а также Northvolt с Volkswagen AG и Bayerische Motoren Werke AG в Европе.

В то время как инвестиции в производство аккумуляторов были обусловлены высокими региональными продажами PEV, в странах-производителях литиевого сырья, которые еще не имеют значительного рынка PEV, который можно было бы интегрировать в производство аккумуляторов, прогресс был гораздо медленнее.

Правительства ведущих стран-производителей лития, включая Чили и Австралию, поощряют увеличение добавленной стоимости за счет развития локальной цепочки поставок аккумуляторов. Чили добилась некоторого прогресса до тех пор, пока член консорциума по аккумуляторным батареям не вышел из-за того, что страна не могла поставить достаточное количество гидроксида лития, необходимого для аккумуляторов с более высоким содержанием никеля. Австралия добилась лишь частичного прогресса: проект Energy Renaissance Pty. Ltd. направлен на запуск производства LIB для хранения энергии с середины 2021 года, начиная с мощности 0.066 ГВтч.

Пропускная способность

Global LIB вырастет на 218% в период с 2020 по 2025 год с большей регионализацией ближе к ключевым рынкам PEV. Хотя это можно рассматривать как пример деглобализации, на самом деле глобализация работает наилучшим образом, когда наиболее конкурентоспособные и опытные производители аккумуляторов лучше всего расположены, чтобы уловить рост спроса на LIB на самых быстрорастущих рынках PEV.

Эта статья была опубликована S&P Global Market Intelligence, а не S&P Global Ratings, которое является отдельно управляемым подразделением S&P Global.

Насколько экологичны автомобильные литий-ионные батареи?

Этот пост, являющийся частью серии, в которой мы запускаем все о электромобилях , был написан Кристен Холл-Гейслер с сайта HowStuffWorks.com.

Ископаемые виды топлива (например, бензин и дизельное топливо) заканчиваются и получают плохую репутацию за вредные выбросы из выхлопной трубы — и это правильно. Поскольку правительства и потребители требуют новых видов топлива и увеличения расхода газа, в игру вступают новые источники энергии, такие как батареи.Новейшая технология аккумуляторов — это литий-ионные, и они будут использоваться в электромобилях и гибридных автомобилях будущего. Литий-ионные аккумуляторы легче, чем аккумуляторы предыдущих поколений, и к тому же они держат заряд намного дольше.

Итак, откуда берется литий? Он, конечно, исходит с Земли, но для этого не требуется добыча полезных ископаемых или снос горных вершин, как это делают другие ресурсы. Фактически, по данным Reuters, большая часть лития на Земле находится в Южной Америке, особенно в Андах, которые проходят через Чили, Аргентину и Боливию, недавно появившуюся на рынке лития.Есть также месторождения в Китае и США, некоторые из которых добываются традиционно из горных пород.

Но чаще всего литий находится в соленых подземных водоемах. Жидкость откачивают и оставляют сушиться на солнце. Полученный материал превращается в карбонат лития, а затем перерабатывается в литий. Этот процесс составляет небольшую часть общего воздействия электромобиля на окружающую среду; медь и алюминий, используемые в батарее, действительно наносят больший ущерб. Затем литий доставляется на завод по производству аккумуляторов самолетом, поездом, грузовиком и лодкой — ни один из них сейчас не использует литий-ионные батареи.На данном этапе цепи трудно отказаться от ископаемого топлива.

На заводе собираются аккумуляторные батареи, которые помещаются в электромобиль с нулевыми выбросами. Электромобилям даже не нужны выхлопные трубы, потому что из батарей не выходит ничего, кроме электричества.

Даже после многих лет эксплуатации в электромобиле литий-ионные аккумуляторы по-прежнему могут многое дать. По словам TreeHugger, он часто может удерживать до 80 процентов своего заряда, поэтому его можно использовать в качестве накопителя энергии для сети, например, в сочетании с ветряными электростанциями.

Все хорошее когда-нибудь заканчивается, но литий-ионные батареи верят в жизнь после смерти. Когда они действительно исчерпают свою полезность, батареи можно разобрать, а их биты повторно использовать. Tesla, например, перерабатывает охлаждающую жидкость, провода и электронику в своих аккумуляторах. Остальное разлетается вдребезги, плавится, разделяется на составные металлы и перерабатывается.

Заводы по переработке литий-ионных аккумуляторов вводятся в эксплуатацию, но потребуется время, чтобы они действительно начали расти.Сами аккумуляторы и автомобили, в которых они используются, только сейчас появляются на рынке.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *