Литиевые аккумуляторы для автомобилей: нужно ли платить больше?
Литий-железо-фосфатный (LiFePo4) аккумуляторные батареи с каждым днем получают все большее распространение на украинском рынке. Кроме того, некоторые модели автомобилей, например, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid, Tesla, Porsche и др., с конвейера комплектуются аккумуляторами нового поколения.
Многие автомобилисты задаются вопросом: стоит ли менять кислотный аккумулятор на литиевый? Нужно ли платить больше, поскольку LiFePo4 стоят на порядок дороже обычных АКБ для автомобиля?
В корпусе литий-железо-фосфатного автомобильного аккумулятора на 12V упаковано определенное количество герметичных прямоугольных банок. Очевидные преимущества такой конструкции — это компактные размеры и легкий вес.
Если Вы подумали, что бессмысленно переплачивать за аккумулятор, который весит на 10-15 кг меньше обычного, его же не в руках носить, а возить под капотом, не спешите переходить на другую вкладку.
Сколько часов езды на автомобиле вам понадобится, чтобы зарядить кислотный аккумулятор емкостью 50Ач? 10 – 12 часов? Батареи LiFePo4 не боятся высоких токов заряда, следовательно, для полной зарядки ему понадобится не более 3-х часов.
Саморазряд Lifepo4 при комнатной температуре не превышает 3% (от заявленной емкости) в месяц. Вы можете быть уверенны, что эта батарея, в отличие от кислотной, не разрядится после длительного (1-2 месяца) хранения.
Технология изготовления литий-ферум-фосфатных аккумуляторов полностью исключает использование токсичных веществ. Литиевые АКБ считаются экологически чистыми.
Что касается ресурса работы, то вместо 1500 – 2000 циклов, которые выдерживают кислотные аккумуляторы, литиевые батареи вырабатываются после 5000 – 7000 циклов. LiFePo4 прослужит Вам от 10 до 15 лет, притом, что производитель дает гарантию на 3 года.
Кроме того, LiFePo4 ремонтопригодны. Вышедшую из строя банку можно легко заменить.
Какой аккумулятор необходим Вашему автомобилю – решать Вам. Конечно, за использование более надежной и долговечной, нежели свинцово-кислотная, аккумуляторной батареи придется заплатить. Ну или подождать каких-то 5 – 10 лет, пока ученные не найдут способ удешевить технологию производства LiFePo4. Правда, не факт, что к тому времени литиевые АКБ не будут считать «устаревшими моделями».
Вред литиевых аккумуляторов: влияние на окружающую среду
Время прочтения: 5 мин
Дата публикации: 12-08-2020
Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.
Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы.
Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.
Как аккумуляторы влияют на окружающую среду
Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов.
К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.
Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.
Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.
Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым.
Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.
Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека.
Что мы можем сделать
Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.
Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.
Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.
Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.
ДИСКОВЫЕ ЛИТИЕВЫЕ
Бренд:
GP ANSMANN Camelion Energizer VARTA
Производитель:
Ansmann, Германия Camelion Energizer Holdings, США GP, Сингапур VARTA, Германия
Страна происхождения:
КНР КНР, Гонконг
Срок хранения до начала эксплуатации:
10 5
Типоразмер:
Дисковые 1025 1216 2032 1620
Тип элемента питания:
Li-ion (литий-ионный)
Диапазон рабочих температур, °C:
-30 до +60 -30 +60
ГАРАНТИЯ:
1 год
Срок службы*, лет:от до
Тип контактов (выводов):
коннектор
Показать Сбросить фильтрыЛитиевый автомобильный аккумулятор Group-51R — 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!
Технология литиевых батарейдля негибридных автомобилей
99% водителей автомобилей 12-вольтовая свинцово-кислотная батарея, которая находится под капотом их автомобилей, привлекает столько же внимания, как и хомут для шланга. Другими словами, их это не волнует, пока что-то не пойдет не так, как надо. Но с развитием технологий некоторые производители начали предлагать литиевые системные батареи для оставшегося 1 процента своих автомобилей.Но готовы ли они к использованию вашего трамвая сегодня?
В мире гибридных автомобилей и электромобилей литиевые батареи не новость. Они присутствуют во многих электромобилях с батарейным питанием, представленных в настоящее время на рынке, таких как наш долгосрочный Mitsubishi i, и не привлекают к себе ненужного внимания.
И хотя мы знаем, что они отлично работают в качестве моторных батарей в электромобилях, вам придется пойти на некоторые компромиссы, если вы решите использовать литиевую батарею, доступную в настоящее время на вторичном рынке, в качестве стартерной батареи для вашего обычного автомобиля.
Во-первых, преимущества: литиевые батареи легче, могут дольше сохранять заряд и выдерживать циклы заряда / разряда лучше, чем свинцово-кислотные. Отношение максимально возможного безопасного выходного тока к номинальной емкости батареи намного выше у литиевой батареи; следовательно, для выполнения того же объема работы вам потребуется меньше «номинальных усилителей». Другими словами, они могут сбрасывать или поглощать огромное количество тока относительно своего рейтинга.
Недостатки: их выходная мощность падает намного быстрее, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, при понижении температуры.Если они не заряжены должным образом, они гораздо более восприимчивы к сбоям отдельных ячеек.
Если они не сконструированы должным образом со встроенной схемой зарядки, мы действительно не можем считать их совместимыми по принципу plug and play со свинцово-кислотными аккумуляторами. И, наконец, цена составляет 1700 долларов за приложение оригинального оборудования по сравнению с, может быть, 120 долларов за топовый Sears DieHard.
Теперь, если не считать повреждения вашего банковского счета, все недостатки могут быть решены с помощью продуманной инженерии. Если у вас нет McLaren MP4-12C, который поставляется с заводской литиевой стартерной батареей, генератор в вашем автомобиле не предназначен для правильной зарядки литиевой батареи.Некоторые автомобили, например трековые модели Porsche (GT3, GT2 и т. Д.), Можно купить с дополнительной литиевой батареей. Разработанный для использования на гусеницах или даже для ежедневного использования в более теплом климате, аккумулятор, который весит чуть менее 13 фунтов, что более чем на 22 фунта легче, чем стандартный свинцово-кислотный блок, оснащен преобразователем заряда, который принимает мощность от генератора и преобразует его для использования в литиевой батарее.
Специальная схема уравновешивает ток заряда между всеми четырьмя внутренними ячейками.
Итак, что вы будете делать, если у вас веселая машина на выходных или машина, которая редко видит трассу? Вы можете использовать свою обычную свинцово-кислотную батарею в течение недели, а затем переключиться на литиевую батарею для более активного отдыха.Более дешевые литиевые батареи не имеют отсечки по низкому напряжению или правильной химии, поэтому покупатель остерегается. Когда вы вернетесь домой, переключитесь на свой свинцово-кислотный агрегат.
Если для вас важнее всего вес и мощность при хранении на полке, и вы готовы либо заплатить за полностью отсортированную литиевую батарею, либо научиться заменять батареи, текущее количество неоригинальных батарей для вас. Если вы предпочитаете более надежное и постоянное решение, вам придется за него заплатить. На данный момент интегрированный мониторинг ячеек, химия, разработанная, чтобы быть устойчивой к циклам зарядки серийных автомобилей, или встроенные регуляторы заряда, предназначенные для использования с литиевой химией, стоят недешево.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Почему литий может быть новым риском для Tesla и других производителей электромобилей
Похоже, электромобили берут верх. И это имеет огромные последствия для смежной отрасли: добычи и производства лития.
Литий-ионные аккумуляторы — вот что питает современные электромобили, грузовики и гиганта электромобилей. Тесла (тикер: TSLA) планирует использовать 3 тераватт-часа аккумуляторных батарей для обеспечения своих транспортных средств к 2030 году. Это более чем в 50 раз превышает имеющееся сегодня предложение.
Генеральный директор Tesla Илон Маск недавно написал в Твиттере, что, по его мнению, к 2027 году отрасль может произвести 30 миллионов электромобилей с батарейным питанием, поскольку другие автопроизводители начнут выпускать модели электромобилей.
В 2019 году во всем мире было продано около 2 миллионов электромобилей.
Мировой автомобильный бизнес — это индустрия с многомиллионным оборотом. Число предполагаемых для перехода на электромобили огромно и поднимает вопрос: достаточно ли в мире сырья для достижения целей? Короткий ответ — да, но это не из дешевых. Компании, в том числе Tesla, должны убедиться, что у них заключены контракты на поставку, иначе они рискуют застрять на пит-лейн предстоящей гонки электромобилей.
Исследовательская группа Morgan Stanley опубликовала интерактивную модель спроса и предложения лития вскоре после того, как Tesla провела свой день аккумуляторных технологий в сентябре.22. Команда сообщает, что мировое производство эквивалента карбоната лития, или LCE, в 2019 году составило около 380 000 тонн. Около одной трети предназначено для литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях.
В отрасли поставки лития учитываются как карбонат лития. Карбонат лития — это стабильная соль.
Металлический литий очищается из соли и требует особого обращения, поскольку он очень реактивен. Для производства тонны металлического лития требуется около 5,3 тонны карбоната лития.
В типичном элементе аккумуляторной батареи электромобиля содержится несколько граммов лития.Это примерно половина чайной ложки сахара. Типичный электромобиль может иметь около 5000 аккумуляторных элементов. В одном электромобиле содержится примерно 10 кг или 22 фунта лития. Тонны металлического лития хватит на постройку около 90 электромобилей.
В общем, для постройки миллиона автомобилей требуется около 60 000 тонн LCE. Проникновение в 30%, как написал Маск в Твиттере, что для удобства составляет примерно 30 миллионов автомобилей, составляет около 1,8 миллиона тонн LCE, что в 5 раз превышает размер всей отрасли по добыче лития в 2019 году.
Livent
(LTHM),
Albemarle
(ALB) и
Кв.
М.
(SQM) — крупные компании по добыче лития, на которые приходится примерно половина мировых поставок. Albemarle — крупнейший в мире производитель лития с мощностью около 85 000 тонн по состоянию на 2019 год. Все три компании расширяют производство, чтобы удовлетворить растущий спрос. Исходя из недавних планов, компании тратят около 5000 долларов на тонну мощности LCE.
Литиевая промышленность должна потратить около 7 миллиардов долларов на расширение своих добывающих мощностей. И это капля в море по сравнению с инвестициями, необходимыми для производства аккумуляторов и сборки автомобилей.
Крупные мировые производители аккумуляторов, по словам аналитика GLJ Resarch Гордона Джонсона, в том числе
Panasonic
(6752. Япония),
LG Chem
(051910. Корея) и
Современная технология Amperex
(300750.Китай), может произвести около 200 гигаватт-часов аккумуляторной батареи к концу 2019 года.
Этого было достаточно для производства примерно 2 миллионов электромобилей, произведенных в том году. Однако этого недостаточно, чтобы производить 30 миллионов автомобилей с батарейным питанием.
Емкость должна резко увеличиться. Panasonic, например, тратит 100 миллионов долларов на увеличение емкости аккумулятора Tesla Nevada на 10%, или 3,5 гигаватт-часа. Это почти 30 миллионов долларов на гигаватт-час емкости батареи. Используя это число, Tesla, самый дорогой автопроизводитель в мире, должна была бы потратить 85 миллиардов долларов на строительство 3 тераватт-часов, что эквивалентно 3000 гигаватт-часов, чтобы достичь поставленных целей по емкости аккумулятора.
Подписка на информационный бюллетень
Barron’s Tech
Еженедельный путеводитель по нашим лучшим историям о технологиях, революционных изменениях, а также людях и акциях в центре всего этого.
Трех тераватт-часов должно хватить примерно на 30 миллионов автомобилей.Типичный электромобиль имеет аккумуляторную батарею емкостью около 100 киловатт-часов.
Общий счет, вероятно, не будет таким уж большим. «В течение дня батареи Tesla перечислила различные инициативы, которые сократят инвестиции на 69%», — сказал аналитик Daiwa Джейрам Натан в недавнем исследовательском отчете. Он предполагает, что Tesla потратит около 27 миллиардов долларов на свои 3 тераватт-часа мощности, или около 2,7 миллиарда долларов в год. Джейрам оценивает акции Tesla как эквивалент удержания и имеет целевую цену на акции в 390 долларов.
Но это всего лишь трата емкости аккумулятора. Tesla также занимается сборкой автомобилей. За последние 10 лет
Фольксваген
(VOW3.Germany), которая может производить около 11 миллионов автомобилей в год, потратила почти 180 миллиардов долларов. Это деньги, необходимые для обслуживания и переоборудования заводов.
За последнее десятилетие Tesla потратила около 11 миллиардов долларов. Его мощности достаточно для производства около 700 000 автомобилей.
Это еще одно приближение, но с учетом других автопроизводителей, установка завода требует около 10 000 долларов на машину.Даже если это будет слишком много на 50%, это означает, что потребуется не менее 150 миллиардов долларов для создания новых мощностей по сборке электромобилей, чтобы достичь 30% проникновения электромобилей.
Отрасль должна потратить около 200 долларов дополнительного капитала, чтобы к 2030 году выпустить 30 миллионов электромобилей. И если это произойдет, инвесторы могут захотеть рассмотреть возможность инвестирования в цепочку создания стоимости электромобилей — в горнодобывающие компании или компании по производству аккумуляторов.
Акции производителей электромобилей в 2020 году горят, а запасы производителей аккумуляторов и поставщиков лития отстают. Запасы электромобилей Гусеницы Barron за год выросли более чем на 400%.
Акции производителей аккумуляторов выросли примерно на 70%, а акции производителей лития в среднем выросли примерно на 17%. Все они намного лучше, чем сопоставимые достижения
S&P 500
а также
Промышленный индекс Доу-Джонса
Литий отстал из-за падения цен на сырьевые товары. Инвесторы, вкладывая средства в любой майнер, должны учитывать цены на сырье. Цены на LCE упали примерно на 40% по сравнению с 2019 годом. Хорошие новости для инвесторов, которые смотрят в будущее.Исследовательская группа Morgan Stanley считает, что в ближайшие несколько лет цены останутся неизменными.
Торговля литиевыми горнодобывающими предприятиями примерно в 30 раз превышает предполагаемую прибыль к 2021 году. Производители аккумуляторов торгуются на аналогичный мультипликатор. Производители электромобилей, с другой стороны, торгуются на очень высокие коэффициенты ожидаемых продаж. Многие из них еще не зарабатывают деньги, поэтому коэффициенты PE бессмысленны.
Что, если цены на LCE вырастут? Может ли это убить тему электромобилей? Возможно, но маловероятно. Карбонат лития в 2019 году стоил примерно 12000 долларов за тонну.Если LCE будет стоить вдвое больше, стоимость электромобиля должна вырасти на несколько сотен долларов, чтобы компенсировать более высокие товарные затраты.
Написать в Al Root по адресу [email protected]
Действительно ли электромобили экологичнее? А как насчет их батарей?
Опубликовано 25 сентября 2018 г. -е
Действительно ли электромобили (ЕС) экологичнее и экологичнее? Они кажутся отличным решением для борьбы с изменением климата, и даже говорят, что у них нулевые выбросы.Но стоят ли они того? Правда ли, что они безвредны для планеты?
Попросту говоря, изменение климата представляет собой экзистенциальную угрозу для большинства форм жизни на планете, включая, в особенности, жизнь человечества
Саид Антониу Гутерриш, Генеральный секретарь Организации Объединенных Наций, в мае 2018 года. Но он не одинок. От IPCC до NASA, WWF или CDP, все эти важные организации согласны с побочным эффектом этого явления и полны решимости бороться с ним.
От потери морского льда и повышения уровня моря до возникновения экстремальных явлений, таких как ураганы, засухи или сильная жара, трудно отрицать масштабы того, с чем мы здесь сражаемся. И это еще не все, если мы достигнем повышения температуры на 2 ° по Цельсию.
Пытаясь минимизировать эти последствия, ученые изучали, что может быть основными причинами изменения климата. Они выяснили, что парниковые газы (ПГ), такие как углекислый газ, метан или закись азота, а также аэрозоли изменяют атмосферу и делают планету более уязвимой.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) отметила, что из 49 Гт экв. CO2, выброшенного в атмосферу в 2010 году, 14% было выброшено транспортными средствами. И, несмотря на то, что это уже большое число, это даже не учитывает влияние CO2 на дополнительные виды деятельности, такие как производство автомобилей или износ дорожных покрытий.
Поскольку 72% выбросов CO2 в этом секторе приходится на автомобили (за ними следуют самолеты с 10%), рынок электромобилей растет и кажется хорошим решением для борьбы с изменением климата.Но правда ли, что у электромобилей нулевые выбросы?
Электричество экологичнее, чем автомобили, работающие на ископаемом топливе?
Фундаментальное различие между обычными тепловозами и электромобилями связано с процессом преобразования потенциальной (накопленной) энергии в кинетическую (движущуюся) энергию. В тепловых автомобилях эта энергия хранится в химической форме и высвобождается в результате химической реакции внутри двигателя.
С другой стороны, несмотря на то, что они также имеют химически накопленную энергию, электромобили выделяют ее электрохимически без какого-либо возгорания благодаря литий-ионным батареям.Это означает, что топливо не сжигается и, следовательно, не происходит загрязнения воздуха из-за CO2 во время движения. Они также более эффективны, чем ископаемые автомобили. Так является ли это явной победой для электрического механизма? Электромобили и транспортные средства экологичнее?
Не обязательно. Или, лучше сказать, не всегда. Если источником энергии для этих автомобилей не являются солнечные батареи, ветряные турбины или даже атомная или гидроэлектростанция, их выбросы CO2 будут намного выше. Например, если электричество, используемое для зарядки автомобилей, происходит от сжигания ископаемого топлива, не имеет значения, не загрязняют ли ЕС во время движения, поскольку это загрязнение уже было выброшено на какой-то удаленной электростанции.
Это означает, что если вы управляете электромобилем в США, где на ископаемое топливо приходилось 62,7% выработки энергии в стране в 2017 году, вы, вероятно, выбрасываете в атмосферу больше CO2, чем если бы вы ездили на нем в Исландия, которая почти полностью использует гидро-, геотермальную и солнечную энергию.
Что касается UE28, прогнозы обнадеживают: ожидается, что структура энергосистемы ЕС снизится с 300 г экв.CO2 / км в 2015 году до 200 г экв.CO2 / км в 2030 году и 80 г экв.CO2 / км в 2050 году. Но давайте предположим сценарий, в котором автомобили на 100% работают на возобновляемых или экологически чистых источниках энергии.Можем ли мы тогда сказать, что у электромобилей нулевые выбросы?
При производстве электромобилей нулевые выбросы? Насколько экологичен процесс?
Цикл создания автомобиля начинается с добычи, очистки, транспортировки и изготовления нескольких компонентов, которые будут собраны для производства самого автомобиля. Этот процесс очень похож как на обычных, так и на электрических автомобилях. Тем не менее, по данным Союза обеспокоенных ученых, в конце производственного процесса именно электромобили производят больше выбросов углерода.
Почему это? Поскольку электромобили накапливают энергию в больших батареях (чем они больше, тем больше их запас хода), что влечет за собой высокие экологические издержки. Это происходит потому, что эти батареи сделаны из редкоземельных элементов (РЗЭ), таких как литий, никель, кобальт или графит, которые существуют только под поверхностью Земли и, следовательно, зависят от горнодобывающей деятельности с очень загрязняющими процессами. Вот почему вопрос о том, являются ли электромобили экологичнее или нет, дает простой ответ.
Например, по данным Китайского общества редкоземельных элементов, для производства 1 тонны РЗЭ, 75 тонн кислотных отходов (которые не всегда обрабатываются должным образом) и 1 тонна радиоактивных остатков также производятся. Несмотря на эти проблемы загрязнения, исследования говорят нам не беспокоиться о доступности этих редкоземельных элементов, а когда дело доходит до лития, есть данные, позволяющие оценить достаточные мировые запасы на следующие 185 лет, даже если рынок ЕС утроится, согласно в Deutsche Bank. Что касается кобальта, графита и никеля, то они, похоже, также находятся в комфортной ситуации, поскольку ожидается, что в ближайшие годы спрос будет далеко от тех запасов, которые может предложить Земля. Хотя похоже, что все будет хорошо, давайте не будем забывать о негативном воздействии на окружающую среду добычи РЗЭ.
Помимо веса РЗЭ, энергия, используемая для производства самих батарей, также ответственна за почти половину их воздействия на окружающую среду, поскольку большая часть этой энергии поступает не из источников с низким содержанием углерода. Тем не менее, прогнозы показывают, что производство электроэнергии улучшается, и в сеть поступает больше возобновляемых источников, что поможет уменьшить экологический след строительства этих батарей.
С другой стороны, развитие систем возобновляемой энергии также имеет свое влияние, опять же с использованием энергии и РЗЭ.В конце концов, мы должны быть разумными в этом отношении, и, несмотря на их первоначальный след, влияние литий-ионных батарей по сравнению с обычными автомобилями компенсируется в течение 6-16 месяцев среднего вождения (с использованием чистой энергии) в США или 2 лет в ЕС. С этого момента ЕС продолжает быть лучшей экологической альтернативой обычным автомобилям, пока их аккумулятор не исчерпает свой жизненный цикл. Но что будет дальше? Как поступают с литий-ионными аккумуляторами, когда они больше не подходят для электромобилей?
Куда делятся батареи электромобилей? Экологически ли они переработаны?
В традиционной автомобильной промышленности, согласно исследованию Международного совета по чистому транспорту (ICCT) , 99% свинцово-кислотных аккумуляторов (те, которые используются в автомобилях, работающих на ископаемом топливе) перерабатываются в США.Иначе обстоит дело с литий-ионными батареями, которые содержат очень специфическую смесь химических компонентов и небольшое количество лития, что не делает их привлекательными рыночными возможностями. Например, на рынке ЕС в 2011 году собиралось только 5% лития, а остальная часть либо сжигалась, либо выбрасывалась на свалки (это, в частности, не делает электромобили более экологичными), поскольку это не было оправдано ценой. или правила его извлечения с помощью гидрометаллургических процессов.
Тем не менее, чем больше аккумуляторов существует, поскольку рынок электромобилей растет, тем интереснее пытаться выяснить, как их переработать или улавливать редкоземельные элементы.Таким образом, велика вероятность того, что сильная отрасль по переработке этих батарей будет продолжать развиваться, что позволит электромобилям стать более экологичными.
Между тем, другое решение может быть связано с повторным использованием этих батарей и дать им вторую жизнь, поскольку они могут поддерживать электрическую сеть зданий и накапливать энергию от ветряных или солнечных источников электричества. Это также поможет компенсировать воздействие на окружающую среду, связанное с изготовлением батарей, поскольку они амортизируются в течение более длительного периода времени.
В конце концов, действительно ли электромобили экологически чистые и с нулевым уровнем выбросов?
Нет, электромобили — это не автомобили с нулевым уровнем выбросов. Мы видели, что, хотя они не выделяют CO2 во время движения, они могут делать это на трех других стадиях: во время производства, производства энергии и в конце своего жизненного цикла. В первом случае необходимость горнодобывающей деятельности для извлечения редкоземельных металлов, используемых в батареях, требует больших затрат энергии и загрязняет окружающую среду.
Что касается производства энергии, то если автомобиль приводится в движение энергией от сжигания ископаемого топлива, он по-прежнему выделяет CO2 в атмосферу, но не из выхлопной трубы, а из какой-то удаленной электростанции.Что касается вторичной переработки батарей, это по-прежнему дорогостоящий и продолжающийся процесс, и большинство батарей еще не перерабатываются.
Несмотря на это, разрабатываются решения, позволяющие сделать электромобили более экологичными, экологичными и устойчивыми. И хотя есть возможности для улучшений, мы также увидели, что электромобили, какими они являются сегодня, уже в целом более экологичны на протяжении своего жизненного цикла, чем обычные автомобили, работающие на ископаемом топливе, особенно если они работают на экологически чистой электроэнергии.Некоторые страны уже осознают это, и поэтому они способствуют росту рынка электромобилей, в основном за счет предоставления финансовых льгот, которые делают автомобили более конкурентоспособными с экономической точки зрения. Фактически, такие страны, как Норвегия, Германия или Коста-Рика, одновременно увеличивают свои ставки на возобновляемые источники энергии и устанавливают крайние сроки прекращения использования обычных автомобилей на своих дорогах.
Но, в конце концов, являются ли электромобили решением нашей экологической проблемы мобильности? Мы работаем, чтобы избежать повышения температуры на 2 ° по Цельсию и предотвратить негативные последствия изменения климата.Но разве предотвращение плохого — это то же самое, что планирование лучшего?
У нас есть РЗЭ в течение некоторого времени, но действительно ли нам хватит на долгую перспективу? По прогнозам ООН, к 2050 году 68% населения мира будет проживать в городских районах, поэтому необходимо будет также решить такие проблемы, как движение транспорта, парковка и высокий уровень потребления.
Дело в том, что общественный транспорт — лучший вариант, чем использование индивидуальных транспортных средств, если мы хотим снизить выбросы углерода, так не должны ли мы больше беспокоиться о его изобретении? В то же время некоторые ученые говорят, что экономика совместного использования автомобилей или даже мотоциклов или велосипедов станет следующим этапом эволюции мобильности, поскольку уже разрабатываются новые бизнес-модели.Примем перемены?
Литиевая технология применяется в автомобильных аккумуляторах
Большинство людей знакомы с литиевыми аккумуляторами только с блоком питания в их ноутбуках. Но в последнее время литиевые батареи также стали популярным способом снижения веса в гоночных автомобилях, особенно в драгстерах. Теперь стали доступны более универсальные литиевые батареи, предназначенные для других классов гоночных автомобилей. Но эти силовые агрегаты могут работать практически с любым автомобилем, в котором есть генератор переменного тока, что открывает возможность установки их на обычные трамваи.
Обоснованием использования литиевого автомобильного аккумулятора было бы снижение веса и, таким образом, небольшое повышение миль на галлон. Мы подозреваем, что более веской причиной может быть «зеленое» хвастовство. Например, рассмотрим литиевый блок питания C545, разработанный XS Power. Он разработан для запуска двигателей объемом до 3,0 л и при этом весит всего 3,63 фунта. Эта литий-ионная батарея на 12 В имеет запас на 53 минуты при 25 А и номинал усилителя импульсного горячего пуска (PHCA) 925. Он может выдавать максимум 1200 А и 250 А непрерывно.XS Power утверждает, что этого более чем достаточно для запуска двигателей V8, V10 и V12 и увеличения мощности генератора.
Конечно, любой, кто устанавливает одну из этих вещей в свой автомобиль, должен иметь для этого высокую мотивацию: C545 обойдется вам в 789 долларов. У XS Power есть и другие литий-ионные автомобильные аккумуляторы, которые стоят до 1414 долларов. Очевидно, это не похоже на ваш DieHard за 125 долларов.
И если вы задумали установить литий-ионный автомобильный аккумулятор, выяснение того, какой именно аккумулятор использовать, представляет собой проблему.По сути, это аккумуляторы для гоночных автомобилей, и их характеристики отличаются от таковых у обычных устройств. Например, ваша обычная автомобильная аккумуляторная батарея рассчитана на ток холодного пуска (CCA). Это относится к количеству ампер, которое батарея может поддерживать в течение 30 секунд при 0 ° F, пока напряжение батареи не упадет до 1,20 В / элемент или 7,20 В для 12-вольтовой батареи.
Но обычно вы не увидите оценку CCA для аккумуляторов гоночных автомобилей. Официального определения более типичного значения PHCA, применяемого к этим устройствам, не существует.Но производители батарей рассматривают PHCA как кратковременный (обычно от 3 до 5 секунд) высокоскоростной разряд. Этот разряд больше похож на импульс из-за своей непродолжительности.
Также следует отметить, что защита от низкого напряжения важна для литиевых батарей, поскольку они чувствительны к разряду ниже 80%. В батарее на 16 В (5 ячеек) этот уровень будет 12,0 В. Такие условия могут значительно сократить срок службы батареи. Поэтому в некоторые литий-ионные модели производители аккумуляторов встраивают микропроцессоры и предохранители, которые отключат питание, если напряжение упадет до опасного уровня.
Однако такие условия наиболее вероятны в гоночных автомобилях без генератора переменного тока. Для использования в гоночных автомобилях с генераторами переменного тока (или уличных автомобилях, управляемых фанатиками), менее дорогие литий-ионные батареи могут включать в себя балансировку и защиту отдельных элементов, но без дополнительной системы защиты. Тем не менее, в случае возникновения неисправности система защиты срабатывает, и аккумулятор надежно защищен от повреждения себя или окружающих компонентов.
Для тех, кого не пугает цена и дополнительные сложности, литий-ионные автомобильные аккумуляторы можно найти здесь: http: // 4xspower.com / products / lithium /
Литий остается предпочтительным материалом для автомобильных аккумуляторов
W HEN, ДЕСЯТИЛЕТИЕ назад, начало На дорогах исследователи из Технологического института Джорджии в течение года отслеживали привычки почти 500 американских автомобилистов, чтобы понять, насколько им подходят такие автомобили. Они обнаружили, что почти треть из них могла бы завершить большую часть своих путешествий на EV с запасом хода всего 100 миль (160 км).В полдюжине или около того случаев, когда людям приходилось путешествовать дальше, они могли зарядиться в пути или нанять автомобиль с бензиновым двигателем.
Послушайте эту историюВаш браузер не поддерживает элемент
Больше аудио и подкастов на iOS или Android.
В наши дни дела обстоят лучше. Многие модели EV способны преодолевать расстояние более чем в два раза без подзарядки, а некоторые большие и дорогие модели могут проехать около 400 км. Тем не менее, многие потенциальные покупатели беспокоятся о том, что у них закончится сок.Батареи дальнего действия, которые успокоят их нервы, приближаются, но ждут несколько выбоин.
Аккумуляторы, которые сделали возможным появление электромобилей, состоят из литий-ионных (Li-ion) элементов — конструкция, коммерциализированная Sony в 1991 году. Особенностью литий-ионных аккумуляторов является их высокая емкость хранения энергии. Современный может вместить 200 ватт-часов электрического потенциала в один килограмм комплекта для плотности энергии 200 Вт ч / кг. Это пятикратное улучшение по сравнению со старой свинцово-кислотной батареей, и исследователи постоянно пытаются добиться большего.
Литий-ионные элементы получили свое название от движения внутри них ионов лития (атомов лития с отсутствующим электроном и, следовательно, положительного электрического заряда). Когда такая ячейка разряжается, ионы создаются на одном электроде, аноде. Затем они перемещаются через сепаратор, который только они могут пропускать через жидкий электролит, ко второму электроду, катоду. Между тем электроны, оторванные от анода, движутся к катоду по внешней электрической цепи. Это создает ток, который можно использовать для питания электродвигателя.На катоде ионы и электроны снова объединяются — и остаются так до тех пор, пока аккумулятор не будет подключен к зарядному устройству, и весь процесс будет обратным.
Литий — самый легкий металл в периодической таблице Менделеева, который подходит для применения в чувствительных к весу приложениях, таких как автомобили. Но это еще и реактивный. Ячейки нуждаются в тщательной конструкции, чтобы избежать дефектов, которые могут вызвать короткое замыкание и, возможно, пожар. Аноды обычно состоят из материала, богатого углеродом. Литий в катоде обычно является частью оксида, обычно оксида лития-кобальта.Кобальт — самый дорогой материал в батарее, и производители стараются сократить его использование. Много кобальта также поступает из Демократической Республики Конго, где условия для горняков тяжелые. Одним из популярных способов сокращения использования кобальта является его замена никелем и марганцем для производства так называемых элементов NMC .
В прошлом году крупнейший производитель аккумуляторов для электромобилей в Китае, CATL , начал массовое производство аккумуляторов NMC с плотностью энергии 240 Вт ч / кг.Некоторые другие фирмы, в том числе Tesla, надеются пойти дальше и полностью избавиться от кобальта, хотя в случае Tesla они скрывают детали. Снижение стоимости материалов вместе с экономией на масштабе за счет огромных заводов, на которых работают CATL , Tesla и их конкуренты, неуклонно снижают стоимость батарей. В 2010 году, по данным исследовательской компании Bloomberg NEF , эта цена составляла в среднем 1160 долларов за килограмм Вт ч. К 2024 году он может упасть ниже 100 долларов (см. График).На этом этапе EV s будут более конкурентоспособными с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания.
Что касается большей дальности действия, многие люди в этой области возлагают свои надежды на батареи, которые содержат твердые, а не жидкие электролиты. Ионы лития могут проходить через определенные твердые электролиты. Такие элементы будут более безопасными и обеспечат возможность использования других электродных материалов для гораздо более высоких плотностей энергии. Среди последних предложений твердотельных устройств — конструкция, разработанная в исследовательских лабораториях Samsung в Южной Корее и Японии группой под руководством Донгмина Им.В нем используется катод NMC , анод из смеси серебра и углерода и твердый электролит на основе вещества, называемого аргиродитом, которое представляет собой соединение серебра, германия и серы.
Согласно статье, опубликованной группой в марте, эти элементы имеют плотность энергии 900 Вт ч на литр. Это означает, что они имеют вдвое большую емкость при заданном объеме, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов. По оценкам группы, ячейка выдает 430 Вт, ч / кг, что позволяет электромобилю проехать около 800 км.И клетки аргиродита не выращивают повреждающие игольчатые кристаллы, называемые дендритами, которые могут развиваться во время зарядки литий-ионных клеток.
Эта батарея должна быть «более рентабельной», чем существующие элементы, считает команда. К сожалению для настоящих автомобилистов, они не могут сказать, когда и как он может быть выпущен серийно. Это обычная проблема с такими устройствами. Арумугам Мантирам, эксперт по батареям из Техасского университета в Остине, указывает на два основных препятствия на пути к твердотельным батареям.
Во-первых, два твердых тела, помещенных лицом к лицу, имеют только ограниченные точки контакта, через которые ионы могут проходить между электродом и электролитом. Напротив, контакт между жидкостью и твердым телом является непрерывным. Один из способов преодолеть это — использовать полимерный электролит, достаточно гибкий, чтобы прилегать к поверхности твердого электрода. Увы, как замечает доктор Мантирам, «у нас пока нет хорошего полимерного электролита».
Вторая проблема — производство. Многие твердые электролиты керамические и поэтому хрупкие.Из-за этого их сложно производить в больших листах. Полимеры этого избегают. Но они сталкиваются с изначальной проблемой.
Более того, хотя литий-ионная технология и нова, она достаточно хорошо зарекомендовала себя для существования заинтересованных сторон. Переход от жидких к твердым электролитам означал бы строительство большого количества новых дорогостоящих заводов. Разработка более совершенных жидких электролитов и новых электродов, соответствующих им, может быть самым надежным путем к более безопасным и мощным литий-ионным аккумуляторам. ■
Эта статья появилась в разделе «Брифинг» печатного издания под заголовком «Зарядка для долгой поездки»
Может ли эта новая батарея снизить стоимость электромобиля?
Автопроизводители по всему миру вкладывают десятки миллиардов долларов в электрификацию своих модельных рядов, но все еще существует ряд препятствий, ограничивающих массовое признание, например диапазон и стоимость.
Но никола Моторс из Феникса, возможно, нашла то, что ее генеральный директор называет «Святым Граалем аккумуляторов», альтернативу сегодняшней литий-ионной технологии, которая могла бы удвоить расстояние, на которое аккумуляторно-электромобиль может проехать между зарядками, при сокращении заряда аккумулятора стоит вдвое.
«Мы не говорим о мелких улучшениях; мы говорим об удвоении ассортимента электромобилей и водородно-электрических транспортных средств по всему миру », — сказал Тревор Милтон, основатель и исполнительный директор компании Nikola.
Nikola, стартап, который сосредоточился на водороде и тяжелых грузовиках с аккумуляторным питанием, не предлагает много подробностей о новой технологии, и, учитывая, что другие обещанные прорывы не подтвердили готовность к производству, существует множество скептики. Консультационная компания ABI Research предупреждает, что даже если это окажется удачным, на то, чтобы начать производство, скорее всего, потребуется несколько лет.
Никола сообщила, что планирует приобрести неназванный аккумуляторный стартап, который создал новую технологию.Компания сообщает, что предоставит дополнительную информацию, как только сделка будет завершена в начале 2020 года.
Компания предложила несколько намеков относительно того, как работает новая технология, предполагая, что она полагается на модификации существующих литий-ионных батарей, а не на их полную замену. . Похоже, что ключом к новой батарее является удаление связующего материала и токоприемников, используемых в современных литий-ионных элементах. По словам Милтона, это уменьшит не только размер и вес, но и сделает новые батареи «более проводящими», что приведет к сокращению времени зарядки.
Nikola утверждает, что предварительные испытания показывают, что батареи могут выдерживать 2000 циклов зарядки и разрядки, что вдвое превышает текущий отраслевой стандарт для автомобилей. Если бы это подтвердилось в реальных приложениях, это означало бы, что грузовик может пройти более 1,5 миллиона миль, прежде чем потребуется заменить пакет.
Эта технология также может найти другие применения не только в легковых автомобилях, но даже в потребительских устройствах, таких как мобильные телефоны, указал Никола.
Несколько перспективных технологий, в том числе «твердотельные» батареи, которые заменяют химическую суспензию в литий-ионных батареях керамическим материалом.Toyota — всего лишь один из автопроизводителей, спонсирующих исследования в области твердотельных технологий, которые, как утверждают сторонники, могут снизить стоимость автомобильного аккумулятора со 120 до 145 долларов за киловатт-час сегодня до менее чем 70 долларов, а, возможно, и до 50 долларов.
Снижение затрат на аккумуляторные батареи будет иметь решающее значение для достижения паритета между электромобилями и бензиновыми автомобилями — что, по мнению многих обозревателей автомобильной промышленности, может произойти к середине десятилетия. И тот, кто совершит настоящий прорыв в области аккумуляторов, значительно обогнал бы конкурентов.