Акб литий ионные: Аккумуляторы – Преимущества литий‑ионного аккумулятора – Apple (RU)

Содержание

Литий-ионный аккумулятор сдать по выгодной цене в СПб.

Среди многих типов аккумуляторных батарей литий-ионные являются наиболее популярными, поскольку обеспечивают больше энергии, чем другие типы источников питания. Они гораздо лучше удерживают заряд, чем старые батареи, такие как никель-металлгидридные. Однако, когда они выходят из строя, их нужно правильно утилизировать. 

Область применения литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы иногда называют сокращенно LIB. Скорее всего, у вас есть несколько устройств как в доме, так и в бизнесе, которые питаются от этих популярных и перезаряжаемых батарей. Одно из самых популярных применений — домашняя электроника и другие устройства, включая ноутбуки, мобильные телефоны и планшеты. Неудивительно, что их использование простирается далеко за пределы дома. Они используются в электроинструментах и садовом оборудовании. Растущий сегмент, использующий литий-ионные аккумуляторы, включает в себя электрические и гибридные автомобили, а также модели самолетов, электрические инвалидные коляски и аэрокосмическую промышленность.

Зачем утилизировать литиевые аккумуляторы

Литий-ионные (li-ion) аккумуляторы содержат множество химических веществ. Неправильная утилизация может привести к серьезным последствиям — загрязнению окружающей среды и потеря (материальных) ресурсов. При этом литий обладает высокой реакционной способностью и трудно поддается контролю. Такие воздействия, как высокая температура, напряжение зарядки, короткое замыкание, могут вызвать экзотермическую реакцию – химическую реакцию, которая высвобождает энергию через свет или тепло в батарее. Она может быстро загореться. 

Литий-ионные аккумуляторы содержат тонкий лист полипропилена, который разделяет электроды и предотвращает короткое замыкание. Однако, если устройство раздавлено или проколото, это может привести к тепловой реакции, так как батареи закорачиваются, когда нарушается разделитель между их положительными и отрицательными компонентами. Чем больше батарея, тем сильнее тепловая реакция. Таким образом, выброшенная батарея может воспламенить другой горючий материал, расположенный рядом с ней. Именно поэтому утилизировать в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Как правильно утилизировать литий-ионные батареи

Лучший способ правильно утилизировать литий-ионные аккумуляторы — отнести их в пункт приема ЭКОЦИФРЫ. Мы принимаем все виды аккумуляторов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, предлагая клиентам выгодные условия сотрудничества. Наш пункт приема оснащен всем необходимым для безопасного сбора и хранения литий-ионных аккумуляторов в соответствии с требованиями действующего законодательства. 

Мы принимаем различные типы литий-ионных батарей (с высокой и низкой производительностью, от мобильных устройств и промышленного оборудования), которые часто выбрасывают в мусор, за деньги. Таким образом, вы не только сможете избавиться от ненужных старых аккумуляторов, но и получите экономическую выгоду. 

Преимущества переработки литий-ионных аккумуляторов

Утилизация литий-ионных аккумуляторов – единственное правильное решение. Переработанные материалы могут быть использованы для изготовления новых батарей, что снижает производственные затраты. В настоящее время на эти материалы приходится более половины затрат изготовление аккумуляторов. 

В последние годы цены на два наиболее распространенных катодных металла, кобальт и никель, самые дорогие компоненты, значительно колебались. В 2018 году цена кобальта превысила 90 000 долларов за метрическую тонну.

Во многих типах литий-ионных батарей концентрации этих металлов, а также лития и марганца превышают содержание, обнаруженное в природных рудах, что делает использованные старые батареи очень ценными. Если эти металлы могут быть извлечены из отработавших эксплуатационный срок аккумуляторов, это позволит существенно сократить затраты на добычу руды.

В дополнение к потенциальным экономическим выгодам рециркуляция может уменьшить количество материала, поступающего на свалку. Эксперт по борьбе с загрязнением окружающей среды сказал, что кобальт, никель, марганец и другие металлы, присутствующие в литий-ионном аккумуляторе, могут легко просочиться из корпуса, загрязнить почву и грунтовые воды, а также угрожать экосистемам и здоровью человека. То же самое относится и к растворам солей фторида лития (обычно LiPF 6) в органических растворителях, используемых в аккумуляторных электролитах.

Именно поэтому, чтобы не нарушать действующие требования законодательства РФ, при наличии старых литий-ионных аккумуляторов, которые уже не пригодны к эксплуатации, обращайтесь в компанию «Экологические цифры». Цены и условия сотрудничества можете уточнить у наших сотрудников по телефону или онлайн. Адреса пунктов приема, куда можно сдать аккумуляторы в СПб, можете посмотреть в разделе «Контакты» или уточнить у консультантов.

Литий-ионные аккумуляторы для погрузчиков

Напряжение: 12 V Напряжение: 16Ah Напряжение: 24 V Напряжение: 2V Напряжение: 3 Напряжение: 36V Напряжение: 4-96V Напряжение: 48 V Напряжение: 6V Напряжение: 72 V Тип: AGM Тип: Carbon Тип: Гелевая Тип: Литий-ионная Тип: Свинцово-кислотная Тип: аналоговое 50ГЦ Тип: высокочастотное 100 ГЦ Емкость: 5 Емкость: 1000Ah Емкость: 100Ah Емкость: 105Ah Емкость: 110Ah Емкость: 113Ah Емкость: 115Ah Емкость: 120Ah Емкость: 122Ah Емкость: 123Ah Габариты: 1006х521х650 мм Габариты: 1006х620х650 мм Габариты: 1025x708x782 мм Габариты: 1025х564х784 мм Габариты: 1025х852х784 мм Габариты: 1025х996х784 мм Габариты: 1027х526х627 мм Габариты: 1030х435х627 мм Габариты: 1030х465х627 мм Габариты: 1030х500х802 мм Модель: BT(TOYOTA) Модель: CATERPILLAR Модель: COMBILIFT Модель: DALIAN Модель: DEEP CYCLE Модель: DOOSAN Модель: HANGCHA Модель: HELI Модель: Haulotte Модель: JAC

Напряжение 80 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 688Ah Габариты 1025x708x782 мм Напряжение 24 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 285Ah Габариты 790х212х610 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 440Ah Габариты 1220х424х782 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 360Ah Габариты 970х519х665 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 400Ah Габариты 816x664x462 мм Зарядный ток 200A

Литий-Ионные АКБ в погрузчиках и складской технике используются в России боле 8 лет. Первыми их ставили  в Российские и Болгарские ПТО. Одними их тех, кто начал продвигать эту технологию в РФ ,были и наши специалисты.

Литий-ионные аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES имеют много преимуществ по сравнению со свинцо-кислотными и гелевыми батареями, набирая все большую популярность в таких сегментах, как:

  • Клининговая техника
  • Аккумулятор для ИБП (Источника Бесперебойного Питания)
  • Накопитель для солнечных электростанций и ветрогенераторов
  • Источник бортового питания для яхт, катеров, прочих водо-моторных судов
  • Источник питания для авто-дома, трейлера, автономного отопителя и т.д.

Аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES помогут в несколько раз увеличить ресурс полезного использования клининговой техники, поломоечных машин, бытовых пылесосов и т. д. Литий-ионный аккумулятор прослужит в 3-5 раз дольше, чем гелевый, за счет ресурса 3000-5000 циклов, возможности дробного заряда в течение дня, отсутствия необходимости в регулярном техническом обслуживании. Не требуется квалифицированный персонал, чтобы следить за правильным зарядом батареи. Постановка на заряд производится одним движением, допустить ошибку не представляется возможным, а полностью автоматизированное зарядное устройство самостоятельно отключится по достижению полного заряда. Прервать заряд можно в любой момент и это не повлечет снижения ресурса батареи.

Сравнение GEL, AGM батарей с технологией LI-ION

GEL, AGM

DELTA LI-ION SERIES

Не требует обслуживания

Не требует обслуживания

Взрывоопасные выделения — есть, но не значительные

Взрывоопасные выделения — полностью отсутствуют

Полезная емкость 60-80%

Полезная емкость 100%

Время полного заряда 6-10 часов

Время полного заряда 2 часа

Срок службы 500-700 циклов

Срок службы 3000-5000 циклов

Промежуточные заряды и глубокие разряды снижают срок службы

Промежуточные заряды и глубокие разряды не влияют на срок службы

КПД 80%

КПД > 96%

 

Удобство в использовании

Среди важных преимуществ стоит отметить удобство в использовании. Чтобы не пропустить момент полного разряда, мы оснастили устройство дополнительным выносным индикатором заряда. Постановка на зарядку одним движением позволяет восполнять емкость батареи в любом месте. Для этого не нужна специально оборудованная зарядная комната, инструменты или прочее оборудование.

Высокая эффективностью сочетается с экономией в обслуживании и простотой в эксплуатации.

Безопасность и экологичность

Аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES – полностью экологичны и не выделяют токсичных веществ во время заряда и эксплуатации. Батареи можно применят в местах массового скопления людей, в продуктовых магазинах и на продовольственных складах.

Тяговая Li-ion батарея DELTA может эксплуатироваться:

  • в торговых центрах и магазинах;
  • в офисах;
  • в производственных помещениях;
  • на складах.
  • Все литий ионные аккумуляторы DELTA балластируются до веса штатного свинцово кислотного аккумулятора

Защита 

  • Автоматическое отключение питания техники при соединении зарядного устройства
  • Полное отсутствие обслуживания 
  • Защита от:
  1. Высокого напряжения
  2. Низкого напряжения
  3. Превышения по току
  4. Перегрева
  5. Переохлаждения

 

Продажа DELTALIIONSERIES по выгодным ценам

Доступная стоимость обусловлена тем, что батарея выпускается серийно и себестоимость максимально оптимизирована. На аккумуляторы распространяется официальная гарантия, которая действует на протяжении трех лет.

Мы используем только проверенные элементы LiFePO4 в металлическом корпусе, это лучшие элементы на сегодняшний день, они применяются даже в гражданской авиации.

Если у Вас остались вопросы, необходима квалифицированная помощь в подборе аккумулятора, обращайтесь к нашим специалистам. Консультации проводятся в индивидуальном порядке как по телефону, так и посредством формы обратной связи на сайте.

За счет разницы в технологиях (см. эффект Пейкерта*), ёмкость приобретаемой литий-ионной батареи LiFePO4 нужно рассчитывать с учетом понижающего коэффициента в 1,6 раза по сравнению со свинцово-кислотными батареями (включая AGM и GEL). При смене АКБ со свинцово-кислотной ёмкостью 500 Ah на LiFePO4, можно использовать батарею ёмкостью – 315Ah.

Литий-ионные батареи для ЦОД: преимущества и недостатки

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

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

Преимущества литий-ионных батарей

В потребительской электронике обычно используют литиево-кобальтовые батареи емкостью несколько ампер-часов. В источники бесперебойного питания устанавливают литиево-марганцевые прямоугольные ячейки ёмкостью 60 ампер-часов с гораздо более длительным сроком службы и множеством степеней защиты от сбоев. Мониторинг основных параметров работы (температуры, напряжения и силы тока) реализован как на уровне отдельного модуля и даже на уровне отдельной ячейки, так и на уровне шкафа и всей системы в целом — полный контроль процессов зарядки и разрядки здесь необходим для предотвращения критического нагрева и начала необратимых химических процессов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы отличаются более высокой удельной энергией (Вт•ч/кг) и более высокой удельной мощностью (Вт/кг). При аналогичной запасаемой энергии их масса примерно в три раза меньше массы свинцово-кислотных батарей, что уменьшает общую массу системы где-то на 60-80%.

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

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

Целесообразность замены

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

Ожидаемый срок службы ИБП в дата-центре обычно составляет 10-15 лет. Ресурс свинцово-кислотного аккумулятора — 3-6 лет, а литий-ионного — 10 лет и более. В начале срока эксплуатации ИБП (менее 5 лет) замена выработавших значительную часть ресурса свинцово-кислотных батарей окажется целесообразной — литий-ионные с высокой вероятностью подойдут к концу срока эксплуатации вместе с ИБП. Если жизнь вашего источника бесперебойного питания уже близится к «экватору», срок службы батарей может оказаться более длительным, и в большинстве случаев замена не имеет смысла. В конце срока службы стоит подумать о замене всего ИБП на новое решение с литий-ионными батареями. Тем не менее, даже для достаточно старых ИБП установка дорогих аккумуляторов может оказаться целесообразной — нужно учитывать постоянное снижение цены на них, а также соотношение затрат на обслуживание старой системы и затрат на её полную замену.

Прогнозы и перспективы

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

 

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

Литий-ионные аккумуляторы cat® — Пора переключиться?

Технологий литий-ионных аккумуляторов доступны в качестве опции практически на всех моделях вилочной и складской электротехники Cat®. Пока свинцово-кислотные аккумуляторы остаются довольно популярным решением среди заказчиков, и бесспорно, предлагают множество преимуществ, тем не менее, Литий-ионным решениям есть что предложить взамен.

Возможно самым заметным преимуществом перехода на Li-ion является возможность подзарядки. Вместо того, чтобы менять АКБ между сменами, Вы можете быстро подзарядить батарею во время короткого перерыва и использовать её 24/7. Вместе с другими преимуществами, такими как: эффективность, экологичность и безопасность — это делает Li-ion отличной альтернативой.

Преимущества Cat Li-ion относительно свинцово-кислотных аналогов

Литий-ионные батареи предоставляют огромные преимущества по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами в части экономии электроэнергии, оборудования, персонала и сокращении простоев.

  • Больший срок службы – примерно в 3-4 раза в сравнении со свинцово-кислотными – сокращают расходы на АКБ
  • Повышенная эффективность – при зарядке и разрядке потери энергии ниже на 30%, поэтому снижается потребление электроэнергии.
  • Более длительное время работы – благодаря более эффективной работе АКБ и использованию возможных зарядов, которые могут быть предоставлены в любое время без повреждения батареи или сокращения срока ее службы.
  • Неизменно высокая производительность – с более стабильной кривой напряжения – поддерживает более высокую производительность погрузчика, даже в конце смены
  • Более быстрая зарядка – обеспечивает полную зарядку всего за 1 час с помощью самых быстрых зарядных устройств
  • Без замены батареи – возможность быстрой подзарядки – 15 минут заряд достаточно для нескольких часов дополнительного времени работы — обеспечение непрерывной работы с одним аккумулятором и минимизация потребности в покупке, хранении и обслуживании запасных частей.
  • Без обслуживания – батарея остается на борту погрузчика во время зарядки, не нужно доливать воду или проверять уровень электролита.
  • Отсутствует выделение вредных газов – и кислоты — позволяет сэкономить на месте, оборудовании и расходах по содержанию помещения для зарядки аккумуляторов и вентиляционной системы.
  • Встроенная защита — интеллектуальная система управления аккумулятором (BMS) автоматически предотвращает чрезмерные значения разряда, зарядки, напряжения и температуры, а также практически исключая ошибки приложений.

В наличии есть аккумуляторы и зарядные устройства различной емкости. Ваш дилер определит лучшее сочетание исходя из Ваших задач. Уточняйте у дилера информацию о дополнительной 5-летней гарантии и условиях ежегодной проверки, которые обеспечат более комфортную эксплуатацию.

IBM создала емкий, безопасный и дешевый аккумулятор со сверхбыстрой зарядкой

| Поделиться Исследовательское подразделение IBM разработало аккумулятор нового типа. Он дешевле существующих литий-ионных аналогов, менее огнеопасны и заряжаются до 80% за пять минут, а компоненты для их производства можно получить из самой обычной морской воды.

Аккумуляторы без тяжелых металлов

Специалисты IBM Research разработали аккумулятор из новых материалов, который по ряду характеристик значительно превосходит широко распространенные сегодня литий-ионные батареи. Об этом говорится в сообщении, размещенном в блоге исследовательского подразделения компании (IBM Research) на ее официальном сайте.

В сегодняшних аккумуляторах, которые используются в ряде устройств: от фитнес-браслетов и смартфонов до электромобилей, часто применяются тяжелые металлы, в частности кобальт и никель. Например, в литий-ионных аккумуляторах катод (отрицательный электрод) может выполняться из кобальтата лития или никелата лития. Сами по себе эти металлы могут представлять угрозу как здоровью человека, так и окружающей среде. Кроме того, их запасы ограничены, а при добыче кобальта, по данным Financial Times, используются детский труд.

Новая технология IBM предполагает создание аккумулятора на базе трех новых материалов, среди которых тяжелых металлов нет. Химический состав материалов, из которых выполнены анод, катод и жидкий электролит, исследователи не раскрывают, однако уверяют, что необходимые материалы могут быть получены из обыкновенной морской воды и то, что они значительно дешевле используемых в современных литий-ионных батареях.

Преимущества новой технологии

По словам специалистов IBM Research их разработка превосходит литий-ионную технологию по многим важным параметров. Так, если верить ученым, их аккумулятор сможет заряжаться до уровня 80% за пять минут, при этом вероятность воспламенения такого устройства значительно ниже по сравнению с литий-ионными аналогами. У последних меньшая температура возгорания.

Исследователь, работающий с системой дифференциальной электрохимической масс-спектроскопии в IBM Research, которая измеряет количество газа, выделившегося из элемента батареи во время зарядки/разрядки

Энергетическая плотность новинки сопоставима с передовыми образцами литий-ионных аккумуляторов (более 800 Вт*ч/л), а ее энергоэффективность превышает 90%.

Кроме того, исследователи утверждают, что проведенные ими тесты показали возможность применения этой технологии при изготовлении аккумуляторов с весьма продолжительным сроком службы, однако не приводят каких-либо конкретных данных на этот счет.

Сферы применения аккумуляторов IBM

Исследователи полагают, что продукция на основе разработанной ими технологии может найти применение в энергетике, автомобиле- и авиастроении.

Несмотря на то, что исследования находятся на ранней стадии, IBM Research заключила контракты на совместную разработку нового поколения аккумуляторов и инфраструктуры для их совершенствования и производства с Mercedes-Benz Research, Central Glass (производитель электролитов) и Sidus (производитель аккумуляторных батарей).

Не без помощи искусственного интеллекта

IBM Research также сообщает, что в своей работе команда использует технологию искусственного интеллекта (ИИ), называемую семантическим обогащением. Она применяется для дальнейшего улучшения характеристик батареи путем выявления наиболее подходящих и безопасных материалов.

Альтернативные разработки

Существуют и другие технологии, способные заменить собой литиевые аккумуляторы и положить конец их далеко не самым экологичным и этичным производству и утилизации.

В «Сколтехе» с помощью высокопроизводительных вычислений создали ранее неизвестные материалы

Интеграция

В декабре 2018 г. CNews писал о том, что ученые Иллинойского университета в Чикаго разработали новую технологию производства аккумуляторных батарей для мобильных устройств, в основе которой лежит принцип использования неупорядоченных частиц оксида магния и непосредственно магниевого анода.

Еще одна группа американских ученых, на этот раз из Калифорнийского технологического университета, создала аккумулятор на основе фторидов – химических соединений фтора с другими элементами таблицы Менделеева. Подобные АКБ в теории характеризуются способностью держать заряд до восьми раз дольше в сравнении с литий-ионными и литий-полимерными. Опять же, они намного безопаснее оных ввиду неподверженности влиянию повышенной температуры окружающей среды или нагреву во время подзарядки.

В ноябре 2018 г. стало известно, что в Китае стартовало производство аккумуляторов с твердым электролитом, которые в обозримом будущем могут стать частью мобильной техники и транспортных средств. Предполагалось, что они придут на смену литий-ионным батареям за счет большей компактности и безопасности.

Дмитрий Степанов



Литий-ионные тяговые батареи Energy8

 

ПОЧЕМУ ЛУЧШЕ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ЛИТИЙ ИОННЫМИ БАТАРЕЯМИ И МОДЕРНИЗИРОВАТЬ СВОЮ СКЛАДСКУЮ ТЕХНИКУ

1. БЫСТРЫЙ ЗАРЯД

Ускоренное по сравнению со СКА время заряда литий-ионных аккумуляторов : 
За 20 минут на 25% от номинальной ёмкости 
За 1- 2 часа на 100% от номинальной ёмкости

2. СЛУЖИТ В 3 РАЗА ДОЛЬШЕ

Жизненный цикл у Литиевых АКБ выше в 2-3 раза, соответственно снижение расходов на покупку новых кислотных (щелочных) АКб. Высокий ресурс – не менее 3000 циклов (у щелочных аккумуляторов в среднем 500 циклов, у СКА 1000-1500 циклов)

3. ГЕРМЕТИЧНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ БАТАРЕИ

Литиевые батареи герметичны не имею в своем составе кислот и тяжелых металлов не выделяют при работе и заряде вредных испарений, что ведет к повышению экологической обстановки на предприятии.

4. ЭКОНОМИЯ ЗАТРАТ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ (В 1,3 РАЗА)

Высокий коэффициент отдачи Литиевых АКБ в 1,3 раза выше чем у кислотные АКБ (отношение потраченной энергии при заряде к отданной при разряде) Экономия ср-ств во процессе заряда.

5. ЭКОНОМИЯ НА СОДЕРЖАНИИ ЗАРЯДНОЙ КОМНАТЫ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПЕРСОНАЛА

Отсутствует необходимость в персонале и оборудовании для обслуживания. 
Экономия на содержании специальных помещений для заряда батареи

6. СНижение простоев и УДОБСТВО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Заряд может производиться непосредственно в производственном помещении от сети и для заряда не требуется снятие с погрузчика. Экономия от 7-10 % рабочего времени в смену. 

 

6 ОСНОВНЫХ ПРОБЛЕМ С КОТОРЫМИ СТАЛКИВАЮТСЯ ТЕ КТО ПОЛЬЗУЕТСЯ СВИНЦОВО КИСЛОТНЫМИ АККУМУЛЯТОРАМИ

 1. МАЛЫЙ РЕСУРС

Свинцово-кислотные АКБ имеют ресурс 1500 циклов разряда заряда, а гелевые около 1000 циклов, что приводит к необходимости их регулярной замены

 2. Длительный заряд

Свинцово-кислотные АКБ необходимо заряжать не менее 8 часов не прерываясь, в следствие этого на одну единицу техники необходимо иметь 2-3 батареи. Одна работает, одна заряжается, одна остывает.

3. СОДЕРЖАНИЕ ЗАРЯДНОЙ КОМНАТЫ и обслуживающего персонала

Свинцово-кислотные аккумуляторы при заряде выделяют пары электролита и взрывоопасный газ, поэтому могут заряжаться только в специально оборудованной зарядной комнате под надзором обслуживающего персонала.

4. ЗАТРАТЫ НА РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Приобретение расходных материалов – это значительные затраты, существенно удорожающие эксплуатацию напольного электротранспорта

5. НЕГЕРМЕТИЧНОСТЬ АККУМУЛЯТОРОВ

Негерметичные аккумуляторы неизбежно становятся источником загрязнения воздуха в производственном помещении, а также причиной ускоренной коррозии корпуса погрузчиков

6. НЕОБХОДИМОСТЬ ЗАМЕНЫ БАТАРЕЙ.

Для замены разряженной батареи погрузчику необходимо проделать путь от рабочего участка до зарядной комнаты и обратно является источником дополнительных потерь электроэнергии и рабочего времени (от 7-10%) 

Раскачивание литий-ионных аккумуляторов не имеет смысла

В магазинах, на рынках и в интернете продавцы нам твердят о том, что аккумулятор нужно “раскачивать”. Перед первым использованием разрядить до конца, а потом поставить на зарядку до полного заряда. Некоторые предлагают проделывать этот ритуал 3 раза подряд. Этот миф давно культивируется среди людей. Вплоть до того, что недобросовестные продавцы, даже отказываются менять аккумуляторы, не прошедшие “раскачку”. Разберемся, откуда взялись эти мифы и слухи.  

 Давайте вернемся в недалекое прошлое. Наши отцы и деды, еще в эпоху СССР, для питания носимой электроники, пользовались никель-кадмиевыми аккумуляторами. Эти батареи были двух видов — штампованные и прессованные. Прессованные были более технологичные и качественные, в отличие от своих штампованных конкурентов. Но у них был один существенный минус — во время неполного разряда в аккумуляторе появлялся “вторичный слой”, который понижал максимальное напряжение АКБ, в среднем на 0.1 В., что в свою очередь, снижало время службы батареи. 

 Примерно в это же время, в лексикон людей, занимающихся электроникой, вошло выражение “эффект памяти АКБ”. В начале нулевых мобильные телефоны ворвались в нашу жизнь настолько стремительно, что за пару лет большинство людей приобрело себе свой первый телефон. Кто-то купил Siemens или Motorola, кто-то приобрел себе более дорогие Nokia. На рынок вышли и известные бренды, такие как Samsung, Sony и LG, для которых это был новый и неизведанный рынок. Как грибы после дождя, стали появляться незнакомые, для нас, названия — Alcatel, Fly, Trium, Benq и др. Но всех их объединяло одно — никель-металлогидридный аккумулятор. Ему мы обязаны тем, что многие продавцы, особенно те, кто давно торгуют АКБ, хотят научить нас “правильно раскачивать батарею”, чтоб избежать эффекта памяти. На самом деле, этот миф вырос из технологии запуска АКБ, после продолжительного хранения, например, на витрине магазина. Производители рекомендовали перед первой зарядкой, только что купленного АКБ, полностью его разрядить, а потом поставить на зарядку. А так как опытные продавцы в торговлю электроникой пришли с некоторым «багажом знаний», основанном на никель-кадмиевых аккумуляторах, они вспомнили об «Эффекте памяти». 

Современные аккумуляторы

 Сейчас найти современный телефон с никель-металлогидридной, а уж тем более с никель-кадмиевой батареей — невозможно. Благодаря усилиям компании Sony, на их место пришли литий-ионные аккумуляторы. Этот тип батарей не имеет “эффекта памяти”. По этой причине он не нуждается в дополнительном отслеживании уровня заряда-разряда со стороны пользователя. Хотя есть у литий-ионных аккумуляторов и свои минусы, такие как взрывоопасность и выход из строя “банки” АКБ при полном разряде, но они решаются установкой контроллеров при изготовлении. Микросхема внутри батареи отслеживает основные параметры:

  • температуру АКБ
  • максимальное входящее напряжение
  • минимально допустимое напряжение “банки” АКБ
  • также имеется защита от короткого замыкания

Если один из параметров не соответствует критериям, батарея будет отключена от потребителя электроэнергии. Стоит также учесть, что батарея, установленная в вашем телефоне, планшете или ноутбуке уже прошла проверки на заводе, и ее емкость соответствует указанному на ней значению, с допустимой погрешностью. Ну а в случае с китайскими подделками никакие хитрости не помогут увеличить емкость батареи, хотя бы до номинала, заявленного производителем, на упаковке. 

 И если мы уже взялись обсуждать литий-ионный аккумулятор, то пресловутый “эффект памяти” у него все-таки был обнаружен в 2013 г. учеными из Швейцарии. Во время зарядки, на электродах АКБ, могут образовываться дендриты, микроскопические ветвистые образования. Эти образования снижают емкость аккумулятора на тысячные доли процента за весь срок службы. Учитывая все вышесказанное, можно подвести итог — “раскачка” литий-ионного аккумулятора процесс бессмысленный, и никакого полезного эффекта он не несет. Можете спокойно пользоваться вашим, только что купленным, планшетом, телефоном, ноутбуком или другим устройством с современным аккумулятором.

Литий-ионные батареи — Промышленные устройства и решения

Продукты, описанные на этом веб-сайте, были разработаны и изготовлены для стандартных приложений, таких как общие электронные устройства, офисное оборудование, оборудование для передачи данных и связи, измерительные приборы, бытовая техника и аудио-видео оборудование.

Для специальных применений, в которых требуется качество и надежность, или если отказ или неисправность продуктов могут напрямую угрожать жизни или вызвать угрозу травм (например, для самолетов и аэрокосмического оборудования, дорожного и транспортного оборудования, оборудования для сжигания, медицинского оборудования , устройства для предотвращения несчастных случаев и защиты от кражи, а также защитное оборудование), пожалуйста, используйте только после того, как ваша компания в достаточной степени проверит пригодность наших продуктов для этого применения.

Независимо от области применения, при использовании наших продуктов в оборудовании, для которого ожидается высокий уровень безопасности и надежности, убедитесь, что схемы защиты, схемы резервирования и другие устройства установлены для обеспечения безопасности оборудования при оценке области применения путем независимой проверки безопасности. тесты.

Обратите внимание, что продукты и технические характеристики, размещенные на этом веб-сайте, могут быть изменены без предварительного уведомления в целях улучшения.Независимо от области применения, пожалуйста, подтвердите последнюю информацию и спецификации до окончательного этапа проектирования, покупки или использования.

Техническая информация на этом веб-сайте содержит примеры типичных операций и схем применения продуктов. Он не предназначен для гарантии ненарушения или предоставления лицензии на права интеллектуальной собственности этой компании или любой третьей стороны.

Если какие-либо продукты, спецификации продуктов и техническая информация на этом веб-сайте подлежат экспорту или предоставлению нерезидентам, необходимо соблюдать законы и постановления страны-экспортера, особенно те, которые касаются безопасного экспортного контроля.

Информация, содержащаяся на этом веб-сайте, не может быть перепечатана или воспроизведена полностью или частично без предварительного письменного разрешения Panasonic Corporation.

Инструменты и программы, представленные на этом веб-сайте, должны использоваться по вашему усмотрению. Panasonic не гарантирует каких-либо результатов от использования этих инструментов и программ и не несет ответственности за любые убытки, возникшие в результате использования вами.

<о письме для получения сертификата соответствия директиве ЕС RoHS>
Дата перехода на продукт, соответствующий требованиям RoHS, зависит от номера детали или серии.
При использовании инвентаря, в котором неясно соответствие требованиям RoHS, выберите «Запрос на продажу».
в форме веб-запроса.

Уведомление о передаче полупроводникового бизнеса


Полупроводниковый бизнес Panasonic Corporation (далее именуемой «Компания») будет передан 1 сентября 2020 года Nuvoton Technology Corporation (далее именуемой «Nuvoton»). Соответственно, Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd., которая управляла полупроводниковым бизнесом Panasonic, войдет в состав Nuvoton Group с новым названием Nuvoton Technology Corporation Japan (далее именуемой «NTCJ»).
В соответствии с этой передачей полупроводниковая продукция, размещенная на этом веб-сайте, будет считаться продукцией, произведенной NTCJ, после 1 сентября 2020 года. Однако такая продукция будет постоянно продаваться через Компанию.
Обратите внимание, что при запросе о полупроводниковых продуктах, размещенных на этом веб-сайте, клиенты должны перейти на веб-сайт, управляемый NTCJ (далее «веб-сайт NTCJ»), и подтвердить, что NTCJ является компанией, ответственной за управление личной информацией, предоставляемой клиентами на ее веб-сайте.Мы ценим ваше понимание по этому поводу.

Литиевые батареи: до пределов лития

Исследователи разрабатывают тип батареи, который в десять раз превосходит обычные батареи.

Есть одна важная причина, по которой вы можете носить с собой в кармане мощный микрокомпьютер. Литий-ионные батареи были известны за революцию в области связи и транспорта, благодаря чему появились сверхтонкие смартфоны и электромобили с практичным запасом хода.

Смартфоны распространены повсеместно; Большую часть своего успеха они обязаны литий-ионным батареям, которые их питают. Предоставлено: Jetta Productions / Getty Images

Эти инновации стали возможными, потому что литий-ионные батареи могут быть намного меньше и легче, чем никель-кадмиевые батареи предыдущего поколения, но при этом обеспечивать такую ​​же мощность. Более того, литий-ионные аккумуляторы дольше сохраняют свой заряд и состоят из гораздо менее токсичных материалов.

Как самый легкий металл в таблице Менделеева и тот, который больше всего стремится терять свои электроны, литий является идеальным элементом для изготовления мощных портативных батарей.Он может выполнять большую часть работы с наименьшей массой и наименьшими химическими осложнениями.

Но разработка литиевых батарей была сопряжена с трудностями. Первые версии, разработанные базирующейся в Техасе нефтяной компанией Exxon в ответ на нехватку энергии во время нефтяного кризиса 1970-х годов, не были перезаряжаемыми и использовали соединения лития, которые создавали токсичные побочные продукты в электролите, в отличие от более поздних литий-ионных батарей. Они продолжали работать в первом поколении цифровых часов, но ранние прототипы были бомбой замедленного действия.Газы из электролита могут накапливаться внутри батареи и загораться при контакте с воздухом.

В течение следующих 30 лет или около того прогресс в разработке литиевых батарей регулярно замедлялся из-за возгорания батарей и недовольных клиентов. Постоянные отзывы сделали литиевые батареи плохой репутацией, и скептики полагали, что они никогда не будут достаточно безопасными для массового рынка.

Обещание литиевых батарей изменить способ использования энергии обществом настолько велико, что вызвало золотую лихорадку среди ученых, инженеров, венчурных капиталистов и предпринимателей, стремящихся обуздать их непостоянство.

«Современное общество полностью зависит от ископаемого топлива, поэтому есть огромный стимул найти замену двигателю внутреннего сгорания», — говорит Джон Гуденаф, физик твердого тела из Техасского университета в Остине, которого многие считают специалистом по физике твердого тела. отец сегодняшних литий-ионных аккумуляторов. «Мы должны найти способ освободить общество от этой зависимости. Мы говорим о том, чтобы получить электроэнергию от солнца и ветра, а не от угля. Но это невозможно, если у вас нет хранилища.

Гуденафу приписывают три из четырех крупных достижений, которые привели к широкому успеху литий-ионных батарей. В конце 1970-х он разработал катоды, содержащие оксид лития-кобальта, которые до сих пор используются в большинстве персональных электронных устройств (K. Mizushima, и др., . Mater. Res. Bull. 15 , 783–789; 1980). Позже он и исследователь материалов для аккумуляторов Майкл Теккерей разработали катоды из оксида лития-марганца, которые используются сегодня в большинстве электромобилей, а также в некоторых медицинских устройствах (М.Теккерей и др. . Mater. Res. Бык. 18 , 461–472; 1983 г.). В 1990-х годах Гуденаф продолжил работу после выхода на пенсию и разработал еще более дешевый и стабильный катод из фосфата лития-железа, который теперь широко используется в электроинструментах.

Исследователь тестирует прототипы электродов в рамках усилий по поиску способов продлить срок службы аккумуляторов и ускорить их зарядку. Предоставлено: Argonne Natl Lab.

Этот химический состав более безопасен, чем первое поколение литиевых батарей, поскольку электроды не содержат свободного лития.Вместо этого химическая решетка плотно связывает ионы лития со сложными кристаллическими структурами оксида металла на положительном катоде (где электроны и ионы лития перемещаются, когда батарея питает устройство). Ионы лития движутся непосредственно через электролит и не вступают в реакцию с другими элементами.

Что касается литиевых батарей, сегодняшние технологии все еще ограничены. Многие мобильные телефоны не могут прожить день без подзарядки. Большинство электромобилей могут проехать всего 160 километров или меньше, прежде чем их придется подключать к розетке на несколько часов для подзарядки.Tesla Model S предлагает лучший на рынке запас хода более 300 километров, но по цене: от 71000 долларов США.

Ученые и инженеры по аккумуляторным батареям каждый год в течение последних 25 лет делают батареи на 5–10% более эффективными, — говорит Джордж Крэбтри, ученый-материаловед из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. Но он обеспокоен тем, что этот прогресс может замедлиться. «Если не будет обнаружен новый оксид, мы находимся именно там», — говорит он. «Где вы собираетесь вытащить из шляпы следующего кролика, мы не уверены.Даже Гуденаф преуменьшает влияние, которое оказала технология. «У нас пока нет электромобилей», — говорит он. «Вы должны снизить стоимость, сделать их более безопасными и увеличить запас хода, чтобы не беспокоить людей о дальности полета».

Уловка для разработки аккумуляторов, которые служат дольше, быстрее заряжаются и дешевле, заключается в том, чтобы упаковать как можно больше ионов лития в каждый из электродов и заставить их как можно быстрее перемещаться между анодом и катодом. не позволяя им выйти из-под контроля.

Например, бывший партнер Гуденафа Теккерей, который сейчас работает над технологиями электрохимического накопления в Аргонне, разработал кристаллическую молекулярную структуру, известную как шпинель, для безопасной транспортировки ионов лития в катод при разряде батареи. Ионы могут проходить только через каналы в шпинели, что делает ее очень стабильной. Чем жестче ученые могут контролировать ионы лития в таких структурах, тем более стабильной становится батарея. Однако у этой технологии есть существенный недостаток: чем менее свободно могут перемещаться ионы лития, тем меньше энергии у батареи.И, как доказал переход от никель-кадмиевых батарей к литий-ионным, повышение мощности — лучший способ уменьшить размер, вес и стоимость.

Но это может быть не единственный выход. Пинг Лю, который руководит исследованиями передовых материалов для энергоэффективности и хранения в Агентстве перспективных исследовательских проектов — Энергетика (ARPA – E), входящем в состав Министерства энергетики США в Вашингтоне, округ Колумбия, говорит, что повышение безопасности и стабильности также может сделать батареи меньше и дешевле. Это потому, что такие достижения позволят инженерам отказаться от электронных контроллеров, брони, изоляторов ячеек и систем охлаждения, которые необходимы современным электромобилям для защиты аккумуляторов.

Положительные и отрицательные события

Наиболее значительный прогресс до сих пор произошел в катоде, положительном полюсе, который поглощает ионы лития, когда батарея обеспечивает свою энергию. Ученые работают над созданием более тонких слоев катодного материала с использованием наноматериалов, таких как углерод, с целью ускорения химического потока лития через батарею за счет сокращения расстояния, которое должны пройти ионы. Некоторые ученые работают с материалом толщиной с один атом.Но усилия на этом фронте все еще не принесли ожидаемых преимуществ. «Никому не удавалось сделать это хорошо», — говорит Крэбтри. «Сложно заставить слои выходить даже в таком маленьком масштабе».

Ожидается, что следующие прорывы произойдут на другом конце батареи, за счет более качественных анодов, говорит Крэбтри. Аноды накапливают ионы лития, когда батарея заряжена, и отправляют их на катод, когда батарея высвобождает энергию. Когда японский гигант электроники Sony представил угольные аноды для замены более проблемных металлических литий-анодов в начале 1990-х годов, батареи потеряли часть энергии.Теперь инженеры хотят вернуть его.

Одна большая проблема современных графитовых анодов и предшествующих им анодов из металлического лития заключается в том, что ионы лития, возвращающиеся к аноду во время зарядки аккумулятора, не покрывают поверхность равномерно. Вместо этого они растут как ветви деревьев в крошечных кристаллических структурах, называемых дендритами.

«Углерод может принимать литий только с заданной скоростью», — говорит материаловед Ниташ Балсара из Калифорнийского университета в Беркли. «Если вы попытаетесь отправить литий [через батарею] слишком быстро [во время зарядки], литий на самом деле не попадет в графит, он прилипнет снаружи.Это становится угрозой безопасности ». По словам Гуденаф, чем меньше размер батареи, тем легче дендритам прорастать через электролит и контактировать с противоположным полюсом, замыкая батарею.

Проницаемые мембраны, называемые сепараторами, используются для предотвращения контакта между электродами и, таким образом, предотвращения коротких замыканий, позволяя течь электролиту. Но дендриты могут отламываться и блокировать поры в сепараторах, сокращая срок службы батареи.

Аноды могут быть сделаны из кремния, который может удерживать в десять раз больше лития на грамм, чем графит, и, следовательно, генерировать больше энергии.Но у кремния есть своя проблема: он расширяется более чем в три раза по сравнению с нормальным размером, когда батарея заряжена, а анод заполнен ионами лития. Это набухание разрушает электрические связи в аноде и останавливает работу батареи. Он также может сломать соседние части батареи, такие как разделитель и даже корпус батареи, и, таким образом, вызвать возгорание.

И Цуй (Yi Cui), ученый-материаловед из Стэнфордского университета, Калифорния, который занимается разработкой литий-ионных аккумуляторов в течение 15 лет, является одним из ученых, работающих над материалами более тонких электродов.Он разрабатывает кремниевые нанопроволоки, которые выступают из анода, как волокна из ковра, и не разрывают электрические связи при набухании. Но он говорит, что до коммерциализации технологии еще пять лет. Он также экспериментирует со способами улучшения графитовых анодов, используя двумерный графен для более быстрого поглощения лития во время зарядки. Но он говорит, что и этой работе предстоит долгий путь.

Идеальным вариантом было бы вернуться к аноду из чистого литий-металлического сплава. «Забудьте о кремнии, если вы можете сразу перейти к металлическому литию, это конечная цель», — говорит Лю.

По сравнению с графитовыми анодами, литий-металлические аноды могут поглощать в десять раз больше ионов лития во время зарядки — и без проблемы с набуханием кремния. Такая батарея может достичь ключевого показателя производительности для использования в электромобилях: обеспечивать 300 ватт-часов энергии на килограмм, которая необходима для того, чтобы электромобиль мог пройти такое же расстояние на одной зарядке, что и автомобиль с бензиновым двигателем на одной зарядке. полный бак. Но эта веха потребует других достижений в области безопасности, таких как твердый электролит или лучшие сепараторы, чтобы обеспечить зарядку без роста дендритов.

«Я просто не рассматриваю металлический литий с жидким электролитом как коммерческую возможность», — говорит Балсара. «Для меня это похоже на TNT».

Твердые электролиты могут принести самый большой прорыв (см. Стр. S8). «Если бы вы могли избавиться от жидкого электролита, вы могли бы избавиться от всех горючих элементов», — говорит Лю. Это решит основную проблему безопасности литиевых батарей. По его словам, инженеры Лю даже разрабатывают батарею, настолько прочную и безопасную, что в конечном итоге она может стать частью кузова автомобиля и поглотить удар при аварии.

«Я не думаю, что вы можете получить твердотельный аккумулятор с длительным сроком службы».

Литий-ионный используется в аккумуляторных батареях. Предоставлено: Eye of Science / SPL

. Но твердые электролиты также приносят компромисс. «Они проводят электричество не так хорошо, как жидкие электролиты, поэтому время зарядки увеличивается, а мощность снижается», — говорит Балсара. И Гуденаф добавляет: «Я не думаю, что вы можете получить твердотельную батарею с длительным сроком службы».

Гуденаф стремится преодолеть зазор, создав частично твердый электролит с использованием твердого материала рядом с анодом и жидкости рядом с катодом.«Он даст те же преимущества, что и твердый электролит, с более длительным сроком службы, — говорит он, — потому что материал анода не разрушится». Он построил тестовую батарею в своей лаборатории, но говорит, что у него все еще есть проблемы с ростом дендритов.

Лю говорит, что наиболее многообещающие разработки исходят от ученых, работающих над керамическими электролитами. Он указывает на финансируемый ARPA-E проект в Университете Мэриленда, который продемонстрировал твердотельную батарею с твердым литиевым анодом, работающую с использованием керамического электролита.

«Твердые стеклянные и керамические электролиты имеют значительно более высокую проводимость, чем пластиковый полимер, — говорит Бальсара, — и проводимость достаточно высока, чтобы вам не пришлось жертвовать такой большой мощностью».

Среди других специалистов, работающих над новыми типами электролитов для литий-ионных аккумуляторов, есть Йет-Мин Чан, ученый-материаловед из Массачусетского технологического института в Кембридже, который помог разработать литий-железо-фосфатную батарею. Этим летом он продемонстрировал новый тип проточной батареи, в которой используется полутвердый электролит, похожий на арахисовое масло.Он решает проблему того, как заставить ионы быстро проходить через твердый электролит, переворачивая конструкцию батареи с ног на голову, используя жидкие электроды, которые прокачиваются через полутвердый электролит. Он говорит, что это может значительно снизить стоимость производства литий-ионных батарей. Чанг основал компанию под названием 24M, базирующуюся в Кембридже, штат Массачусетс, для коммерциализации изобретения, но это остается недоказанным.

По мере того, как нанотехнологии совершенствуют электроды и электролиты, поиск большей мощности возвращает ученых к завершению цикла, возвращаясь к батареям, в которых используется чистый литий, а не ионы лития.Литий-серные и литий-воздушные батареи не относятся к категории литий-ионных аккумуляторов, потому что литий реагирует в электролите с образованием других соединений, а не просто протекает через электролит и не реагирует с ним.

Литий-серные батареи, аналогичные батареям, с которыми Exxon экспериментировала в 1970-х годах, могут хранить до десяти раз больше энергии, чем литий-ионные батареи по весу. Проблема в том, что участвующие электрохимические реакции потребляют серу и создают другие вещества, разбавляющие электролит.Оба процесса преждевременно убивают батарею. «В идеале вам нужен электролит, который пропускает только литий», — говорит Балсара. «Все остальное — проблема».

Чтобы решить эту проблему, Куи, Крэбтри и другие разрабатывают наноматериалы для инкапсуляции серы. Цуй говорит, что его лаборатория продемонстрировала литий-серную батарею, способную выдержать от 500 до 1000 циклов заряда-разряда. По его словам, этого может быть достаточно для мобильного телефона или ноутбука. Но его энергоемкость по-прежнему слишком мала, отмечает Цуй, и до коммерческого прототипа может потребоваться пять лет.

Литий-воздушные батареи могут оказаться лучшими литиевыми батареями с точки зрения мощности, веса и стоимости. С литий-металлическим анодом и газообразным кислородным катодом литий-воздушная батарея может хранить столько же энергии, как литий-серная батарея, при еще меньших затратах и ​​потенциально с меньшим весом.

Если материалы кажутся простыми, то аккумулятор — нет. Во-первых, слово «воздух» — неправильное употребление. Катод должен быть чистым кислородом, без влаги или углекислого газа, содержащихся в воздухе.По словам Крэбтри, системы очистки, откачки и хранения воздуха увеличивают вес и размер батареи на 30–70%. Хотя на бумаге литий-воздух может обеспечить в десять раз большую плотность энергии, чем литий-ионный, «он никогда не достигнет десятикратного коэффициента, который вы получите на обратной стороне конверта», — говорит он.

Кроме того, катод со временем окисляет любой органический электролит, сокращая срок службы батареи.

Хуже всего, потому что реакция превращает литий в непроводящий оксид дилития, аккумулятор трудно перезарядить.Цуй говорит, что исследователи продемонстрировали разумное количество зарядов и разрядов литий-воздушных испытательных батарей путем инкапсуляции оксида дилития на проводящей подложке, но по его оценкам, литий-воздушные батареи находятся по крайней мере через десять лет от коммерциализации.

Их разработка может показаться сложной, но лучшие литиевые батареи могут принести огромную отдачу. Помимо электромобилей, которые могут проехать 300 километров, они могут стать прорывом, который сделает повсеместным использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, и, наконец, сломает зависимость развитого мира от ископаемого топлива.

Информация об авторе

Принадлежность

  1. Эрик К. Эвартс — писатель-фрилансер из Риджфилда, Коннектикут.

    Эрик К. Эвартс

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Эвартс, E. Литиевые батареи: до пределов лития. Природа 526, S93 – S95 (2015). https://doi.org/10.1038/526S93a

Ссылка для скачивания

Дополнительная литература

  • Стабилизация электрохимии литий-селеновой батареи с помощью гелеобразного полимерного электролита на месте: взгляд с анода

    • Вэнь-Пэн Ван
    • , Хуан Чжан
    • , Сюэ-Тинг Ли
    • , Я-Ся Инь
    • , Сен Синь
    • и Ю-Го Го

    Химические исследования в университетах Китая (2021 год)

  • Легкое изготовление высокопроизводительного гибридного суперконденсатора одностадийным способом из самодельных медных наноколонок, закрепленных анодом из Fe3O4

    • Джэхак Ли
    • , Джэ Ён Сок
    • , Миньян Ян
    • и Бончул Кан

    Международный журнал точного машиностроения и экологически чистых технологий производства (2021 год)

  • Полимерный композитный защитный слой для анодов из стабильного металла Li

    • Суоганг Го
    • , Ли Ван
    • , Юхун Цзинь
    • , Нан Пиао
    • , Цзунхай Чен
    • , Гуанюй Тянь
    • , Цзянган Ли
    • , Ченчэнь
    • и Чэньмин Чжао

      Нано конвергенция (2020)

    • Графеновая пленка со складками для стабильного анода из металлического лития

      • Сюэци Ху
      • , Юань Цао
      • , Ян Дэн
      • , Цзяяо Дэн
      • и Хуйминь Лу

      Ионика (2020)

    • Разработка двухслойного нанокомпозитного анода Si и Si / LATP для высоковольтных водных литий-ионных аккумуляторов

      • Анджали Параванноор
      • , Дипти Панот
      • и Правин Паттатил

      SN Прикладные науки (2020)

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Литий-ионный

    | Mastervolt

    Литий-ионный аккумулятор

    — это современная аккумуляторная технология.Вы хотите быть самым быстрым или лучшим? Вы хотите экономить энергию или сжигать меньше топлива? Вы хотите, чтобы ваши вложения длились дольше всех? Хотите ли вы быть «вне дома» как можно дольше, не беспокоясь о своей энергии? Тогда литий-ионные батареи — ваш выбор.

    Литий-ионные батареи

    обладают высокой плотностью энергии, что позволяет экономить до 70% объема и веса по сравнению с традиционными свинцово-кислотными батареями. Они идеально подходят для циклических приложений, выполняя более 2000 циклов с очень глубокими (80%) разрядами, эффективно сохраняя в 5 раз больше энергии по сравнению со свинцово-кислотными.

    Линейка Mastervolt MLI — лучшая в линейке. Он предлагает батареи большой емкости, предназначенные для экстремальных режимов езды на велосипеде, со всеми возможными функциями, такими как интегрированная система управления батареями (BMS) и связь MasterBus / CAN.

    Некоторые из его выдающихся характеристик:

    • Экономия места и веса до 70%.
    • Срок службы традиционных батарей в три раза превышает срок службы.
    • Чрезвычайно быстрая зарядка и разрядка.
    • Высокая эффективность: энергия не тратится.
    • Связь CZone / NMEA 2000 или MasterBus / CAN.

    Доступна самая безопасная литий-ионная технология

    Термин «литий-ионный» включает в себя несколько химических соединений, имеющих несколько разный состав материалов. Эти различия приводят к изменениям плотности энергии и мощности, срока службы, стоимости и безопасности. Поскольку безопасность является нашей первоочередной задачей, Mastervolt предпочитает использовать только самый безопасный из доступных литий-ионных компонентов — литий-железо-фосфатный (LiFePO4).

    Mastervolt представляет литий-ионную технологию в трех линейках продуктов

    MLI серии ; Серия большой емкости, полностью оснащенная для экстремальных велосипедных нагрузок, таких как работа кондиционеров, насосов или электродвигателей в течение длительных периодов времени с короткой прерывистой зарядкой.

    MLI-E series : MLI-E идеально подходит для приложений, где ключевыми факторами являются долгий срок службы, легкий вес, быстрая зарядка и компактность. Благодаря своему практичному форм-фактору MLI-E идеально подходит для мобильных приложений.

    MLS серии ; Серия малой емкости, подходящая для небольших приложений, таких как переносное / мобильное оборудование или резервное питание.

    Безопасная работа

    Серия Mastervolt MLI оснащена интегрированной системой управления батареями (BMS) и связью через MasterBus / CAN. Это гарантирует эффективную и безопасную работу аккумулятора даже в самых суровых условиях езды на велосипеде.

    Аккумуляторы MLS оснащены встроенным автоматическим предохранительным выключателем.Безопасность всегда на первом месте.

    Уменьшение веса

    Поскольку скорость и производительность имеют решающее значение, литий-ионный аккумулятор, вес которого на 70% меньше, чем аналогичные свинцово-кислотные аккумуляторы, предлагает значительные преимущества. Судно или транспортное средство с емкостью накопителя 20 кВтч на борту может легко сэкономить до 500 кг и добиться значительно лучших характеристик.

    Превосходная производительность

    Литий-ионные батареи

    Mastervolt имеют реалистичный срок службы более 2000 циклов при глубине разряда (DOD) 80%.Это означает в пять раз больше энергии, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, благодаря таким характеристикам, как чрезвычайно высокая эффективность, почти полное отсутствие саморазряда и минимальное накопление печально известного «эффекта памяти».

    Подходит для больших аккумуляторных батарей

    Серия MLI идеально подходит для электрических и гибридных приложений и может быть подключена параллельно без ограничений. Встроенная технология Common Rail обеспечивает простое последовательное соединение нескольких батарей MLI Ultra.

    Простая установка

    Серия MLI включает две встроенные ручки с углублением для правильной и практичной установки кабелей.Полюса аккумуляторной батареи легко доступны и полностью защищены, поэтому дополнительных изолирующих крышек не требуется.

    Аккумуляторы MLS представляют собой отличную «замену» для системы со свинцово-кислотными аккумуляторами, поскольку не требуется никаких изменений системы или дополнительных компонентов.

    Долговечная, стабильная твердотельная литиевая батарея

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

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

    Первый электролит (химическое название Li 5,5 PS 4,5 Cl 1,5 или LPSCI) более стабилен с литием, но склонен к проникновению дендритов. Второй электролит (Li 10 Ge 1 P 2 S 12 или LGPS) менее стабилен с литием, но кажется невосприимчивым к дендритам. В этой конструкции дендритам позволяют прорастать через графит и первый электролит, но они останавливаются, когда достигают второго. Другими словами, дендриты прорастают через салат и помидоры, но останавливаются на беконе.Барьер для бекона не дает дендритам проталкиваться и закорачивать аккумулятор.

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

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

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

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

    Исследование было поддержано Конкурентным фондом декана для перспективных стипендий Гарвардского университета и Фондом конкурентных исследований Гарвардской инициативы в области науки о данных. Управление технологического развития Гарварда защитило портфель интеллектуальной собственности, относящейся к этому проекту, который расширяется до коммерческих приложений при поддержке Harvard’s Physical Sciences and Engineering Accelerator и Гарвардского фонда решений по изменению климата.

    Как сделать литий-ионные батареи непобедимыми — ScienceDaily

    В нашем электрифицированном мире будущего спрос на аккумуляторы будет огромным, достигая от 2 до 10 тераватт-часов (ТВтч) годового производства аккумуляторов. 2030 г., менее 0.5 ТВтч сегодня. Тем не менее, растет беспокойство относительно того, хватит ли основного сырья для удовлетворения этого будущего спроса. Литий-ионный аккумулятор — доминирующая технология в обозримом будущем — имеет компонент, сделанный из кобальта и никеля, и эти два металла сталкиваются с серьезными ограничениями предложения на мировом рынке.

    Теперь, после нескольких лет исследований, проводимых Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), ученые добились значительного прогресса в разработке катодов для батарей с использованием нового класса материалов, которые обеспечивают батареи с такой же, если не более высокой плотностью энергии, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов. батарейки, но могут быть изготовлены из недорогих и распространенных металлов.Это новое семейство материалов, известное как DRX, что означает неупорядоченные каменные соли с избытком лития, было изобретено менее 10 лет назад и позволяет изготавливать катоды без никеля или кобальта.

    «Классический литий-ионный аккумулятор сослужил нам хорошую службу, но, поскольку мы рассматриваем будущие потребности в хранении энергии, его зависимость от определенных важнейших минералов подвергает нас не только рискам цепочки поставок, но и экологическим и социальным проблемам», — сказал Рави Прашер. , Заместитель директора лаборатории по энергетическим технологиям Berkeley Lab.«Благодаря материалам DRX литиевые батареи могут стать основой для экологически безопасных аккумуляторных технологий будущего».

    Катод — это один из двух электродов в батарее, на который приходится более одной трети стоимости батареи. В настоящее время катод в литий-ионных батареях использует класс материалов, известный как NMC, с никелем, марганцем и кобальтом в качестве ключевых ингредиентов.

    «Я проводил исследования катодов более 20 лет в поисках новых материалов, и DRX — лучший новый материал, который я когда-либо видел», — сказал Гербранд Седер, ученый из лаборатории Беркли, занимающийся аккумуляторными батареями, который является одним из руководителей исследования.«С текущим классом NMC, который ограничен только никелем, кобальтом и неактивным компонентом, изготовленным из марганца, классическая литий-ионная батарея находится в конце своей кривой производительности, если вы не перейдете на новые катодные материалы, и это то, что Программа DRX предлагает. Материалы DRX обладают огромной композиционной гибкостью — и это очень мощно, потому что вы не только можете использовать все виды металлов в большом количестве в катоде DRX, но вы также можете использовать любой тип металла для решения любой проблемы, которая может возникнуть. на ранних этапах разработки новых батарей.Вот почему мы так взволнованы ».

    Риски цепочки поставок кобальта и никеля

    Министерство энергетики США (DOE) сделало своей приоритетной задачей поиск способов сокращения или отказа от использования кобальта в батареях. «Индустрия аккумуляторов столкнулась с огромным дефицитом ресурсов», — сказал Седер. «Даже при 2 ТВт-ч, нижнем диапазоне прогнозов глобального спроса, на который будет израсходована почти вся сегодняшняя добыча никеля, а с кобальтом мы даже близко не приблизились. Производство кобальта сегодня составляет всего около 150 килотонн, а 2 ТВт-ч энергии батареи было бы требуется 2000 килотонн никеля и кобальта в некоторой комбинации.«

    Более того, более двух третей мирового производства никеля в настоящее время используется для производства нержавеющей стали. Более половины мирового производства кобальта приходится на Демократическую Республику Конго, при этом Россия, Австралия, Филиппины и Куба замыкают пятерку крупнейших производителей кобальта.

    Напротив, катоды DRX могут использовать практически любой металл вместо никеля и кобальта. Ученые из лаборатории Беркли сосредоточили свое внимание на использовании марганца и титана, которые являются более распространенными и более дешевыми, чем никель и кобальт.

    «Оксид марганца и оксид титана стоят менее 1 доллара за килограмм, тогда как кобальт стоит около 45 долларов за килограмм, а никель — около 18 долларов», — сказал Седер. «С DRX у вас есть возможность сделать очень недорогое хранилище энергии. В этот момент литий-ионный становится непревзойденным и может использоваться везде — в транспортных средствах, в электросети — и мы действительно можем сделать хранение энергии доступным и недорогим».

    Упорядоченные и неупорядоченные

    Седер и его команда разработали материалы DRX в 2014 году.В батареях количество и скорость ионов лития, которые могут попасть в катод, отражаются в том, сколько энергии и мощности имеет батарея. В обычных катодах ионы лития проходят через материал катода по четко определенным путям и располагаются между атомами переходных металлов (обычно кобальта и никеля) в аккуратных упорядоченных слоях.

    Группа Седера обнаружила, что катод с неупорядоченной атомной структурой может удерживать больше лития — а это означает больше энергии — при этом более широкий диапазон элементов может служить переходным металлом.Они также узнали, что в этом хаосе ионы лития могут легко прыгать.

    В 2018 году Управление автомобильных технологий Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики предоставило финансирование лаборатории Беркли для «глубокого погружения» в материалы DRX. В сотрудничестве с учеными из Окриджской национальной лаборатории, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре команды лаборатории Беркли во главе с Седером и Гуойинг Ченом добились огромного прогресса в оптимизации катодов DRX в литий-ионных батареях.

    Например, скорость заряда — или скорость зарядки аккумулятора — этих материалов изначально была очень низкой, и ее стабильность также была плохой. Исследовательская группа нашла способы решить обе эти проблемы с помощью моделирования и экспериментов. Исследования по использованию фторирования для повышения стабильности были опубликованы в Advanced Functional Materials и Advanced Energy Materials ; исследование о том, как обеспечить высокую скорость зарядки, было недавно опубликовано в Nature Energy .

    Поскольку DRX может состоять из множества различных элементов, исследователи также работали над тем, какой элемент лучше всего использовать, достигая наилучшего результата: изобилие, дешевизна и обеспечение хорошей производительности. «DRX теперь синтезирован почти со всей таблицей Менделеева», — сказал Седер.

    «Это наука в лучшем виде — фундаментальные открытия, которые станут основой систем в будущих домах, транспортных средствах и электросетях», — сказал Ноэль Бахтиан, директор Центра хранения энергии Berkeley Lab.«То, что сделало Berkeley Lab таким успешным в области инноваций в аккумуляторных батареях на протяжении десятилетий, — это сочетание широты и глубины знаний — от фундаментальных открытий до определения характеристик, синтеза и производства, а также рынков энергии и политических исследований. Сотрудничество является ключевым — мы сотрудничаем с промышленностью и не только для решения реальных проблем, что, в свою очередь, помогает стимулировать ведущие мировые научные достижения, которые мы делаем в Лаборатории ».

    Быстрый прогресс

    На коммерциализацию новых аккумуляторных материалов традиционно уходило от 15 до 20 лет; Седер считает, что прогресс в области материалов DRX можно ускорить с помощью более крупной команды.«За последние три года мы добились большого прогресса в глубоком погружении», — сказал Седер. «Мы пришли к выводу, что готовы к созданию более крупной команды, поэтому мы можем привлекать людей с более разнообразным набором навыков, чтобы действительно улучшить это».

    Расширенная исследовательская группа могла бы быстро перейти к решению оставшихся проблем, включая увеличение срока службы (или количества раз, когда батарея может быть заряжена и разряжена в течение ее срока службы) и оптимизировать электролит, химическую среду, которая обеспечивает протекание электрического тока. заряд между катодом и анодом.С момента разработки в лаборатории Седера группы в Европе и Японии также запустили крупные исследовательские программы DRX.

    «Достижения в аккумуляторных технологиях и хранении энергии потребуют постоянного прорыва в фундаментальной науке о материалах», — сказал Джефф Нитон, заместитель директора лаборатории Berkeley Lab по энергетическим наукам. «Опыт лаборатории Беркли, уникальное оборудование и возможности в области передовых изображений, вычислений и синтеза позволяют нам изучать материалы в масштабе атомов и электронов.Мы готовы ускорить разработку многообещающих материалов, таких как DRX для чистой энергии ».

    Эта твердотельная литий-ионная батарея быстро заряжается и защищает от огня

    Сегодня, все еще работая в Google, мы сохраняем надежду. И мы счастливы сказать, что мы сделали несколько ошибок. В частности, системы возобновляемых источников энергии дешевели быстрее, чем мы ожидали, и их внедрение превысило прогнозы, которые мы приводили в 2014 году.

    Инженеры могут дополнительно масштабировать зрелые технологии, такие как энергия ветра [1] и солнечная энергия [2].Другие зарождающиеся технологии требуют значительных инноваций, например, водородные самолеты [3] и электродуговые печи для производства стали [4]. Чтобы противодействовать наихудшим непосредственным последствиям изменения климата, мы Крис Филпот

    В нашей предыдущей статье речь шла о «прорывных» целевых ценах ( разработано в сотрудничестве с консалтинговой фирмой McKinsey & Co.), что может привести к сокращению выбросов в США на 55% к 2050 году. С тех пор цены на ветровую и солнечную энергию достигли целевых показателей, установленных на 2020 год, а цены на аккумуляторы стали еще лучше, резко упав. к диапазону, прогнозируемому на 2050 год.Эти превзошедшие ожидания ценовые тенденции в сочетании с дешевым природным газом привели к сокращению потребления угля в США вдвое. Результат: к 2019 году выбросы в США упали до уровня, прогнозируемого сценарием McKinsey на 2030 год — на десять лет раньше, чем предсказывала наша модель.

    И благодаря этому прогрессу в декарбонизации производства электроэнергии инженеры ищут и находят многочисленные возможности для переключения существующих систем, основанных на сжигании ископаемого топлива, на электроэнергию с низким содержанием углерода. Например, электрические тепловые насосы становятся рентабельной заменой топочного топлива, а электрические автомобили дешевеют и растут в цене.

    Однако даже при всем этом прогрессе мы все еще находимся на траектории серьезного изменения климата: К 2100 году повысится на 3 ° C. Многие страны не соблюдают сокращения выбросов, которые они обещали в Парижском соглашении 2015 года. Даже если бы каждая страна выполнила свое обещание, этого было бы недостаточно, чтобы ограничить глобальное потепление до 1,5 ° C, что большинство экспертов считает необходимым, чтобы избежать экологической катастрофы. Выполнение сегодняшних обещаний потребует резкого сокращения выбросов. Если этого массового сокращения выбросов не произойдет, что, как мы думаем, вероятно, потребуются другие стратегии, чтобы удерживать температуру в определенных пределах.

    Приведенная стоимость энергии описывает затраты на строительство и эксплуатацию электростанций в течение срока их службы, измеряемые в долларах США за мегаватт-час. С 2009 года стоимость солнечной фотоэлектрической (PV) и ветровой энергии быстро снизилась. Цены на емкость аккумуляторов упали еще быстрее. Источник: BloombergNEF

    Вот некоторые ключевые цифры: Чтобы обратить изменение климата вспять, хотя бы частично, нам нужно снизить уровень углекислого газа в атмосфере до более безопасного порогового значения. 350 частей на миллион; в День Земли 2021 эта цифра составила 417 промилле.По нашим оценкам, для достижения этой цели потребуется удалить из атмосферы порядка 2 000 гигатонн CO 2 в течение следующего столетия. Это полное удаление необходимо как для поглощения существующего атмосферного CO 2 , так и для CO 2 , который будет выбрасываться, когда мы переходим к углеродно-отрицательному обществу (которое удаляет из атмосферы больше углерода, чем выделяет).

    Наши начальные битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над многими существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать.Как уже было показано на примере ветряных, солнечных батарей и батарей, такое расширение масштабов часто приводит к резкому снижению затрат. В других отраслях промышленности для сокращения выбросов требуются технологические революции. Если вы поэкспериментируете со своим собственным набором методов смягчения последствий изменения климата, используя Интерактивный климатический инструмент En-ROADS, вы увидите, сколько вариантов вам нужно максимально использовать, чтобы изменить нашу текущую траекторию и достичь уровня 350 ppm CO 2 и глобального повышения температуры не более чем на 1,5 ° C.

    Так что же делать инженеру, который хочет спасти планету? Даже когда мы работаем над переходом к обществу, основанному на безуглеродной энергии, мы должны серьезно относиться к секвестрации углерода, то есть к хранению CO. 2 в лесах, почве, геологических формациях и других местах, где он будет оставаться на месте.И в качестве временной меры в этот трудный переходный период нам также необходимо будет рассмотреть методы управления солнечным излучением — отклонение некоторого количества падающего солнечного света для уменьшения нагрева атмосферы. Эти стратегические направления потребуют реальных инноваций в ближайшие годы. Чтобы выиграть войну с изменением климата, нам также нужны новые технологии.

    Мы надеемся, что необходимые технологии появятся в течение нескольких десятилетий. В конце концов, инженерам прошлого потребовались всего несколько десятилетий, чтобы спроектировать боевые машины, построить корабли, которые могли бы облететь земной шар, наладить повсеместную связь в реальном времени, ускорить вычисления более чем в триллион раз и запустить людей в космос и на Луну.1990-е, 2000-е и 2010-е были десятилетиями, когда ветроэнергетика, солнечная энергия и сетевые батареи, соответственно, стали широко распространяться. Что касается технологий, которые определят грядущие десятилетия и позволят людям жить устойчиво и процветать на планете со стабильным климатом, то отчасти это зависит от вас. У инженеров есть над чем усердно работать. Вы готовы?

    Прежде чем мы перейдем к технологическим проблемам , которые требуют вашего внимания, позвольте нам немного поговорить о политике.Климатическая политика имеет важное значение для инженерных работ по декарбонизации, поскольку она может привести к резкому падению затрат на новые энергетические технологии и переключению рынков на низкоуглеродные альтернативы. Например, к 2005 году Германия предлагала чрезвычайно щедрые долгосрочные контракты производителям солнечной энергии (примерно в пять раз дороже средней цены на электроэнергию в Соединенных Штатах). Этот гарантированный спрос дал толчок мировому рынку солнечных фотоэлектрических (PV) панелей, который с тех пор растет в геометрической прогрессии. Короче говоря, временные субсидии Германии помогли создать устойчивый глобальный рынок солнечных батарей.Люди часто недооценивают, насколько человеческая изобретательность может быть раскрыта, когда она продвигается рыночными силами.

    Для достижения цели ограничения нагрева до 1,5 ° C, чистый CO 2 должны немедленно резко сократиться по сравнению с нашими текущими выбросами, как показано в строке A. Если выбросы уменьшатся еще через десять лет, как показано в строке B, тогда гораздо большее количество CO 2 нужно будет удалить. Источник: Отчет МГЭИК «Глобальное потепление на 1,5 ° C»

    Этот всплеск солнечной фотоэлектрической энергии мог произойти десятилетием раньше.К 1995 году все основные процессы были готовы: инженеры освоили технические этапы изготовления кремниевых пластин, диффузионных диодных переходов, нанесения металлических решеток на поверхности солнечных элементов, пассивирования поверхности полупроводника для добавления антиотражающего покрытия и ламинирования модулей. Единственным недостающим элементом была политика поддержки. Мы не можем позволить себе больше этих «потерянных десятилетий». Мы хотим, чтобы инженеры посмотрели на энергетические системы и спросили себя: какие технологии имеют все необходимое для увеличения масштабов и снижения затрат, кроме политики и рынка?

    Нобелевский лауреат по экономике Уильям Нордхаус в своей книге утверждает, что ценообразование на углерод играет важную роль в борьбе с изменением климата. Климат-казино (Издательство Йельского университета, 2015).Сегодня цены на углерод применяются к примерно 22 процентам глобальных выбросов углерода. Крупный углеродный рынок Европейского Союза, который в настоящее время оценивает углерод выше 50 евро за тонну (61 доллар США), является основной причиной, по которой его авиакомпании, производители стали и другие отрасли в настоящее время разрабатывают долгосрочные планы декарбонизации. Но экономист Марк Жаккар отметил, что, хотя налоги на выбросы углерода наиболее эффективны с экономической точки зрения, они часто сталкиваются с огромным политическим противодействием. Поэтому пионеры климатической политики в Канаде, Калифорнии и других странах прибегли к гибким (хотя и более сложным) правилам, которые предоставляют отраслям разнообразные возможности для достижения целей декарбонизации.

    Инженеры могут оценить простоту и элегантность ценообразования на углерод, но самый простой подход не всегда обеспечивает прогресс. Хотя мы, инженеры, не занимаемся разработкой политики, нам следует оставаться в курсе и поддерживать политики, которые помогут процветать нашей отрасли.

    Жесткие задачи обезуглероживания в большом количестве для амбициозных инженеров. Их слишком много, чтобы перечислить в этой статье, поэтому мы выберем несколько фаворитов и отсылаем читателя к Project Drawdown, организации, которая оценивает влияние усилий по борьбе с изменением климата, для получения более полного списка.

    Рассмотрим авиаперелеты. Это составляет 2,5 процента мировых выбросов углерода, и декарбонизация — достойная цель. Но вы не можете просто уловить выхлопные газы самолетов и закачать их под землю, да и инженеры вряд ли в ближайшее время разработают батарею с плотностью энергии реактивного топлива. Итак, есть два варианта: либо вытащить CO 2 непосредственно из воздуха в количествах, которые компенсируют выбросы самолетов, а затем спрятать его где-нибудь, либо переключиться на самолеты, которые работают на безуглеродном топливе, таком как биотопливо.

    Инженеры упорно трудились, чтобы освоить шаги, необходимые для создания солнечных фотоэлектрических систем, но затем они потеряли десятилетие, ожидая поддержки политики, которая снизила цены, чтобы создать рынок. Мы не можем позволить себе больше потерянных десятилетий.

    Одна интересная возможность — использовать водород в качестве авиационного топлива. Airbus в настоящее время работает над проектами самолета с водородным двигателем, который, по ее словам, будет коммерчески использоваться в 2035 году. Большая часть сегодняшнего водорода явно вредна для климата, поскольку он производится из ископаемого метана в процессе, который выделяет CO 2 .Но производство чистого водорода — горячая тема для исследований, и 200-летний метод электролиза воды, в котором H 2 O расщепляется на кислород и водород, приобретает новый вид. Если для электролиза используется электричество с низким содержанием углерода, полученный чистый водород можно использовать для производства химикатов, материалов и синтетического топлива.

    Политика, особенно в Европе, Япония и Австралия продвигают вперед исследования водорода. Например, Евросоюз опубликовал амбициозную стратегию в отношении 80 гигаватт мощностей в Европе и соседних странах к 2030 году.Инженеры могут помочь снизить цены; первая цель — достичь 2 долларов за килограмм (с примерно 3 долларов до 6,50 долларов за килограмм сейчас), и в этот момент чистый водород будет дешевле, чем сочетание природного газа с улавливанием и секвестрацией углерода.

    Безопасный для климата водород может также привести к еще одному великому достижению: обезуглероживанию производства металлов. Каменный век уступил место железному веку только тогда, когда люди выяснили, как использовать энергию для удаления кислорода из металлических руд, обнаруженных в природе.В Европе вырубили лес частично, чтобы получить древесный уголь для сжигания в тиглях, где мастера по металлу нагревали железную руду, поэтому это считалось экологической победой, когда они перешли с древесного угля на уголь в 18 веке. Сегодня, благодаря углеродному рынку Европейского Союза, инженеры пилотирование новых захватывающих методов удаления кислорода из металлической руды с использованием водородных и электродуговых печей.

    Предстоит еще проделать большую работу по обезуглероживанию производства электроэнергии и производству чистого топлива.Во всем мире люди используют примерно один зеттаджоуль в год — это 10 21 джоулей в год. Удовлетворение этого спроса без дальнейшего содействия изменению климата означает, что нам придется резко ускорить внедрение источников энергии с нулевым выбросом углерода. Для обеспечения 1 ZJ в год только солнечными батареями, например, потребуется покрыть панелями примерно 1,6% площади суши в мире. Выполнение этого с помощью одной только ядерной энергии потребовало бы строительства трех 1-гигаваттных станций каждый день в период с настоящего момента до 2050 года.Ясно, что нам нужен ряд экономичных и экологически безопасных вариантов, особенно в свете значительных региональных различий в ресурсах.

    Пока мы рассматриваем эти варианты, нам также необходимо убедиться, что эти источники энергии являются стабильными и надежными. Критически важные инфраструктуры, такие как больницы, центры обработки данных, аэропорты, поезда и очистные сооружения, нуждаются в круглосуточном электроснабжении. (Google, например, настойчиво стремится к безуглеродной энергии в режиме 24/7 для своих дата-центры к 2030 году.) Большинство крупных промышленных процессов, таких как производство стекла, удобрений, водорода, синтезированного топлива и цемента, в настоящее время рентабельны только тогда, когда заводы работают почти непрерывно и часто требуют высокотемпературного технологического тепла.

    Чтобы обеспечить стабильную безуглеродную электроэнергию и технологическое тепло, мы должны рассмотреть новые формы ядерной энергетики. в Новая политика Соединенных Штатов и Канады поддерживает передовые разработки и лицензирование ядерной энергетики. Десятки передовых компаний, занимающихся делением ядерных материалов, предлагают инженерам множество интересных задач, таких как создание отказоустойчивого топлива, которое становится менее реактивным при нагревании.Другие возможности можно найти в разработке реакторов, которые рециркулируют отработанное топливо для уменьшения количества отходов и потребностей в горнодобывающей промышленности или разрушают долгоживущие компоненты отходов с помощью новых технологий трансмутации.

    Инженерам, которых тянет к действительно сложным заданиям, стоит подумать о ядерный синтез, где проблемы включают контроль плазмы, в которой происходит термоядерный синтез, и достижение чистой выходной электрической мощности. Соревнование этого десятилетия в области передовых технологий ядерной энергетики может привести к появлению победителей, которые воодушевят инвесторов, а новый раунд политики может подтолкнуть эти технологии вниз по кривой затрат, избегая потерянного десятилетия для передовой ядерной энергетики.

    Водород может сыграть решающую роль в безуглеродной энергетической системе, поскольку возобновляемые источники энергии и атомная энергия обеспечивают большую долю электроэнергии. Водород можно использовать в качестве сырья для производства синтетического топлива, которое может заменить ископаемое топливо. Водород также можно использовать непосредственно в качестве топлива или сырья для декарбонизации промышленных процессов, что требует некоторой новой распределительной и промышленной инфраструктуры. Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США

    Глобальный климат сохранение — идея, которую инженеры должны любить, потому что она открывает новые области и возможности карьерного роста.Климат Земли имеет разомкнутый цикл более 4 миллиардов лет; нам повезло, что резко колеблющийся климат нашей планеты был необычайно стабильным на протяжении 10 000 лет, когда возникла и процветала современная цивилизация. Мы считаем, что человечество скоро начнет обматывать контур управления климатом Земли, проектируя и внедряя контролируемые изменения, которые сохранят климат.

    Основная причина сохранения климата — избежать необратимых изменений климата. Таяние ледникового покрова Гренландии могло поднимет уровень моря на 6 метров, иначе безудержное таяние вечной мерзлоты может привести к выбросу парниковых газов, которые увеличат глобальное потепление.Ученые согласны с тем, что продолжение неконтролируемых выбросов вызовет такие переломные моменты, хотя есть неуверенность в том, когда это произойдет. Экономист Нордхаус, применяя консервативный принцип предосторожности к изменению климата, утверждает, что эта неопределенность оправдывает более ранние и более масштабные климатические меры, чем если бы пороговые значения переломных моментов были точно известны.

    Мы верим в активное удаление углекислого газа, потому что альтернатива слишком мрачна и слишком дорога.Некоторые подходы к удалению и связыванию углекислого газа технически осуществимы и в настоящее время судят. Другие, такие как удобрение океана водорослями и планктоном, вызвали разногласия, когда их пытались предпринять в ранних экспериментах, но нам также нужно узнать больше об этом.

    В Рекомендация Межправительственной группы экспертов по изменению климата об ограничении потепления на уровне 1,5 ° C требует сокращения чистых глобальных выбросов почти вдвое к 2030 году и до нуля к 2050 году, но страны не делают необходимых сокращений выбросов.(Под чистыми выбросами мы подразумеваем фактические выбросы CO 2 за вычетом CO 2 , которые мы извлекаем из воздуха и улавливаем.) МГЭИК оценивает, что достижение целевой пиковой температуры 1,5 ° C и со временем извлечение CO 2 с концентрацией до 350 ppm на самом деле требует отрицательных выбросов более 10 Гт CO 2 в год в течение нескольких десятилетий — и это может потребоваться до тех пор, пока в атмосфере остаются клопы, которые продолжают выделять CO 2 .

    С помощью инструмента моделирования климата En-ROADS любой может разработать сценарии решения проблемы изменения климата. В частично показанный здесь сценарий достигает целей ограничения выбросов и потепления. Это достигается за счет максимальных возможных изменений в энергоснабжении, достижений в области энергоэффективности и электрификации, а также повсеместного удаления и связывания углерода. Источник: En-ROADS

    Инструмент En-ROADS, который можно использовать для моделирования воздействия стратегий смягчения последствий изменения климата, показывает, что ограничение потепления до 1.5 ° C требует максимального использования всех вариантов связывания углерода, включая биологические средства, такие как лесовосстановление, и новые технологические методы, которые еще не являются рентабельными.

    Нам нужно изолировать CO 2 , частично, чтобы компенсировать деятельность, которая не может быть обезуглерожена. Цемент, например, имеет самый большой углеродный след из всех искусственных материалов, создавая около 8 процентов глобальных выбросов. Цемент производится путем нагревания известняка (в основном кальцита или CaCO 3 ) для получения извести (CaO).При производстве 1 тонны цементной извести выделяется около 1 тонны CO 2 . Если бы все выбросы CO 2 от производства цемента улавливались и закачивались под землей по цене 80 долларов за тонну, по нашим оценкам, 50-фунтовый мешок (около 23 кг) бетонной смеси, одним из компонентов которой является цемент, будет стоить примерно на 42 цента больше. Такое изменение цен не остановит людей от использования бетона и не приведет к значительному увеличению затрат на строительство. Более того, газ, выходящий из дымовых труб на цементных заводах, богат CO 2 по сравнению с разбавленным количеством в атмосфере, что означает, что его легче улавливать и хранить.

    Улавливание выбросов цемента будет хорошей практикой, поскольку мы готовимся к большему увеличению удаления 2000 Гт CO. 2 прямо из атмосферы в течение следующих 100 лет. В этом заключается одна из самых больших проблем века для ученых и инженеров. В недавней статье Physics Today стоимость прямого улавливания атмосферного CO 2 оценивалась в диапазоне от 100 до 600 долларов за тонну. Этот процесс является дорогостоящим, поскольку требует большого количества энергии: прямой захват воздуха включает в себя нагнетание огромных объемов воздуха над сорбентами, которые затем нагреваются, чтобы высвободить концентрированный CO 2 для хранения или использования.

    Нам нужен ценовой прорыв в области улавливания и связывания углерода, который будет соперничать с тем, что мы видели в ветроэнергетике, солнечной энергии и батареях. Мы оцениваем это в 100 долларов за тонну, удалив эти 2000 Гт CO. 2 будет составлять примерно 2,8 процента мирового ВВП за 80 лет. Сравните эту стоимость с потерями, связанными с переломным моментом в изменении климата, который никакие расходы не могут отменить.

    В принципе, подземных скальных образований достаточно, чтобы хранить не только гигатонны, но и тератонны CO 2 .Но масштаб необходимого секвестрации и безотлагательная необходимость в нем требуют нестандартного мышления. Например, массовое и дешевое удаление углерода может быть возможным при помощи природы. Во время каменноугольного периода нашей планеты, 350 миллионов лет назад, природа улавливала столько углерода, что уменьшила содержание CO 2 в атмосфере с более чем 1000 частей на миллион до нашего доиндустриального уровня в 260 частей на миллион (и при этом образовала уголь). Механизм: растения развили волокнистый углеродсодержащий материал лигнин для своих стеблей и коры за миллионы лет до того, как другие существа разработали способы его переваривания.

    Теперь представьте, что океан поглощает и почти полностью перерабатывает около 200 Гт CO. 2 в год. Если бы мы могли предотвратить 10 процентов этого повторного выброса в течение 100 лет, мы бы достигли цели по секвестированию 2 000 Гт CO 2 . Возможно, какое-то существо в пищевой цепи океана могло бы быть изменено, чтобы выделять органический биополимер, такой как лигнин, который трудно метаболизировать, который оседает на морском дне и улавливает углерод. Фитопланктон быстро размножается, предлагая быстрый путь к огромным масштабам.Если наше наследие решения проблемы изменения климата — это несколько миллиметров неудобоваримых, богатых углеродом фекалий на дне океана, нас это устроит.

    Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над существующими технологиями, которые можно масштабировать. Но чтобы выиграть войну, нам потребуются и новые технологии.

    Изменение радиационного воздействия — то есть отражение большего количества солнечного света в космос — можно использовать как временную и временную меру для ограничения потепления, пока мы не добьемся снижения уровня CO в атмосфере. 2 .Такие усилия позволят избежать наихудших физических и экономических последствий повышения температуры и будут выведены из эксплуатации после того, как кризис пройдет. Например, мы могли бы уменьшить образование инверсионных следов от самолетов, которые задерживают тепло, и сделать крыши и другие поверхности белыми, чтобы отражать больше солнечного света. Эти две меры, которые могут снизить ожидаемое нами планетарное потепление примерно на 3 процента, помогут общественности лучше понять, что наши коллективные действия влияют на климат.

    Есть более амбициозные предложения, которые отражали бы больше солнечного света, но есть много споров о положительных и отрицательных последствиях таких действий.Мы считаем, что наиболее ответственный путь вперед для инженеров, химиков, биологов и экологов — это проверить все варианты, особенно те, которые могут иметь значение в планетарном масштабе.

    Мы не утверждаем, что знаем, какие технологии предотвратят мир-антиутопию, который теплее на 2 ° C. Но мы искренне верим, что мировые инженеры могут найти способы доставить десятки тераватт безуглеродной энергии, радикально обезуглерожить промышленные процессы, изолировать огромное количество CO. 2 , и временно отклонить необходимое количество солнечного излучения.Эффективное использование политики, поддерживающей достойные инновации, может помочь внедрить эти технологии в ближайшие три или четыре десятилетия, что позволит нам уверенно продвигаться по пути к стабильной и пригодной для жизни планете. Итак, инженеры, приступим к работе. Создаваете ли вы машины, разрабатываете алгоритмы или анализируете числа, занимаетесь ли вы биологией, химией, физикой, компьютерами или электротехникой, у вас есть своя роль.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *