Акумулятори: нові технології
28 квітень 2023
Попит на сховища електроенергії постійно зростає, лише 2023 року експерти передбачають подвоєння потужностей накопичувачів енергії. Питання стає дедалі актуальнішим у міру переходу на альтернативні джерела енергії, головний недолік яких – нестабільність генерації. Сучасні стратегії зберігання енергії ґрунтуються на використанні літій-іонних накопичувачів, технологія виробництва акумуляторів цього типу відпрацьована та оптимізована. Але при цьому компанії постійно експериментують, намагаючись знайти все легші, потужніші та ємніші, але головне – дешевші варіанти виробництва акумуляторів.
Технологія виготовлення акумуляторів: нові підходи
За прогнозами аналітиків, вже в найближчі роки літій іонна технологія виробництва акумуляторів з використанням нинішніх матеріалів та конструкції досягне своєї межі енергоспоживання. Ще однією суттєвою проблемою стало різке зростання вартості самого літію та обмежений доступ до його видобутку. Виходом може стати використання нових сімейств активних матеріалів, які можуть стати проривом та значно удосконалити вже існуючі технології. Але поки вони знаходяться на стадії лабораторних досліджень, компанії-виробники активно впроваджують нові підходи до виробництва накопичувачів електроенергії.
Твердотільні акумулятори
Вони є практично повною відмовою від використовуваних зараз технологій. У сучасних літій-іонних накопичувачах переміщення іонів від одного електрода до іншого відбувається у рідкому електроліті. У твердотільних АКБ рідкий електроліт замінений на спеціальне тверде з'єднання, в якому відбувається вільне переміщення іонів. Ця особливість була відкрита досить давно, але можливість практичної реалізації з'явилася відносно недавно, коли відкрили тверді електроліти з дуже високою провідністю, які забезпечують стабільну провідність. Переваги цього акумулятора:
- високі експлуатаційні показники — більша кількість циклів заряду/розряду (порівняно з традиційними літій-іонними батареями, термін служби збільшений майже в 7 разів), мінімальний саморозряд, стійкість до глибокого розряду (майже до нульових показників);
- безпека – твердий електроліт, на відміну від рідкого, стабільний, не горючий і не спалахує при нагріванні. У разі пошкодження корпусу немає небезпеки витоку екологічно небезпечного електроліту;
- висока щільність заряду – це дозволяє отримати батареї компактнішого розміру і меншої ваги в порівнянні з аналогічними АКБ з рідким електролітом;
- при виробництві не використовуються такі дефіцитні та дорогі метали, як літій чи кобальт. Це дозволить додатково знизити вартість накопичувача;
- екологічна чистота – відмова від важких металів та токсичних матеріалів дозволяє організувати екологічно нейтральне виробництво. Крім того, утилізація таких акумуляторів буде значно простіше технологічно та суттєво дешевше.
Наразі поки що не вдалося масштабувати технологію для масового використання. Але вже цього року компанія BMW оголосила, що розпочинає тестування твердотільних акумуляторів на своїх електромобілях. Одночасно з'явилися повідомлення, що китайська CATL – безумовний лідер на ринку акумуляторів – розпочне масове виробництво твердотільних накопичувачів вже до кінця 2023 року, але їх характеристики поки що не відомі. Відомі на сьогодні зразки використовуються в кількох типах кардіостимуляторів та смарт-годинниках.
Натрій-іонні батареї
Технологія виготовлення акумуляторів цього типу дуже точно копіює процес виготовлення літій-іонних АКБ, тільки як електроліт використовується солона вода. Технології настільки близькі, що для переходу на виробництво натрій-іонних батарей не доведеться переналаштовувати виробничі лінії. Головна перевага цього типу накопичувачів — їхня дешевизна, натрій дешевший за літій майже в 40 разів. Крім того, можна відзначити й інші переваги:
- дуже висока швидкість заряду – у дослідних зразків відновлення заряду до рівня 80% відбувалося протягом 15 хвилин;
- стабільніша робота при низьких температурах, ніж у літій-іонних аналогів;
- екологічна чистота та низька вартість утилізації.
Проблемним питанням залишається недостатня щільність енергії, вона майже на 25% нижча, ніж у літій-іонних батарей. Тому при рівній ємності натрій-іонні АКБ будуть значно більшими і важчими, що особливо позначається на їх перспективах використання в електрокарах. На сьогодні вони вже досить активно встановлюються на електробайках. Крім того, вони розглядаються як оптимальний варіант як батареї для сонячних електростанцій, де габарити та вага не відіграють принципового значення. При цьому китайська CATL заявила, що їхня технологія виробництва акумуляторів на основі натрію дозволить налагодити масове виробництво батарей для електрокарів вже в середині 2023 року. Інший китайський виробник Hina Battery вже в середині березня випустила тестовий автомобіль (спільна розробка Volkswagen і JAC) з натрій-іонним акумулятором, заявлений запас ходу близько 250 км.
