Голяма част от представата ни за електромобилите и батериите почива върху преувеличени и изопачени факти. Друга част изобщо не почива върху факти. Във втора поредна статия по темата се опитваме да хвърлим малко по-обективна светлина върху литиево-йонната батерия, от която в съвсем близко бъдеще ще зависят не само автомобилите, но и домовете ни, и цялата световна икономика.
Измислена е от петролна компания
Точно така - технологията, която заплашва основния пай от печалбите на петролните гиганти, всъщност е родена в лабораториите на Exxon. Но японците от Sony бяха първите, намерили комерсиално приложение на литиево-йонната батерия - още през 1991. Днес тя присъства навсякъде - в дома ви, в смартфона или лаптопа, на който четете тази статия, и във всевъзможни други електроуреди. Tesla вече продава своя Powerwall - голяма батерия, с която можете да съхранявате за битови нужди енергията, която произвеждат соларните панели на покрива ви, да речем. А енергийни гиганти като AES започват да строят индустриални батерии, които да съхраняват запаси от порядъка на 1 гигаватчас за нуждите на електропреносната мрежа. Добавете към това надигащата се вълна от електромобили, и ще разберте защо бъдещето на литиево-йонната батерия изглежда толкова розово за инвеститорите.
Британският химик М. Стенли Уитингъм създава първата литиева батерия, докато работи в лабораториите на петролния гигант Exxon през 70-те. Батерията на Уитингъм ползва електрод от титаниев дисулфид, който е много скъп за производство и при контакт с въздуха произвежда неприятна миризма. Заради това (а вероятно и по други причини) Exxon спира проекта. Днес Уитингъм е професор в Нюйоркския университет
Струва повече, но и върши повече
Един доклад на Европейския съюз от 2012 сравнява литиево-йонните с други типове батерии - оловно-киселинни, никел-кадмиеви, никел-металхидридни и натрий-серни. Заключението е, че литиевите са най-енергоемки за производство - за изработката на 1 кг батерии са нужди 1.6 литра петрол, и се отделят 12.5 кг СО2.
Но компенсацията за това е, че литиево-йонните батерии имат най-висока енергийна плътност - тоест могат да складират повече енергия за единица обем (или маса). При различните типове тази плътност е между 100 и 250 втч за килограм - двойно над никеловите.
"Почти идеалната батерия", казва Винсън Баталия, шеф на групата по електрохимични технологии в националната лаборлатория Lawrence Berkeley. Според него батерията от литий задържа заряда несравнимо по-добре от по-тежки алтернативи като олово, цинк и никел-кадмий. Освен това при нея го няма познатия ни от старите gsm-и "ефект на паметта" - нуждата батерията да се разреди напълно преди зареждане и после да се зареди до край, иначе губи капацитет.
Литиево-йонната батерия задържа заряда по-добре от всяка друга от комерсиално наложените технологии
Минусите: запалима, с ограничен живот
Литият е силно реактивен метал - тоест много лесно се свързва с други елементи, особено с кислорода. Оттам и прословутите самозапалвания на един скорошен модел на Samsung, както и причинените от акумулаторите пожари на борда на новия Boeing 787. След тези нашумели случаи обаче учените намериха начини да контролират проблема.
По-сериозният проблем си остава с ограничения живот на батерията. Нека опитаме да обясним каква е причината. Когато батерията се зарежда или отдава електричество, по графитния й анод се образува тънка "кожичка" от литиеви съединения. Но анодът постоянно се разширява и свива - и съответно при свиването се отърсва от образуваната кожица, така че след това тя започва да се образува наново. Това постоянно отнема литиеви йони от батерията и понижава капацитета й.
Трите най-обещаващи алтернативи на литиево-йонната батерия
Двама китайски учени обаче откриха решение. Те използват алуминиев анод, който обаче е покрит с фина черупка от титаниев оксид. Така "кожицата" се образува върху статичната титаниева черупка, а вътре в нея анодът спокойно се разширява и свива. Опитите на китайците показаха, че след 500 цикъла на зареждане и разреждане техните батерии имат 4 пъти повече капацитет от традиционните с графитен анод. Въпрос на няколко години е технологията да е готова за пазара.
Случаите на самовъзпламеняване на литиево-йонни батерии, макар и редки, придобиха огромна популярност. В последните години производителите взеха доста мерки, за да ги предотвратят
Има ли идеално чист транспорт?
Накратко: електрическите батерии не са идеално чистото решение за транспорта на бъдещето, както ни ги представят маркетинг отделите на производителите. Но те не са и световната конспирация, в каквато се мъчат да ги превърнат петролните лобита. Като всяко друго промишлено производство, и тяхното е съпроводено със замърсяване на природата и увеличаване на парниковите емисии. С колко точно, вече зависи от конкретния производител и конкретната технология. При всички случаи това са показатели, които можем да контролираме, и технологии, които можем да подобрим. Стига само отношението ни към тях да е рационално, а не основано на разни Facebook-меми.
А ако наистина искате идеално чист транспорт... Щяхме да кажем - вземете си конче. Но всъщност метанът, отделян от преживните животни, е 30 пъти по-силен парников агент от въглеродния диоксид, отделян от автомобилите. Още един факт, който доказва, че в реалния свят нищо не е само черно или само бяло.
Електромобилите и плъг-ин хибридите не са идеалното решение на проблемите в транспорта. Но те могат да премахнат смога от градовете, да увеличат продължителността на живота ни и да придадат повече смисъл на вятърната и соларната енергетика