Литионная батарея. Литий-ионные аккумуляторы: преимущества, особенности и правила эксплуатации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое литий-ионные аккумуляторы. Каковы их основные преимущества перед другими типами батарей. Как правильно эксплуатировать литий-ионные аккумуляторы, чтобы продлить срок их службы. Какие меры предосторожности нужно соблюдать при использовании Li-ion батарей.

Содержание

Что такое литий-ионные аккумуляторы и в чем их преимущества

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) — это тип перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития перемещаются между положительным и отрицательным электродами. Они получили широкое распространение в портативной электронике и электромобилях благодаря ряду преимуществ:

Высокая энергетическая плотность — Li-ion аккумуляторы могут хранить большой заряд при компактных размерах
Длительный срок службы — до 1000 циклов заряда-разряда
Низкий саморазряд — теряют всего 5% заряда за месяц хранения
Отсутствие эффекта памяти — не требуют полного разряда перед зарядкой
Быстрая зарядка — до 80% емкости за 1 час
Широкий температурный диапазон работы

Благодаря этим качествам литий-ионные батареи стали оптимальным выбором для смартфонов, ноутбуков, планшетов и другой портативной техники.

Сравнение литий-ионных и гелевых аккумуляторов

При выборе аккумулятора часто возникает вопрос — что лучше, литий-ионная или гелевая батарея? Давайте сравним их по основным параметрам:

Срок службы: Li-ion до 10 лет, гелевые — около 3 лет
Количество циклов заряда: Li-ion до 3000, гелевые — 800 циклов
Саморазряд: Li-ion теряют 5% за месяц, гелевые — до 30%
Вес: Li-ion в 3 раза легче при той же емкости
Стоимость: Li-ion значительно дороже
Обслуживание: Li-ion не требуют, гелевые нуждаются в регулярном уходе

Таким образом, литий-ионные аккумуляторы превосходят гелевые по большинству характеристик, кроме цены. Их выбирают для техники, где важны легкость и длительный срок службы.

Правила эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

Чтобы литий-ионная батарея прослужила максимально долго, необходимо соблюдать следующие правила:

Не допускать перегрева выше 30°C
Избегать полного разряда — заряжать при уровне 20-30%
Не оставлять надолго полностью заряженным
Хранить при 40-50% заряда в прохладном месте
Использовать оригинальное зарядное устройство
Не заряжать слишком быстро большим током

Правильная эксплуатация позволит сохранить емкость Li-ion аккумулятора на уровне 80% даже после 2-3 лет использования.

Меры безопасности при использовании литий-ионных батарей

Литий-ионные аккумуляторы при неправильном обращении могут представлять опасность. Необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

Не допускать механических повреждений корпуса

Не допускать короткого замыкания контактов
Не разбирать и не нарушать целостность батареи
Не подвергать воздействию высоких температур
Не заряжать при температуре ниже 0°C
Использовать только совместимые зарядные устройства

При появлении вздутия, нагрева или других признаков неисправности необходимо немедленно прекратить использование аккумулятора.

Перспективы развития литий-ионных аккумуляторов

Технология литий-ионных батарей продолжает совершенствоваться. Основные направления развития:

Повышение энергетической плотности
Увеличение количества циклов заряда-разряда
Снижение стоимости производства
Улучшение безопасности
Разработка новых материалов электродов и электролитов

Ожидается, что в ближайшие годы емкость литий-ионных аккумуляторов вырастет на 20-30%, а стоимость снизится на 30-40%. Это сделает их еще более привлекательными для применения в электротранспорте и системах накопления энергии.

Особенности литий-ионных аккумуляторов в электромобилях

В электромобилях используются специальные литий-ионные батареи большой емкости. Их особенности:

Емкость от 40 до 100 кВт*ч
Напряжение 400-800 В
Вес 300-700 кг
Система терморегуляции для охлаждения/подогрева
Система контроля и управления (BMS)
Усиленная защита от механических повреждений

Такие аккумуляторы обеспечивают запас хода электромобиля от 200 до 600 км на одном заряде. Их стоимость составляет 30-40% от цены электромобиля.

Утилизация литий-ионных аккумуляторов

Отработавшие литий-ионные батареи требуют правильной утилизации, так как содержат вредные вещества. Процесс утилизации включает:

Разрядку аккумулятора
Разборку на компоненты
Извлечение ценных металлов (литий, кобальт, никель)

Переработку пластиковых частей
Нейтрализацию электролита

Правильная утилизация позволяет вернуть в производство до 80% материалов литий-ионных батарей. Это снижает нагрузку на окружающую среду и уменьшает потребность в добыче новых ресурсов.

Литий-ионные аккумуляторные батареи – Особенности интерфейса и менеджмента ЛИАБ – ПАО Сатурн

Обеспечение надежности и безопасности ЛИАБ

Защита от перезаряда и переразряда внешне обеспечивается электронным устройством, абсолютно надежным в управлении.

Внутреннее КЗ предотвращается конструктивно: обертыванием (пакетированием) электродов сепараторами и тем, что при этом между электродами находится трехслойный сепаратор, который при достижении критической температуры теряет пористость (заплавляется) и останавливает электрохимический процесс.

Исключение из цепи отказавших или аномально деградировавших аккумуляторов выполняется применением байпасных переключателей.

Основные требования, которые предъявляются к байпасному переключателю для литий-ионной аккумуляторной батареи для космического аппарата, это надежность, минимальные энергетические потери, минимальная масса, сохранение неразрывности цепи ЛИАБ при переключении и механическая и радиационная стойкость.

Схема подключения байпасного переключателя и временная диаграмма работы переключателя обеспечивает сохранение неразрывности при переключении цепи соединения аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Таким образом, отказ любого элемента не приводит к отказу ЛИАБ. Надежность ЛИАБ обеспечивается также всеобъемлющей квалификацией (в том числе ресурсными испытаниями) и тщательным контролем при изготовлении.

Li-ion ИБП и АКБ | Каталог продукции компании БАСТИОН

Филиал №11 ДЕАН
(861) 372-88-46
www.dean.ru

Филиал ЭТМ
(86137) 6-36-20, 6-36-21
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8512) 48-14-00 (многоканальный)
www.etm.ru

Системы видеонаблюдения, филиал
(3854) 25-59-30
www.sv22.ru

Филиал ЭТМ
(8162) 67-35-10, 67-35-15
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4922) 54-04-99, 54-04-98
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8172) 28-51-08,
28-51-06, 27-09-39
www.etm.ru

Филиал ЭТМ

(3412) 90-88-93,
90-88-94,
90-88-95
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4842) 51-79-78,
51-79-72,
51-79-37,
52-81-39
www.etm.ru

Протэк
(996) 334-59-64
www.pro-tek.pro

Системы видеонаблюдения, филиал
(3842) 780-755
www.sv22.ru

Филиал ЭТМ
(3842) 31-58-78, 31-60-18, 31-66-06
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4942) 49-40-92, 49-40-93
www.etm.ru

Техника безопасности ОП на Стасова
(861) 235-45-30, 233-98-66, 8-918-322-17-14
www.t-save.ru

Техника безопасности ОП на Промышленной
(861) 254-72-00, 8-918-016-72-31, 8-989-270-02-12
www.t-save.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Достоевского
(861) 200-15-44, 200-15-48, 200-15-49
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Рашпилевской
(861) 201-52-52
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Леваневского
(861) 262-33-66, 262-28-00
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Мандариновой
(861) 201-52-53
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(861) 273-99-03
www.luis-don.ru

Филиал ЭТМ
(861) 274-28-88 (многоканальный),
200-11-55
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(3843) 993-600, 993-041, 993-042
www.etm.ru

Арсенал Безопасности ГК
(3812) 466-901 , 466-902, 466-903, 466-904, 466-905
www.arsec.ru

ДЕАН СИБИРЬ
(3812) 91-37-96, 91-37-97
www.dean.ru

СТБ
(3812) 51-40-04, 53-40-40
www.stb-omsk.ru

Филиал Ганимед СБ
(3812) 79-01-77
+7-913-673-99-01
www.ganimedsb.ru

Филиал ЭТМ
(3812) 60-30-81
www.etm.ru

КомплектСтройСервис
(4912) 24-92-14
(4912) 24-92-15
www.kssr.ru

Филиал ЭТМ
(4912) 30-78-53,
30-78-54,
30-78-55,
29-31-70
www.etm.ru

Филиал Бастион
(8692) 54-07-74
+7-978-749-02-41
www.bastion24.com

Филиал Грумант Корпорация
(8692) 540-060, МТС Россия: +7 978 744 3859
www.grumant.ru

Бастион
(365) 512-514
+7-978-755-44-25
www.bastion24.com

Охранные системы
(365) 251-04-78
(365) 251-14-78
+7 (978) 824-22-38

Филиал Защита СБ
(4725) 42-02-31
www.zassb.ru

Филиал ЭТМ
(4725) 42-25-13, 42-62-51
www.etm.ru

Филиал ЦСБ
(8452) 65-03-50, 8-800-100-81-98
www.centrsb.ru

Филиал ЭТМ
(4752) 53-70-07,
53-70-00
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4872) 22-24-25,
22-24-26,
22-26-71
www.etm.ru

Центр Систем Безопасности
(3452) 500-067, 48-46-46, 41-52-55
www.csb72.ru

Филиал ДЕАН
(3452) 63-83-98, 63-83-99
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(3452) 63-81-83
(3452) 48-95-35
www.luis.ru

Филиал РАДИАН
(3452) 63-31-85, 63-31-86
www.radiantd.ru

Филиал ЭТМ
(3452) 65-02-02
(3452) 79-66-60 (61/63)
(3452) 65-01-01
www.etm.ru

Востокспецсистема
(4212) 67-42-42
www.vssdv.ru

КОМЭН
(4212) 75-52-53, 75-52-54, 60-32-35
www.koman.ru

ТД «Планета Безопасности»
(4212) 74-62-12, 20-40-06, 74-85-11
www.planeta-b.ru

Филиал Хранитель
(4212) 21-70-82, 21-30-50, 24-96-56
www.hranitel-dv.ru

Филиал ЭТМ
(8202) 49-00-33, 49-00-39
www.etm.ru

АИСТ
+7 (4852) 45-10-78
+7 (4852) 45-10-73
www.aist76.ru

Филиал ЭТМ
(4852) 55-15-15,
55-57-94,
55-31-84,
55-33-84
www.etm.ru

Чем Li-ion аккумуляторы отличаются от гелевых?

Аккумулятор (химический источник тока) является настоящим прорывом не только для всех видов промышленности, но и для повседневной жизни. Поэтому с каждым годом выпускаются все новые и новые виды аккумуляторов из разных веществ.

Особенно вопрос выбора актуален, когда речь идет о тяговых аккумуляторах для погрузочной (электроштабелеры, электропогрузчики, ричтраки) и поломоечной техники. Так как в этом случае речь идет не только о непрекращающемся процессе работы, но и о безопасности сотрудников.

Какой же аккумулятор лучше – гелевый или литий-ионный? Давайте разбираться.

1. Срок службы

Некоторые литий-ионные аккумуляторы имеют срок службы до 10 лет, в то время как гелевые работают в среднем около 3 лет.

2. Стоимость

Литий-ионные аккумуляторы значительно дороже гелевых и любых других батарей, имеющихся на рынке. Однако, можно сказать, что это практически единственный существенный его недостаток.

3. Максимальное количество зарядов

В этом аспекте литий-ионные батареи заметно выигрывают, так как количество циклов заряда-разряда ровно 3000, к сожалению, гелевые аккумуляторы сработают всего на 800 циклов при глубине заряда равной 80%.

При этом у li-on аккумуляторов отсутствует «эффект памяти», то есть нет необходимости полностью разряжать, а потом заряжать аккумулятор перед работой.

После разряда гелевые аккумуляторы необходимо полностью зарядить, чтобы они прослужили весь заявленный срок гарантии.

4. Безопасность и экологичность

Литиевые аккумуляторы абсолютно безопасны, так как не выделяют никаких вредных веществ в окружающую среду. Более того, их легко утилизировать, благодаря встроенной электронной защите, которая блокируется в экстренных ситуациях.

Гелевые аккумуляторы, в свою очередь, содержат вещество «силикагель». Оно представляет собой твердое вещество с множеством микропор, где и находится электролит.. Он является неопасным, но токсичным веществом.

5. Температура

Li-on аккумуляторы способны работать при температуре от 0 до +40 градусов, при этом гелевые батареи могут выполнять свои функции даже при отрицательных значениях.

6. Вес и размер

Еще одно преимущество литий-ионных аккумуляторов в том, что их вес практически в 3 раза меньше, чем у гелевых батарей.

7. Стоимость обслуживания

Стоимость обслуживания гелевого аккумулятора достаточно высока, тогда как литий-ионного практически равна нулю.

По многим показателям литий-ионные аккумуляторы выглядят лучше: их срок службы больше, чем у гелевых батарей, а количество циклов заряда-разряда намного превышает всех конкурентов-аналогов. Единственный аспект, который может заставить обратить внимание на гелевые аккумуляторы – это их стоимость. Они намного дешевле, чем литий-ионные представители.

Как правильно эксплуатировать литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах.

В этой статье под правильной эксплуатацией литий-ионных аккумуляторов мы будем понимать соблюдение таких условий, в которых литий-ионный аккумулятор портативного устройства сможет работать безопасно, прослужит долго, причем функционирование устройства останется полноценным.

Речь пойдет именно о литий-ионных аккумуляторах, поскольку в большинстве современных мобильных гаджетов: в планшетах, в ноутбуках, в смартфонах и т. д. — установлены именно литиевые аккумуляторы. И если раньше можно было часто встретить никель-металл-гидридные, никель-кадмиевые, то сегодня массово применяются литиевые.

При правильной эксплуатации литий-ионный аккумулятор прослужит в 10-15 раз дольше, нежели при использовании как попало, что и будет раскрыто далее по тексту. Здесь будут приведены рекомендации для пользователей, соблюдение которых поможет сохранить литиевый аккумулятор эффективным и емким на протяжении всего периода пользования портативным устройством, пока не придет время и решение приобрести новое на замену старому.

Часто аккумулятор смартфона вздувается, нередко деформируя и корпус. Вздутие — симптом накопления газов, продуктов реакций протекающих внутри аккумулятора при неправильной его эксплуатации, приводящего к повышению давления на корпус изнутри.

Если вовремя не заменить вздувшийся аккумулятор, он в какой-то момент полностью разрушится или в худшем случае взорвется. Но самое интересное в этой истории со смартфоном то, что описанную проблему легко можно предупредить и предотвратить, соблюдая простые правила эксплуатации устройства с литий-ионным аккумулятором, и тогда ресурс аккумулятора сохранится максимально долго.

Не допускайте перегрева

Лишнее тепло, по какой бы причине оно не появилось, вредит литий-ионной батарее сильнее всего. Причинами могут стать как внешний источник тепла, так и стрессовые режимы заряда и разряда. Так, если вы оставили смартфон на солнце, например на пляже или в держателе внутри автомобиля, это снизит как способность аккумулятора принимать заряд в процессе зарядки, так и способность удерживать его после.

Лучше всего для сохранения емкости литиевой батареи, если температура ее корпуса не поднимается выше 20°C. Ежели температура поднимется выше 30°C, то способность удержания заряда уже понизится с исходных 100% до 80%.

При нагреве до 45°C способность аккумулятора удерживать заряд ослабнет уже вдвое. Температура в 45°C, кстати, легко достигается, если оставить устройство на солнце или интенсивно использовать энергетически мощные приложения.

То есть, если вы заметили, что устройство или аккумулятор ощутимо разогрелись, перейдите в прохладное место (если причина в температуре окружающей среды) или отключите ненужные приложения и службы, снизьте яркость дисплея, включите энергосберегающий режим — так вам удастся снизить потребляемую устройством мощность, и снизить ток, который течет через аккумулятор — аккумулятор начнет остывать.

Если это не поможет, выключите устройство, выньте батарею (если возможно) и подождите, пока она не охладится или пока не остынет устройство, если конструкция не позволяет извлечь аккумулятор.

Напротив, чрезвычайно холодная батарея, при температуре ниже -4°C, просто не сможет отдавать полную мощность пока не прогреется, лучше если до комнатной температуры.

Но вообще низкие температуры не способны причинить литиевой батарее такой необратимый ущерб, какой причиняют повышенные, поэтому после прогрева до комнатной температуры чрезвычайно холодного аккумулятора, свойства его электролита восстановятся. Выньте холодную батарею из устройства в помещении, или немного согрейте ее в руках, затем вставьте обратно.

Вовремя отключайте зарядное устройство

Если аккумулятор заряжается дольше чем положено, то есть если он остается подключен к источнику зарядного тока даже после того как полностью зарядился, это может убить аккумулятор, сильно понизив его емкость.

Суть в том, что рабочий уровень обычного литиевого аккумулятора не должен для безопасной работы превышать 3,6 вольта, однако зарядные устройства в процессе зарядки подают на клеммы 4,2 вольта. И если зарядное устройство вовремя не отключить (благо, некоторые отключаются автоматически сами), то внутри аккумулятора начнутся вредные реакции. В худшем случае пойдет чрезмерный перегрев, и цепная реакция в электролите не заставит себя долго ждать.

Фирменные оригинальные зарядные устройства (которые идут в комплекте с самим гаджетом от производителя) отличаются высоким качеством, они сами способны снижать зарядный ток, взаимодействуя по правильному алгоритму с аккумулятором и со встроенным в гаджет контроллером.

С оригинальными зарядными устройствами опасность наступления перезаряда минимальна. Но лучше всего для верности сразу отключать заряжаемое устройство от зарядника, как только поступил сигнал (звук, световая индикация или пиктограмма на экране), что аккумулятор полностью заряжен. Не оставляйте очень надолго полностью заряженный смартфон подключенным к зарядному устройству.

Не беспокойтесь, что когда вы отключите смартфон от зарядника, он начнет разряжаться, ведь литиевые аккумуляторы отличаются от других типов аккумуляторов низким уровнем саморазряда. Если даже аккумулятором вообще не пользоваться после зарядки, то спустя сутки после отключения зарядки лишь 5% энергии, но все ровно убудет, а за следующий месяц — еще 2%.

В любом случае нет необходимости оставлять устройство на подзарядке (даже от фирменного зарядного устройства) до последнего момента, лучше отключить сразу, как только на дисплее (или индикатором) показан полный заряд.

Все современные мобильные устройства на литий-ионных аккумуляторах показывают 100% заряда, когда аккумулятор действительно полностью заряжен, нет никакой необходимости держать дольше.

Не допускайте глубокий разряд

Есть разные варианты использования ресурса аккумулятора. Если каждый раз разряжать батарею быстро и полностью, это будет регулярно сопровождаться выделением большого количества тепла, ведь разрядные токи через батарею будут течь немалые, а это разрушительная нагрузка на аккумулятор.

Если же небольшие разрядные циклы будут короткими, пусть даже потом аккумулятор будет дозаряжен, а затем снова разряжен несколькими порциями, ресурс аккумулятора сохранится дольше.

Современные литиевые аккумуляторы нормально выдерживают неполный разряд и дозаряд, не то что самые первые литиевые экземпляры!

И если рассмотреть влияние циклов разряда-заряда на общий жизненный ресурс аккумулятора, то на самом деле три цикла разряда до 66% и дозаряда до 100% принципиально эквивалентны по изнашивающему действию паре циклов разряда до 50% и затем дозаряда до 100%.

Много коротких циклов разряда-заряда не вреднее нескольких более длительных циклов. Вреден интенсивный разряд — он вызывает нагрев и ведет к необратимым процессам, если является глубоким (до 20% и ниже).

Нагрев и высокая токовая нагрузка однозначно снижают общий жизненный ресурс аккумулятора. Каждый глубокий разряд медленно но верно ведет к необратимым разрушениям, поэтому старайтесь вообще избегать глубокого разряда. Если смартфон сам выключился — это признак глубокого разряда — не следует до этого доводить. 20% достаточно для того, чтобы поставить устройство на подзарядку или вставить резервную батарею.

Разряжайте и заряжайте литиевый аккумулятор медленно

Как было сказано выше, интенсивная разрядка и зарядка сопровождаются большими токами через электролит аккумулятора, что и ведет к его перегреву, и следовательно — к разрушительным процессам.

Но даже если стрессовый режим был допущен, и аккумулятор сильно нагрелся, не спешите ставить его на зарядку. Подождите пока он остынет, и только после этого подключайте к зарядному устройству, тогда он сможет нормально и безопасно принимать заряд.

В процессе зарядки аккумулятор тоже не должен перегреваться, если такое происходит, значит через электролит текут слишком большие токи, а это вредно.

Некачественные зарядные устройства грешат так называемой «быстрой зарядкой», как и некоторые индукционные беспроводные зарядники. Такими «быстрыми» зарядными устройствами лучше не пользоваться. Дело в том, что безопасное зарядное устройство обязано реагировать на ток, потребляемый аккумулятором в процессе зарядки, и оперативно менять подаваемое напряжение, если нужно — снижать, когда нужно — повышать.

Если зарядное устройство — это просто трансформатор с выпрямителем, то ваш аккумулятор скорее всего перегреется из-за перенапряжения и постепенно разрушится. Не все «быстрые» зарядники совместимы с литиевыми аккумуляторами.

Самый лучший вариант — оригинальное зарядное устройство от того же производителя, что и у заряжаемого устройства, идеально — зарядник из комплекта. Но если возможности применить оригинальный зарядник нет, то пользуйтесь тем, который дает меньший ток — это спасет аккумулятор от перегрева из-за подачи чрезмерной мощности.

Хорошая альтернатива оригинальному зарядному устройству — USB-порт компьютера. USB 2.0 даст 500mА, USB 3.0 — максимум 900mА. Этого достаточно для безопасной зарядки.

Некоторые из «быстрых» устройств способны вкачивать в батарею по 3-4 ампера, но это разрушительно для батарей небольшой емкости, коими являются аккумуляторы карманных мобильных гаджетов (см. документацию). Небольшой ток от USB – гарантия сохранности литий-ионного аккумулятора.

Имейте при себе резервный аккумулятор

Многие устройства допускают извлечение батареи, поэтому иметь запасной аккумулятор — совсем не проблема. Время работы устройства возрастет вдвое, исключается глубокий разряд (заранее установить резервный аккумулятор, не дожидаясь полного разряда основного), отпадает соблазн использовать вредный «быстрый» зарядник. 20% разряда основного аккумулятора — сигнал к тому чтобы установить резервный.

Если первая батарея сильно нагрелась от интенсивной нагрузки или по причине внешнего нагрева (случайно оставили на солнце) — вставьте запасную, и пока первая будет остывать, вы продолжите пользоваться вашим устройством, сохранив оба аккумулятора невредимыми. Когда тот что нагрелся остынет, его можно будет поставить на дозарядку в оригинальное зарядное устройство (сетевое или автомобильное).

Итак, чтобы литиевый аккумулятор прослужил долго и верно, необходимо:

1. Не допускать разогрева аккумулятора выше 30°C, лучшая температура 20°C.

2. Исключить чрезмерный заряд аккумулятора и перенапряжение на клеммах, оптимально 3,6 В.

3. Избегать глубокого разряда аккумулятора — пусть 20% будет пределом.

4. Не допускать высокие токовые нагрузки во время заряда и разряда (см. документацию), использовать USB.

5. Иметь резервный аккумулятор.

Ранее ЭлектроВести писали, что ученые представили новый катодный материал для металл-ионных батарей. Об этом говорится в работе исследователей из Центра энергетических наук и технологий Сколтеха.

По материалам: electrik.info.

Уоррен Баффет поставил на литий-ионные батареи. Как можно заработать вам? :: Новости :: РБК Инвестиции

Цены на литий-ионные аккумуляторы снижаются, а привлекательность производителей электромобилей для инвесторов растет. У автопроизводителей большие планы на будущее, а среди инвесторов в сектор — оракул из Омахи

Фото: Tesla

Рынок электромобилей заметно оживился за последние десять лет. На конец 2018 года в мире было уже 5,1 млн электромобилей. А это на 60% больше, чем в конце 2017 года.

Многие автомобилисты перешли на машины с электрической тягой после ужесточения регулирующими органами требований к количеству вредных выхлопов в атмосферу. Это связано с тем, что электромобили считаются более экологичным видом транспорта.

За десятилетие сильно упали и цены на электрокары. Дело в том, что одновременно с ростом продаж электромашин выросло производство аккумуляторных (литий-ионных) батарей, стоимость которых к тому же снизилась на 85%. Аккумуляторы — одна из самых важных, но до недавнего времени чрезвычайно дорогих частей электромобиля. Еще несколько лет назад их стоимость доходила до половины стоимости машины.

Помимо автомобилей, литий-ионные аккумуляторы как накопители энергии используются во многих областях экономики. Так что есть много способов, чтобы заработать на аккумуляторах, считают в CNBC. Наиболее очевидным вложением могут быть бумаги автомобильных компаний — таких как Tesla или Ford.

Когда появились литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы были разработаны еще в 1970-х годах. Но только в 1991 году компания Sony нашла им первое коммерческое применение. Она встроила их в портативный видеорегистратор.

Сейчас такие батареи можно найти почти везде — от айфонов до медицинских приборов, самолетов и международной космической станции. В прошлом году трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею, была присуждена Нобелевская премия по химии.

Литий-ионные батареи — это ключ к снижению зависимости от ископаемого топлива, пишет CNBC. По оценкам швейцарского банка UBS, за ближайшее десятилетие рынок накопителей энергии может вырасти до $426 млрд.

Tesla — первопроходец на рынке электромобилей

Первой автомобильной компанией, которая выпустила на рынок электромобиль с питанием от литий-ионной батареи, стала Tesla: в 2008 году был представлен полностью электрический спортивный автомобиль Tesla Roadster.

В то время автопроизводители разрабатывали гибридные модели, сочетающие бензиновый и электрический двигатели. О полностью электрической тяге речь не шла, поскольку такие автомобили стоили недешево. К примеру, Tesla продавала Roadster за $110 тыс.

Сейчас производство электромобилей — уже более выгодный и менее трудозатратный бизнес, чем выпуск машин с бензиновым мотором. Практически все автопроизводители либо уже продают, либо планируют выпускать полностью электрические или по крайней мере гибридные автомобили.

Большие планы

В ноябре Ford сообщил, что начинает прием заказов на Mustang Mach-E. Это полностью электрический автомобиль легендарной модели. Ford разработал Mustang Mach-E одним из первых в линейке 40 электромобилей, которые Ford планирует изготовить к 2022 году.

Volkswagen в марте пересмотрел свои планы по производству электромобилей. К 2028 году компания намеревается выпустить 70 новых моделей электромобилей. Предыдущий ориентир составлял 50 машин.

В прошлом году глава концерна GM Мэри Барра сообщила инвесторам, что в 2021 году компания планирует выйти на безубыточное производство электромобилей. А британский Jaguar Land Rover, принадлежащий индийской Tata Motors, намерен в ближайшее десятилетие превратить компанию в чистого производителя электромобилей.

По данным Международного энергетического агентства, в мире только за 2018 год было продано 1,98 млн электромобилей, заряжаемых от внешнего источника питания. Как мы писали выше, общее количество машин на электрической тяге составило 5,1 млн. Пока это относительно немного, поскольку сейчас на дорогах в совокупности более 1 млрд автомобилей. Однако эксперты ожидают, что доля электромобилей будет расти.

Bloomberg NEF прогнозирует, что к 2040 году из общего объема продаж 57% придется на электромобили.

Кто производит батареи

Как и многие автопроизводители, Tesla отдает производство батарей на аутсорсинг. Специально для Tesla их делает японская Panasonic. Впрочем, самой разработкой батарей производитель занимается сам.

Не так давно аналитики Credit Suisse написали, что отдают должное компании Tesla за разработку батарей. Акции компании демонстрируют наихудшую динамику в секторе, однако у Tesla есть преимущество перед другими производителями электромобилей, считают в банке. И это сфокусированность Tesla на аккумуляторах для электромобилей.

«Мы считаем, что Tesla является лидером в областях, которые могут определить будущее автомобилестроения. Это программное обеспечение и электрификация», — заявил аналитик Credit Suisse Дэн Леви.

Недавно издание Reuters провело исследование, назвав имена крупнейших в мире производителей аккумуляторных батарей для электромобилей. Лидер этого рынка — китайская Contemporary Amperex Technology. Она сотрудничает с такими автопроизводителями, как BMW, Volkswagen, Daimler, Volvo, Toyota и Honda.

Уже упомянутая Panasonic — на втором месте. Компания производит аккумуляторы для электромобилей в Японии и Китае. Однако главная фабрика у Panasonic расположена в Неваде (США). Там производятся батареи для машин Tesla.

В тройку крупнейших в мире производителей батарей для электромобилей вошла и китайская BYD. Она использует батареи в основном для собственных автомобилей и автобусов, но планирует запустить производство в Европе. Примечательно, что в BYD инвестировал деньги знаменитый инвестор Уоррен Баффет . Ему принадлежит 25% компании.

А что с акциями

На данный момент аналитики не верят в рост Tesla. Консенсус, собранный сервисом Refinitiv, ожидает, что в ближайший год акции производителя подешевеют на 33%, до $315 за штуку. Тем не менее эксперты, вошедшие в консенсус, рекомендуют держать бумаги Tesla.

По акциям Ford рекомендация также держать. Но эксперты в среднем полагают, что на горизонте года они вырастут на 11%, до $10,23 за бумагу.

Начать инвестировать можно прямо сейчас на РБК Quote. Проект реализован совместно с банком ВТБ.

Американский бизнесмен и один из известнейших инвесторов в мире. Основной владелец и CEO инвестхолдинга Berkshire Hathaway.

Производство литий-ионных аккумуляторов – Портфельная компания РОСНАНО

Литий-ионные аккумуляторы

Создание первого в России масштабного производства литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов нового поколения для энергетики и электротранспорта

В декабре 2011 года в рамках проекта запущен крупнейший в мире завод по производству литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) высокой емкости компании «Лиотех».

В технологии производства используется наноструктурированный катодный материал литий-железо-фосфат (LiFePO₄). Этот материал позволяет достигать наилучших характеристик аккумуляторов при их промышленном производстве.

Важнейшие характеристики литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) — высокая плотность энергии, широкий температурный диапазон и длительный срок эксплуатации, экологичность и безопасность.

«Лиотех» осуществляет поставки аккумуляторов для городского электротранспорта, в частности, для троллейбусного завода «Тролза», где продукция «Лиотеха» используется для троллейбусов с запасом автономного хода. Кроме того, «Лиотех» осуществляет поставки для энергетического рынка. Компания «Хевел» запустила гибридную энергоустановку (АГЭУ) в селе Менза Забайкальского края. В составе установки были использованы аккумуляторные ячейки для накопителя энергии емкостью 300 кВт•ч производства «Лиотех». Планируется, что в 2017 году «Хевел» построит в Забайкалье еще две гибридные электростанции, на которых также могут быть использованы накопители энергии «Лиотех».

Сферы применения

Энергетика (стационарные применения)
Электротранспорт

Основные потребители

Системы энергоснабжения и энергосбережения
Производители электротранспорта

Конкурентные преимущества

Высокая емкость аккумулятора
Отсутствие эффекта памяти
Надежность и безопасность
Широкий температурный диапазон эксплуатации
Длительный срок эксплуатации: в энергетике — до 25 лет, на электротранспорте — до 8 лет
Ресурс, заряд/разряд при глубине разрядки до 80% — более 3000 циклов
Ресурс батареи при использовании на электротранспорте — более 600 тыс. км пробега

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.

Новая бытовая литий-ионная батарея из Германии — pv magazine International

Аккумуляторная система, нацеленная на повышенное энергопотребление, может выдерживать максимальную входную мощность постоянного тока 18 кВт и 1000 В.

16 июля 2021 г. Marian Willuhn

Электромобили и тепловые насосы могут быть интегрированы в систему благодаря системе управления энергопотреблением.

Изображение: Hager

Из журнала pv Germany

Немецкий производитель систем хранения Hager представил две литий-ионные батареи емкостью 5.8 и 11,6 кВтч соответственно.

Хотя компания называет устройства «системами хранения энергии потока», две батареи не имеют ничего общего с технологией проточных батарей. По его мнению, «поток» относится, скорее, к способности записывать потоки энергии в собственном доме и оптимально управлять ими в контроллере управления энергией.

Кроме того, хранилище не поставляется отдельно, оно уже оборудовано соответствующими инверторами для фотоэлектрической системы. Система также включает в себя станцию зарядки электромобилей, которая не является обязательной.Также имеется интерфейс Smart Grid-Ready, который также можно использовать для интеграции интеллектуально управляемого теплового насоса. Хагер заявляет, что систему можно заряжать и разряжать заранее, поскольку у нее есть доступ к различным интернет-сервисам, таким как прогноз погоды. Производитель описывает это как интеллектуальное планирование зарядки.

Основная цель системы — увеличить собственное потребление. Для этого контролер регистрирует привычки жителей в потреблении энергии и признает тарифы на электроэнергию поставщиков энергии.Эти данные поступают в планирование потребления вместе с информацией о погоде. Установка и работа регулируются приложением, принадлежащим компании.

С технической стороны аккумулятор может выдерживать максимальную входную мощность постоянного тока 18 кВт и 1000 В. Трекеры MPP ищут лучшую рабочую точку при напряжении от 250 до 850 В. Струны попадают в инвертор. через разъемы MC4. Система имеет выходную мощность 20 А на фазу с тремя фазами.

КПД инвертора и аккумулятора указан на уровне 95%.КПД всей системы составляет 88%. Глубина разряда оценивается в 100% для обеих моделей. Вес агрегата составляет 196 кг для продукта на 5,8 кВтч и 240 кг для версии на 11,6 кВтч.

Компания заявляет, что система продается только через специализированные компании, сертифицированные Hager.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors @ pv-magazine.com.

5 наиболее перспективных альтернатив литий-ионным батареям

Батарейки — отличные мелочи, не так ли? Маленькие цилиндрические кусочки металла, которые просто нагнетают энергию в ваши устройства. Они кажутся таким удобным, таким простым способом улучшить ваши технологии. Но батареи не так хороши, как многие думают.

Типичные батареи, которые вы найдете в магазине — Energizer, Duracell, Kodak, Panasonic — все содержат что-то, называемое литием.Литий — это щелочной элемент, который при вставке в батарею является отличным переносчиком энергии.

Однако литий не всегда хорошо. Вот почему и пять наиболее многообещающих альтернатив этим типам батарей.

Почему литиевые батареи являются проблемой?

Идея литий-ионных батарей заключается в том, что энергия накапливается в батареях, а затем выделяется в виде ионов лития.Они перемещаются между двумя электродами (от катода к аноду), производя энергию для наших устройств.

Но литий не совсем дружелюбное вещество.

После утилизации аккумуляторов они начинают разъедать. И здесь начинается проблема. Эта коррозия высвобождает литий и другие вещества внутри батареи, которые затем просачиваются в почву, загрязняя как грунтовые, так и поверхностные воды. Это может быть очень проблематично и наносить большой вред окружающей среде.

По теме: Не выбрасывайте, не используйте повторно: проекты «сделай сам» с использованием старых или разряженных батарей

Итак, теперь вы знаете, почему литиевые батареи — не лучший вариант, когда вы думаете о спасении планеты. Давайте теперь рассмотрим пять альтернатив.

1. водородные топливные элементы

Водородные топливные элементы не являются чем-то новым в сфере производства энергии. Это электрохимические элементы, которые объединяют в себе топливо и что-то, называемое окислителем, для производства химической энергии.

Этот процесс требует цепочки реакций, в которых атом водорода разделяется на протоны и электроны двумя электродами, называемыми анодом и катодом. Затем электроны проходят по цепи, производя электричество.

Изображение предоставлено: Эмма Амброги / Wikimedia Commons

Самое замечательное в водородных топливных элементах то, что у них отношение энергии к весу в 10 раз больше, чем у литий-ионных батарей.Водород также чрезвычайно распространен, и его можно производить из возобновляемых источников энергии. Это делает общий углеродный след водородных топливных элементов намного ниже, чем у литий-ионных батарей.

По теме: Facebook теперь полностью работает на возобновляемых источниках энергии

Один топливный элемент также имеет гораздо более длительный срок службы, чем литий-ионные батареи, которые иногда работают не дольше недели.

Однако производство водородных топливных элементов стоит недешево, учитывая, что обработка сырья для элементов является дорогостоящим процессом.Водород также чрезвычайно огнеопасен, что делает его довольно опасным веществом.

2.Батареи Redox Flow

Проточные окислительно-восстановительные батареи, как и водородные топливные элементы, также связаны с выработкой электрохимической энергии. Однако проточные окислительно-восстановительные батареи устроены иначе.

Эти батареи состоят из двух разных веществ, растворенных в жидкостях, которые разделяются и прокачиваются через мембрану.Эта химическая энергия преобразуется в электрическую через серию реакций восстановления и окисления (отсюда и название «красный бык»).

Изображение предоставлено: Colintheone / WIkimedia Commons

Как и водородные топливные элементы, проточные окислительно-восстановительные батареи имеют очень длительный срок службы и требуют очень небольшого обслуживания. Однако эти батареи довольно сложны, и их нелегко изготовить.

Для функционирования этих батарей требуется ряд различных элементов, включая датчики, насосы, вторичные емкости и управление питанием.Однако они намного менее затратны для окружающей среды, чем литий-ионные батареи, и поэтому определенно являются сильным кандидатом на их замену.

3. солнечные панели

Большинство из нас слышали об этих производителях возобновляемой энергии. Солнечные панели хороши тем, что для их работы требуется только один источник энергии: солнце! И, конечно же, количество света, которое солнце светит на нашу планету каждый день, отнюдь не ограничено, то есть вы не можете его исчерпать.

Эти панели создают электричество, поглощая солнечный свет с помощью фотоэлектрических (PV) элементов, которые вырабатывают электричество постоянного (постоянного тока), которое затем преобразуется в электричество переменного (переменного тока) с помощью инверторной технологии.

Солнечные панели уже пользуются огромной популярностью во всем мире: акры земли отведены под размещение тысяч солнечных панелей для производства электроэнергии. И теперь их рассматривают при замене батарей.

Связанный: Портативная, мощная солнечная панель: Обзор Maxoak SP120

Возьмем, к примеру, калькуляторы. Они часто полагаются на солнечную энергию для работы.Однако для питания калькулятора требуется небольшое количество электроэнергии, поэтому необходимо принять дополнительные меры, если солнечные панели собираются заменить литий-ионные батареи более энергоемкими устройствами. Но они все еще очень жизнеспособный вариант!

4. литий-серные батареи

Они могут показаться немного похожими на литий-ионные батареи, от которых мы пытаемся избавиться, но не волнуйтесь: между ними есть некоторые существенные различия.Возможно, вы встречали эти батареи под другим названием: аккумуляторные батареи.

Это, конечно же, батареи, которые вы можете заряжать с помощью электрического выхода, чтобы использовать их снова и снова.

Хотя это означает, что вы должны использовать электричество для питания батарей, это значительно менее вредно, чем использование традиционных литий-ионных батарей, учитывая их токсичность.

Разумеется, использование аккумуляторных батарей намного менее расточительно, чем использование литий-ионных. Вдобавок ко всему, эти батареи могут быть намного более энергоемкими, чем традиционные версии. Однако производство этих литий-серных батарей может стоить примерно в три раза дороже, и их переработка гораздо реже. Но они все еще намного превосходят своих предшественников.

5.Биоэлектрохимические батареи

Этот тип производства энергии отличается от всех других, перечисленных здесь, тем, что он полагается на работу биологических организмов.Анэробные бактерии, тип бактерий, которым не нужен кислород для выживания, используются для обработки ацетата методом восстановления / окисления, при котором высвобождаются электроны.

Эти электроны могут затем пройти через цепь, чтобы создать электричество, и вот у вас есть батарея.

Однако этот тип производства энергии все еще находится на стадии тестирования, и ученые, работающие над этим методом, еще не смогли добиться его полноценного функционирования в течение длительного периода времени.Но если этот метод окажется успешным, он может изменить правила игры в мире производства энергии.

Устойчивые альтернативы литий-ионным батареям становятся все более распространенными

Хотя некоторые из этих замен литий-ионных аккумуляторов все еще находятся на предварительной стадии, они действительно представляют собой невероятно многообещающие замены в ближайшем будущем.

Чтобы защитить планету для будущих поколений, решающее значение имеет переход на более устойчивые альтернативы энергии.Кто знает? Возможно, скоро литий-ионные батареи уйдут в прошлое.

Эти 8 сайтов помогают визуализировать ужасы изменения климата

Эти сайты помогут вам визуализировать разрушительные последствия глобального потепления и изменения климата.

Об авторе Кэти Риз (Опубликовано 31 статья)

Кэти — штатный писатель в MUO с опытом написания контента о путешествиях и психическом здоровье.Она проявляет особый интерес к Samsung и поэтому решила сосредоточиться на Android в своей должности в MUO. В прошлом она писала пьесы для IMNOTABARISTA, Tourmeric и Vocal, в том числе одну из своих любимых пьес о том, как оставаться позитивным и сильным в трудные времена, которую можно найти по ссылке выше. Помимо работы, Кэти любит выращивать растения, готовить и заниматься йогой.

Более От Кэти Рис

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

Разверните, чтобы прочитать всю историю

Предотвращение выброса кислорода ведет к созданию более безопасных литий-ионных батарей с высокой плотностью энергии

Выделение кислорода из материалов аккумуляторной батареи может привести к тепловому разгоне. Предоставлено: Такаши Накамура

Исследовательская группа представила свежие идеи о выделении кислорода в литий-ионных батареях, проложив путь к более прочным и безопасным батареям с высокой плотностью энергии.

Батареи нового поколения, позволяющие накапливать больше энергии, имеют решающее значение, если общество хочет достичь Целей устойчивого развития ООН и добиться углеродной нейтральности. Однако чем выше плотность энергии, тем выше вероятность теплового разгона — перегрева батарей, который иногда может привести к взрыву батареи.

Кислород, выделяющийся из активного материала катода, является триггером теплового разгона, но наших знаний об этом процессе недостаточно.

Исследователи из Университета Тохоку и Японского научно-исследовательского института синхротронного излучения (JASRI) исследовали поведение выделения кислорода и соответствующие структурные изменения катодного материала литий-ионных батарей LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 О ₂ (NCM111).NCM111 выступал в качестве модельного материала батареи на основе оксида посредством кулонометрического титрования и дифракции рентгеновских лучей.

Исследователи обнаружили, что NCM111 допускает выделение 5 мол.% Кислорода без разложения, и что высвобождение кислорода вызывает структурное разупорядочение, обмен Li и Ni.

Когда кислород высвобождается, он восстанавливает переходные металлы (Ni, Co и Mn в NCM111), уменьшая их способность сохранять сбалансированный заряд в материалах.

Чтобы оценить это, исследовательская группа использовала мягкую рентгеновскую абсорбционную спектроскопию на BL27SU SPring-8 — крупномасштабной установке синхротронного излучения, управляемой JASRI, в Японии.

Они наблюдали селективное восстановление Ni ³⁺ в NCM111 на начальной стадии выделения кислорода. После завершения восстановления Ni Co ³⁺ уменьшилось, а Mn ⁴⁺ оставалось неизменным в течение 5 мол.% Выделения кислорода.

«Поведение при восстановлении убедительно свидетельствует о том, что высоковалентный NI (Ni ³⁺) значительно увеличивает выделение кислорода», — сказал Такаши Накамура, соавтор статьи.

Чтобы проверить эту гипотезу, Накамура и его коллеги подготовили модифицированный NCM111, содержащий больше Ni ³⁺, чем исходный NCM111.К их удивлению, они обнаружили, что NCM111 выделяет гораздо более тяжелый кислород, чем ожидалось.

На основании этого исследовательская группа предположила, что переходные металлы с высокой валентностью дестабилизируют кислород решетки в материалах батарей на основе оксидов.

«Наши открытия будут способствовать дальнейшему развитию высокоплотных и надежных батарей нового поколения, состоящих из оксидов переходных металлов», — сказал Накамура.

Ссылка: «Решеточная кислородная нестабильность в интеркаляционных катодах на основе оксидов: пример слоистого LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂» Сюэян Хоу, Кенто Охта, Юта Кимура, Юсуке Таменори, Кадзуки Цурута, Кодзи Амезава и Такаши Накамура, 23 июня 2021 г., Advanced Energy Materials .
DOI: 10.1002 / aenm.202101005

Финансирование: Грант на научные исследования (JP18K05288? JP19H05814) Программа исследований для лаборатории CORE «Динамичного альянса для открытых инноваций, объединяющего человека, окружающую среду и материалы» в «Сетевом объединенном исследовательском центре материалов и устройств».

Литий-ионные батареи должны быть экологичнее и этичнее

Около 70% кобальта добывается в Демократической Республике Конго, где среди рабочих есть дети и семьи, а условия труда небезопасны.Предоставлено: Себастьян Мейер / Corbis News / Getty

Низкоуглеродное будущее зиждется на важной, но также проблемной технологии. Литий-ионные аккумуляторные батареи, которые уже широко используются в ноутбуках и смартфонах, станут сердцем электромобилей и многого другого. Они также необходимы для питания мировых электрических сетей, поскольку возобновляемые источники, такие как солнечная и ветровая энергия, по-прежнему не могут обеспечивать энергией 24 часа в сутки. По прогнозам отрасли, рынок литий-ионных аккумуляторов вырастет с 30 миллиардов долларов США в 2017 году до 100 миллиардов долларов США в 2025 году.

Но это увеличение само по себе не является бесплатным, как Nature Reviews Materials исследовал в недавней серии статей. У литий-ионной технологии есть и обратные стороны — для людей и планеты. Добыча сырья, в основном лития и кобальта, требует большого количества энергии и воды. Кроме того, работа ведется на шахтах, где рабочие, в том числе дети в возрасте от семи лет, часто оказываются в небезопасных условиях.

Директивным органам, лидерам отрасли и исследователям необходимо быстро смягчить эти проблемы, чтобы уменьшить непредвиденные последствия применения важной технологии.Одним из важнейших мероприятий, требующих дальнейшего изучения, является ускорение повторного использования аккумуляторов вместо или в дополнение к их переработке или утилизации на свалках.

Около одной трети мирового лития — основного компонента батарей — поступает из солончаков в Аргентине и Чили, где этот материал добывается с использованием огромного количества воды в засушливых районах. Литий аккумуляторного класса также можно производить, подвергая материал воздействию очень высоких температур — процесс, используемый в Китае и Австралии, — который потребляет большое количество энергии.Есть способы более устойчивого извлечения лития: например, в Германии и Великобритании пилотные проекты фильтруют литий из горячих рассолов под гранитными породами.

Кобальт — важная часть электрода батареи, но около 70% этого элемента находится только в одной стране: Демократической Республике Конго (ДРК). Около 90% кобальта в ДРК добывается на промышленных рудниках (90 000 тонн в год). Но в стране, где люди зарабатывают в среднем менее 1200 долларов в год, мировой спрос на кобальт привлек тысячи людей и малых предприятий, называемых горняками-кустарниками, а детский труд и небезопасные методы работы широко распространены.

Химики изучают способы замены кобальта более распространенными металлами, такими как железо или марганец (JV Laveda et al. Chem. Commun. 52 , 9028–9031 (2016); R. Sharpe et al. J. Am. Chem. Soc. 142 , 21799–21809; 2020). Но правозащитные группы, такие как Amnesty International, говорят, что это не должно отвлекать от очистки существующей промышленности ДРК, обеспечивая рабочие места в безопасных условиях.

Многие страны осознают, что добыча полезных ископаемых должна осуществляться ответственно и более рационально.Тем не менее, некоторые выступают за политику, особенно в отношении утилизации аккумуляторов, которая может оказать пагубное воздействие на окружающую среду.

Европейский Союз, например, требует, чтобы компании собирали батареи по окончании срока службы и либо использовали их повторно, либо демонтировали для переработки. Текущее требование состоит в том, чтобы собирать 45% использованных батарей в ЕС, но лишь немногие из них являются литий-ионными батареями. Отчасти это связано с тем, что такие батареи часто встроены в устройства, которые они питают, и их трудно демонтировать, или сами устройства имеют ценность, что означает, что они, вероятно, будут экспортированы для перепродажи и исчезнут из ЕС без уведомления.Между тем, ЕС рассматривает цель сбора аккумуляторов 70% к 2030 году. Кроме того, он хочет, чтобы к 2030 году 4% лития в новых аккумуляторах, производимых в ЕС, было из переработанных материалов, а к 2035 году этот показатель возрастет до 10%.

Такие требования могут иметь непредвиденные последствия. По мере совершенствования батарей они прослужат дольше. Но если ЕС потребует более высокий уровень собираемости платежей, компании могут почувствовать себя вынужденными вывести их из эксплуатации преждевременно — для достижения числового целевого показателя сбора — даже если у них еще может остаться срок полезного использования.

Точно так же могут быть неблагоприятные последствия для включения в литий-ионные батареи большего количества переработанного материала. Уже не хватает вторсырья. Таким образом, чтобы соответствовать новым правилам утилизации, европейским производителям может потребоваться импортировать переработанный материал, в частности из Китая, который вместе с Южной Кореей стал важным глобальным центром утилизации батарей. Это будет иметь значительный углеродный след. Также существует риск остановки производства аккумуляторов из-за недостатка переработанного материала.

Повторное использование батарей — одно из возможных решений, которое следует рассмотреть большему количеству стран — цель повторного использования еще не является частью предложения ЕС. Хотя батареи в конечном итоге полностью разряжаются, многие из них выводятся из эксплуатации, когда они просто становятся неэффективными для определенного использования, например, для питания автомобиля, но все еще имеют много жизни для менее интенсивных применений, таких как возобновляемые источники энергии. Storage, как пишут Анке Вайденкафф из Исследовательского института материалов им. Фраунгофера в Германии и ее коллеги (A.Weidenkaff et al. Nature Rev. Mater. 6 , 462–463; 2021 г.).

Без стимулов для повторного использования и перепрофилирования аккумуляторов сжигание аккумуляторов или их отправка за границу на переработку останется более экономичным. Необходим сдвиг в мышлении: ученые должны подумать о том, как материалы могут быть переработаны, повторно использованы и перепрофилированы при их разработке.

Аккумуляторы имеют решающее значение для низкоуглеродного будущего Земли. Все заинтересованы в том, чтобы они были чистыми, безопасными и экологически чистыми.

Примечание редактора: эта редакционная статья является первой из периодической серии о материалах и экономике замкнутого цикла, которая будет проводиться в течение 2021 года.

Пожар на бумажной фабрике Морриса, штат Иллинойс, горит второй день; Обеспокоенность по поводу литиевых батарей 200K требует продления приказа об эвакуации.

MORRIS, Ill. (WLS) — Масштабный промышленный пожар на заброшенной бумажной фабрике в Моррисе продолжал гореть второй день в среду после того, как вызвала эвакуацию не менее 1000 домов в Гранди. Округ.

Облака черного ядовитого дыма поднялись в воздух после того, как около 200 000 литиевых батарей за ночь дали сильные взрывы.

Несмотря на достигнутый прогресс в борьбе с пожаром, официальные лица заявили, что приказ об эвакуации будет действовать до 21:00. Четверг из-за токсичных паров и дыма, исходящих из здания.

«Мы продвигаемся в этом направлении», — сказала начальник Трейси Стеффес из Округа пожарной охраны и скорой помощи Морриса. «Из здания все еще выходит дым, но ничего подобного, как было сегодня утром.«

СМОТРЕТЬ: последнее обновление от официальных лиц Морриса.

Пожарные полагают, что тысячи фунтов лития сгорели за ночь, что позволило тяжелой технике оторвать части все еще горящего здания.

» Они взяли эту машину и разобрали фасад этого здания 150 футов сайдинга, которые позволили нам впервые заглянуть внутрь здания и с чем мы имели дело », — сказал Стеффес.

Все еще не решаясь добавить воду во взрывоопасные батареи, пожарные попробовали сухой химикат.

«Мы принесли более 1000 фунтов Purple-K и бросили его в огонь, надеясь, что сможем его убить и подавить», — сказал Стеффес. «Литиевый огонь посмеялся над Purple-K. Не повредил его».

Стеффес сказал, что местная бетонная компания привезет насос и 28 тонн сухого цемента, который будет использован для покрытия «проблемного места» горящих батарей. Батареи имеют глубину около 3 футов и занимают площадь около 30 на 40 футов.

«Мы собираемся покрыть это сухим портландцементом, чтобы потушить пожар, но мы используем воду для охлаждения батарей, поэтому, как только мы положим сверху портландцемент, мы надеемся, что это задушит. это «, — сказала Стеффес.

Стеффес сказал, что в течение дня он консультировался с экспертами о том, как тушить пожар, не создавая более серьезной экологической проблемы, чем он есть сейчас.

«Я надеюсь, что мы сможем задушить эту штуку в следующие два часа», — сказала Стеффес в среду вечером.

Пожар начался незадолго до 11:45 утра во вторник на старом предприятии Federal Paper Board в 900-м квартале на Ист-Бентон-стрит.

«Эти аккумуляторы могут быть размером от сотового телефона до чуть больше автомобильного.Когда они намокают, они замыкаются, воспламеняются и взрываются. Это проблема, с которой мы сталкиваемся, — сказал Стеффес. — Самая большая опасность, с которой мы сталкиваемся, — это дым и пары, а также газ от огня. Сильно ядовит и очень смертоносен ».

Мэр

Крис Браун сказал, что пожар усилился во вторник с ночи до утра среды, поскольку батареи продолжали взрываться. природы огня, им, возможно, придется позволить ему погаснуть самостоятельно.Но Стеффес заявила в среду, что департамент также использует другие агентства, чтобы попытаться найти способы потушить пожар.

Он сказал, что Моррис также обратился в пожарное управление Чикаго.

«Я не знаю на 100%, что хранилось в этом здании, только то, что они (компания) говорят мне», — сказал Стеффес. «Пока мы не сможем попасть туда и на самом деле увидеть, что там было, там может быть больше продукта, меньше продукта или другой продукт, о котором нам не сказали».

Мэр Браун сказал, что городу также не известно об аккумуляторах.

СМОТРЕТЬ: Мэр Морриса говорит, что городские батареи, которые не знают, хранятся на складе, теперь горят. пожар; они приняли все необходимые меры предосторожности, чтобы убедиться, что все в безопасности и локализовано », — сказал он.

Взрыв Rockton Chemtool вызывает крупный пожар, задымление на химическом заводе; приказ об эвакуации из района

Владелец здания Цзинь Чжэн сказал, что он был на месте через несколько минут после начала пожара, но не смог попасть внутрь.Он сказал, что густой черный дым, исходящий от здания, был вызван взрывами тысяч литиевых батарей, которые у него были внутри.

Чжэн сказал, что хранил запасы на складе площадью 70 000 квадратных футов, потому что он планировал открыть бизнес по производству солнечной энергии к концу года.

«Я должен извиниться», — сказал Чжэн.

Чжэн сказал, что в результате пожара он потерял свои сбережения. Он планировал получить страховку после открытия бизнеса. Он также планировал отремонтировать крышу здания позже на этой неделе и считает, что капля воды на батареи могла вызвать взрывы и возгорание.Вот почему пожарные не используют воду или пену для тушения пожара.

«Дело не в том, что возгорание литиевых батарей является новым явлением, просто такое количество не наблюдалось, по крайней мере, здесь на региональном уровне», — сказал Стеффес.

Пожар во вторник произошел менее чем через месяц после сильного пожара на заводе по производству смазок Chemtool в Роктоне. Особые ресурсы, все еще находящиеся в зоне пожара, теперь используются в Моррисе.

Должностные лица эвакуировали юго-восточную часть Морриса, ограниченную Маршрутом 47 на западе, железнодорожными путями на севере, рекой на юге и Вашингтон-стрит на востоке до кладбища Эвергрин.

«Мы определили, что люди не вернутся в свои дома до тех пор, пока пожар не будет намного более контролируемым, если не полностью потушенным», — сказала Мишель Пруин, Департамент здравоохранения округа Гранди.

В условиях постоянно меняющихся условий пламя все еще горит и токсичные химические вещества, возможно, просачиваются в воздух, семьи не выходят из домов по крайней мере еще на одну ночь.

«У нас нет одежды, у нас нет того, что нам нужно», — сказала эвакуированная Ана Луна. «В значительной степени мы просто ждем, чтобы увидеть.»

Семья Луны укрыта там, где она работает в соседнем отеле Holiday Inn. Она побежала домой и схватила своих детей во вторник в любой момент.

» У меня дома есть много вещей, которые мне нужны, но я не принесла это потому, что у меня не было достаточно времени, чтобы все упаковать «, — добавил Фабиан Луна.

Они делают все возможное, празднуя день рождения бабушки, свернувшись в гостиничном номере.

Агентство по охране окружающей среды штата Иллинойс отслеживает качество воздуха в нескольких местах. вокруг города. На данный момент они не планируют дальнейшую эвакуацию.В среду Штеффес заявил, что тесты на качество воздуха были «благоприятными».

В офисе шерифа округа Гранди заявили, что они помогают с реагированием и эвакуацией. Административное здание округа Гранди на 1320 Юнион-стрит используется как приемная.

Должностные лица просят жителей самостоятельно эвакуироваться, если они видят или чувствуют запах дыма, а затем сообщают, где это произошло.

«Это немного страшно, особенно потому, что мы не знаем, что попало в наш дом», — сказал эвакуированный житель Арели Соберано.

Жители, желающие сообщить о дыме или запахе или задать вопросы о приюте или инструкциях по эвакуации, могут позвонить по телефону 815-941-3408.

«Мы собираемся быть здесь надолго», — сказал Стеффес.

Красный Крест поставляет пищу и воду более чем 300 службам быстрого реагирования, борющимся с огнем. Добровольцы Красного Креста также работают над созданием центра приема и приюта для эвакуированных в Первой христианской церкви, 455 W. Southmor Road в Моррисе.

Атомный взгляд на аккумуляторы с высоким содержанием лития

Визуализация богатого литием катода. Предоставлено: Университет Карнеги-Меллона и Северо-Восточный университет

Батареи прошли долгий путь с тех пор, как 200 лет назад компания Volta впервые сложила вместе медные и цинковые диски. Хотя технология продолжала развиваться от свинцово-кислотной к литий-ионной, многие проблемы все еще существуют, например, достижение более высокой плотности и подавление роста дендритов. Эксперты спешат удовлетворить растущую глобальную потребность в энергоэффективных и безопасных батареях.

Электрификация большегрузных автомобилей и самолетов требует аккумуляторов с большей плотностью энергии. Группа исследователей считает, что смена парадигмы необходима, чтобы оказать значительное влияние на технологии производства аккумуляторов в этих отраслях. Этот сдвиг позволит использовать механизм анионного восстановления-окисления в катодах с высоким содержанием лития. Результаты, опубликованные в Nature , знаменуют собой первое прямое наблюдение этой анионной окислительно-восстановительной реакции в материале батареи, богатой литием.

Сотрудничающие учреждения включают Университет Карнеги-Меллона, Северо-Восточный университет, Технологический университет Лаппеенранта-Лахти (LUT) в Финляндии, а также учреждения в Японии, включая Университет Гумма, Японский научно-исследовательский институт синхротронного излучения (JASRI), Национальный университет Йокогамы, Университет Киото и Университет Рицумейкан. .

Оксиды с высоким содержанием лития являются многообещающими классами катодных материалов, поскольку, как было показано, они обладают гораздо большей накопительной емкостью. Но есть «проблема И», которой должны удовлетворять материалы для аккумуляторов — материал должен быть способным к быстрой зарядке, быть устойчивым к экстремальным температурам и надежно работать в течение тысяч циклов.Чтобы решить эту проблему, ученым необходимо четкое понимание того, как эти оксиды работают на атомном уровне и какую роль играют лежащие в их основе электрохимические механизмы.

Обычные литий-ионные батареи работают за счет катионного окислительно-восстановительного потенциала, когда ион металла меняет свою степень окисления при вставке или удалении лития. В рамках этой вставки на каждый ион металла может храниться только один ион лития. Однако катоды с высоким содержанием лития могут хранить гораздо больше. Исследователи связывают это с анионным окислительно-восстановительным механизмом — в данном случае окислительно-восстановительным процессом кислорода.Этому механизму приписывают высокую емкость материалов, почти вдвое увеличивающую запас энергии по сравнению с обычными катодами. Хотя этот окислительно-восстановительный механизм стал ведущим конкурентом среди аккумуляторных технологий, он означает поворот в исследованиях химии материалов.

Команда намеревалась предоставить убедительные доказательства окислительно-восстановительного механизма с использованием комптоновского рассеяния, явления, при котором фотон отклоняется от прямой траектории после взаимодействия с частицей (обычно электроном).Исследователи провели сложные теоретические и экспериментальные исследования на SPring-8, крупнейшей в мире установке синхротронного излучения третьего поколения, эксплуатируемой JASRI.

Синхротронное излучение состоит из узких мощных пучков электромагнитного излучения, которые образуются, когда пучки электронов ускоряются до (почти) скорости света и вынуждены двигаться по кривой траектории под действием магнитного поля. Становится видимым комптоновское рассеяние.

Исследователи наблюдали, как электронная орбиталь, лежащая в основе обратимой и стабильной анионной окислительно-восстановительной активности, может быть отображена и визуализирована, а также определены ее характер и симметрия.Это научное открытие может изменить правила игры в аккумуляторные батареи будущего.

В то время как предыдущие исследования предлагали альтернативные объяснения анионного окислительно-восстановительного механизма, оно не могло дать четкое изображение квантово-механических электронных орбиталей, связанных с окислительно-восстановительными реакциями, потому что это не может быть измерено стандартными экспериментами.

У исследовательской группы было «А-ха!» момент, когда они впервые увидели соответствие между теорией и экспериментальными результатами в окислительно-восстановительном характере. «Мы поняли, что наш анализ может отображать состояния кислорода, ответственные за окислительно-восстановительный механизм, что является чем-то принципиально важным для исследования батарей», — пояснил Хаснаин Хафиз, ведущий автор исследования, который проводил эту работу во время своего постдокторского исследования. юрист Карнеги-Меллона.

«У нас есть убедительные доказательства в поддержку анионного окислительно-восстановительного механизма в материале батарей с высоким содержанием лития», — сказал Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения в Карнеги-Меллон. «Наше исследование дает ясную картину работы литиевой батареи в атомном масштабе и предлагает пути для разработки катодов следующего поколения, которые позволят использовать электрическую авиацию. Конструкция катодов с высокой плотностью энергии представляет собой новый рубеж для аккумуляторов ».

Ссылка: «Томографическая реконструкция кислородных орбиталей в материалах аккумуляторных батарей с высоким содержанием лития» Хаснаина Хафиза, Косуке Судзуки, Бернардо Барбьеллини, Наруки Цудзи, Наоаки Ябуучи, Кентаро Ямамото, Юки Орикаса, Йошихару Учимото, Йошихару Ару Сакураи, Йошихару Сакураи и Сакураи. Венкатасубраманиан Вишванатан, 9 июня 2021 г., Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-021-03509-z

В здании в Иллинойсе сгорело 100 тонн литиевых батарей — тысячи эвакуированы [ОБНОВЛЕНИЕ]

МОРРИС, Иллинойс. Токсичные испарения и дым от горящей бывшей бумажной фабрики в северном Иллинойсе, которая, по мнению властей, давно заброшена, но на самом деле содержала огромное количество литиевых батарей, побудила чиновников продлить на четверг приказ об эвакуации жителей этого района.

Пожар, начавшийся в Моррисе около полудня во вторник, побудил городские власти отдать приказ об эвакуации 3 000–4 000 человек из примерно 950 близлежащих домов, школы, церкви и малых предприятий.

Огонь продолжал гореть в четверг утром примерно в 70 милях к юго-западу от Чикаго, и теперь жителям не разрешат вернуться домой до 21:00. В четверг, сообщили официальные лица. Ранее приказ должен был заканчиваться в 21:00. Среда.

Внутри здания взорвались литиевые батареи

, и сотрудники пожарной службы заявили, что решили позволить огню сгореть, потому что опасаются, что попытка тушения может вызвать новые взрывы.

В здании, к удивлению пожарных и других городских служб, хранилось почти 100 тонн литиевых батарей, от батарей для мобильных телефонов до больших автомобильных аккумуляторов.

Пожарные перестали использовать воду для тушения пожара через несколько минут после прибытия, когда обнаружили батареи, потому что вода и пена для пожаротушения могут вызвать взрыв батарей. И начальник пожарной охраны Трейси Стеффес сказал, что, хотя он слышал некоторые идеи о том, как бороться с пламенем (была предложена дорожная соль), он не будет отправлять бригады на борьбу с огнем из-за неизвестности о том, что внутри.

«Я не знаю на 100%, что хранилось в этом здании, только то, что они говорят нам, что хранилось в этом здании», — сказал он.

Кроме того, Стеффес сказал, что, хотя его отдел и другие агентства тушили пожары в зданиях, содержащих литиевые батареи, он до сих пор не нашел никого с пожарами, в которых задействовано такое количество батарей. Он сказал, что взрывы батареи за ночь можно было услышать по всему городу.

Мэр

Крис Браун сказал, что город не знал, что здание использовалось для хранения батарей, пока оно не загорелось, и что он очень мало знает о Superior Battery, компании, которой они принадлежат.

«Название компании — Superior Battery … и мы не знали об их существовании до вчерашнего дня», — сказал Браун. По его словам, по-видимому, никто в мэрии этого не сделал, потому что нет никаких записей о лицензии на ведение бизнеса или какой-либо связи между компанией и любым городским департаментом.

Едва скрывая свой гнев по поводу очень серьезной опасности, в которой оказались его пожарные, Штефф предположил, что в результате он не может доверять какой-либо информации, поступающей от компании.

«У нас не было возможности узнать, что они занимаются бизнесом… там », — сказал Штеффес, добавив, что представитель компании сообщил ему, что они занимали здание около года. Стеффес сказал, что бумажная фабрика пустовала десятилетиями.

Представители компании

не были приглашены на пресс-конференцию по поводу пожара в среду, заявили официальные лица.

Мэр сказал, что полицейское управление проведет расследование по поводу хранения батарей и что с другими агентствами, в том числе с начальником пожарной службы штата и генеральным прокурором Иллинойса, уже связались.