Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Накъде върви електромобилът

12.03.2019 01:13

Или какви са перспективите пред технологиите за акумулаторни батерии

Принципът за химическо съхранение на енергия за първи път е открит преди повече от 200 години. Почти оттогава започва и процесът на търсене на перфектния електрически акумулатор. Какво следва оттук насетне и кога ще бъде осъществен големият скок в този вид технологии?

Човечеството невинаги се е отнасяло подобаващо с хората, които са създавала важните и стойностни неща за него. Като например към Йохан Вилхелм Ритер, роденият в Силезия аптекар, физик, химик и философ, който умира беден през 1810 година в Мюнхен, едва навършил 33 години.

Малко преди това той конструира устройство, което може да бъде зареждано с ток, като следствие от химическа реакция. След това, така наречената „Колона на Ритер“, представляваща подредени медни дискове, изолирани от напоени в разтвор на натриев хлорид картонени дискове може обратно да отдаде тока, ако бъде свързана с консуматор. В контекста, касаещ принципа на зареждане и разреждане модерните литиево-йонни или литиево-полимерни акумулатори не са различни – в резултат от химическа реакция те съхраняват електрическа енергия и след това я отдават през консуматор. Функцията им се базира на способността на металите да отдават електрони от атомите си.

Литият с главна роля

Идеята за създаването на литиево-йонните батерии датира още от 1912 година, а първите образци на тази основа (без възможност за зареждане) се появяват през 70-те години. Процесите в тях в известна степен се различават като характер от тези при класическите оловно-киселинни батерии, където протичането на електрически ток е резултат от обратими химически взаимодействия между веществата в електродите и електролита.

Възможността за осъществяване на електрохимически процеси в т-нар. Li-Ion елементи се дължи на отделянето на литиеви протони и електрони от литиевото съединение на катода при зареждане. Литиевият атом лесно отдава един от трите си електрона, но по същата причина е и силно реакционно способен и трябва да се държи изолиран от въздух и вода. При източник на напрежение започва движение на електрони през неговата верига, а йоните се насочват към въглеродния анод и, преминавайки през мембрана, се съединяват с него. При разреждане се получава обратното движение – йоните се връщат към катода, а електроните от своя страна преминават през външния електрически товар. Свръхзареждането и пълното разреждане обаче водят до образуване на нови трайни съединения, с което се намаляват и дори прекратяват функциите на батерията. Идеята за използване на лития като донор на елементарни частици е свързана с факта, че той е най-лекият метал и при него лесно могат да се отделят протони и електрони при подходящите условия. Учените обаче много бързо се отказват от възможността за използване на чист литий поради неговата висока летливост и от съображения за сигурност. Започват експерименти с различни литиеви съединения и през 1991 година усилията на учените се увенчават с успех – компанията Sony започва серийното производство на зареждащи се литиево-йонни батерии. В момента именно този тип батерии имат най-висока изходна мощност и енергийна плътност и най-важното – значителен потенциал за развитие. Компаниите се насочват към различни съединения на лития в зависимост от изискванията към батериите. Това са литиево-кобалтов окис (LCO), съединения с никел, кобалт и алуминий (NCA) или с никел, кобалт и манган ( NCM), литиево железен фосфат (LFP), литиево-манганов шпинел (LMS), литиево-титаниев окис (LTO) и прочие. Най-високоенергийните (от електрохимическа гледна точка) съединения осигуряват и най-високо клетъчно напрежение, тоест по правило имат най-висока енергийна плътност и мощност.

Практиката обаче показва, че невинаги те са най-подходящите за използване в автомобилостроенето. Особено интересен напоследък е литиево-железният фосфат, който, макар и да е с по-ниски енергийни нива, има по-приемлива цена и гарантира по-дълъг живот и сигурност на батериите.

Един от основните проблеми на литиево-йоните акумулатори въпреки предимствата в сравнение с останалите технологии си остава ниската енергийна плътност. Енергийната концентрация при батериите все още е много ниска в сравнение с тази на фосилните горива и водорода. С един килограм дизел (опростен модел включващ приблизително един литър дизелово гориво плюс теглото на резервоара и горивната уредба) автомобилът може да измине 20 км, докато един килограм литиево-полимерна батерия може да му осигури едва един километър пробег. Специалистите твърдят че това ще се промени, но едва ли скоро може да се очаква голям скок при енергийната плътност на акумулаторите. Освен това пробегът е силно зависим от температурата – колкото по-студено е навън, толкова по-малко енергия може да отдаде акумулаторът. В това отношение нещата са като при оловните акумулатори – зависимост която всеки шофьор в страните със студен зимен климат познава.

Литиево-полимерните акумулатори са на практика литиево-йонни, в които течният електролит е заменен с полимерен гел. Предимството на тази концепция е че така акумулаторните клетки могат да бъдат оформяни по всевъзможни начини и постигат по-висока енергийна плътност. Те обаче изискват сложна система за зареждане и температурен мениджмънт – проблем с който Tesla и Samsung вече се сблъскаха.

Все още няма перфектна клетка

Още един недостатък на акумулаторите е свързан с теглото – не само като абсолютно понятие. Става дума за факта когато се движи, автомобилът изразходва гориво и олеква. Това важи в още по-голяма степен за самолетите. Подобен ефект не съществува при акумулаторите, които не променят теглото си при разреждането. В момента развойната дейност включва и прилагането на нанотехнологии с цел постигане на свърхтънки електроди и електролитни слоеве с голяма контактна площ, но тези решения все още са много скъпи.

Електромобилите се нуждаят и от скъпи суровини като литиеви соли и кобалт, макар че в момента се правят изследвания и за възможни решения на базата на други метали. Учените се надяват на новите „твърдотелни“ литиево-йонни технологии, но кога те ще влязат в действие още не е ясно.

Тук е мястото да споменем и така наречените Redox-акумулатори. Като технологии за съхранение на енергия те и в момента се използват при големите вятърни централи в ролята на буферни системи. При тях помпи доставят електролитни течности до анода и катода. Електродите са разделени от пропусклива за йоните мембрана. Реализация в автомобилния свят на тази технология бе осъществена от фирмата NanoFlowcell – при химическата реакция се отделя електричество, течността се изпарява, а остатъчните соли се отделят с помощта на филтър. Когато течностите се „изконсумират“ се зареждат нови.

Въпреки че NanoFlowcell вече разполага с действащ прототип засега няма доказателства за надеждна работа на системата. Явно все още не е създадена перфектната клетка и работата по това ще продължава –   208 години след изобретението на Йохан Вилфхелм Ритер.

Текст: Хайнрих Линднер, Георги Колев

 

В търсене на клетъчната субстанция

Какво става със суровините, много от които се намират в размирни зони като Конго, например

Докато управителните тела на автомобилните компании взимат решения, с които все повече залагат на електрическата мобилност, хората ангажирани с доставките на суровини и компоненти са поставени пред все по-големи предизвикателства. Продажбите растат, а с тях и търсенето на редки материали. Затова е необходимо доставките да се подсигурят. Най-големият проблем в това отношение се явява кобалтът. През 2016 г. нестабилната държава Конго доби 84 000 тона кобалт, а това е 60 процента от световното производство. Там той се добива с лоши работни условия и се доставя по съмнителен начин. Фирмите, които се нуждаят от тази суровина търсят възможности за по-прозрачна мрежа за доставки и същевременно с това се стремят технологично да намалят до минимум нуждата от кобалт. Audi например, съвместно с белгийската компания Umicore търси начин за създаване на процеси за рециклиране на клетки. 

Кой какво прави и с кого?

Доминацията на азиатските играчи едва ли ще бъде променена скоро. Тук един кратък преглед на големите играчи, клиентите и нови алианси

BYD и CATL от Китай, Panasonic, LG Chem, Samsung – това са най-големите играчи в производството на акумулатори и в момента поръчките към тях растат с високи темпове. Наскоро Daimler си осигури договор  с азиатски производители на клетки на стойност 20 милиарда евро. Гарантирано е производството на CATL, който в момента строи мегазавод за 240 милиона евро в Тюрингия и сключи договор  за доставка с BMW на стойност четири милиарда евро. VW ще разчита също на CATL, но още и на LG Chem и Samsung, а отскоро стана партньор с корейската SK Innovation (чийто основен бизнес е свързан с нефта). Към 2025 г., концернът смята че ще се нуждае от капацитет за производство на акумулатори от 150 гигаватчаса. За сравнение – заводът на Tesla и Panasonic в Невада ще е с капацитет от 35 гигаватчаса. Също толкова интересни са алиансите които сключват фирмите. Renault, Nissan и Mitsubishi инвестират с интелигентни стартъпи, разработващи материали, а VW инвестира 100 милиона евро в американската компания Quantum Cape. Mazda, Toyota и Denso също се обединяват в изследванията си. Целта им е създаване на твърдотелна батерия.

 

 

Коментари
comments powered by Disqus