IMG Investor Dnes Bloombergtv Bulgaria On Air Gol Tialoto Az-jenata Puls Teenproblem Automedia Imoti.net Rabota Az-deteto Blog Start Posoka Boec Черно море

Неудобната тайна на литиево-йонната батерия

Плановете за електрическия преход се градят на технологии, които още не са готови. Кои са 10-те най-вероятни батерии на бъдещето?

Електрическата революция отдавна вече не е предсказание за бъдещето: тя се случва пред очите ни. През 2022 година над 10% от продадените автомобили в световен мащаб бяха с електрическо задвижване. Европейският съюз и някои отделни американски щати планират да забранят двигателя с вътрешно горене от 2035 година, Китай също не е далеч от този път. Развитите държави инвестират рекордни средства в технологии за съхранение на енергията, които да направят възобновяемата енергетика по-надежден източник. Но онова, което никой политик не казва на глас, е, че за да се осъществят, всички тези смели планове разчитат на технологии, които още не съществуват. Електрическата революция е революция на кредит - без радикален технологичен пробив в областта на батериите тя е обречена.
   
    
литий, батерии
    
     
Разбира се, днес разполагаме и с много други средства за съхранение на енергията, освен химическите батерии - например физически батерии (водни като ПАВЕЦ Чаира, слънчеви, гравитационни), или пък производство на водород от ВЕИ. Но повечето от тях са огромни, тежки и мъчно подвижни. Транспортният сектор ще трябва да разчита на химически батерии.

Има само един проблем: доминиращата технология в тази област е отпреди почти половин век. И по начало не е измислена за употреба в автомобили, камиони или самолети.
   
   
Стан Уитингъм, Джон Гудинъф, Акира Йошино, литиево-йонна батерия, нобел
Бащите на литиево-йонната батерия: Стан Уитингъм, Джон Гудинъф, Акира Йошино
   
     
Идеята за литиево-йонна батерия се появява с петролната криза в началото на 70-те. Рязкото поскъпване на горивата възражда идеите за електрическо задвижване, погребани още в зората на ХХ век. Но съществуващите оловно-киселинни акумулатори не са в състояние да го поддържат. Петролните и химическите гиганти започват да търсят алтернативи. Един млад химик, на име Стан Уитингъм, започва да експериментира с анод от метален литий, и катод от титаниев дисулфид. Регистриран е патент, показан е и работещ прототип на автосалона в Детройт. Но после петролната криза отшумява и Exxon решава, че инвестициите в нови батерии няма да се изплатят.

Батерията на Уитингъм е несравнимо по-добра от оловно-цинковите, но има и недостатъци - сравнително ниска скорост на зареждане и висок риск от възпламеняване. Джон Гудинъф, професор от Тексаския университет, решава първия проблем, като заменя титаниевия дисулфид с кобалтов оксид в катода. Колегата му от университета "Мейджо" Акира Йошино решава втория, като използва кокс за анода и намалява значително риска от пожар. От труда на тези трима души се ражда първата "съвременна" литиево-йонна батерия за масова употреба, въведена от Sony през 1992. А през 2019 Уитингъм, Гудинъф и Йошино поделиха Нобеловата награда за химия.
   
     
батерии, телефон, пожар
Самозапалващите се батерии нашумяха покрай някои модели мобилни телефони, но подобен риск грози и електромобилите. Няколко от технологиите, които се разработват в момента, обещават да неутрализират опасността
   
    
Но литиево-йонната батерия, която върши толкова добра работа в телефоните и лаптопите ни, не е съвсем подходяща за автомобили. Енергийната й плътност не стига, за да осигури нужния автономен преход от няколкостотин километра - за да се постигне това, батериите в колите трябва да са огромни. И съответно - много тежки. Един съвременен електромобил тежи средно с 350-400 кг повече от аналога си с двигател с вътрешно горене. Това поражда всевъзможни усложнения. Нужни са например специални (и отчетливо по-скъпи) гуми, които да издържат на натоварването. Наскоро Британската асоциация на паркингите предупреди, че много от по-старите многоетажни паркинги в страната са разчетени при доста по-ниско тегло на автомобилите и могат да рухнат под тежестта на електромобилите. Но най-същественият проблем с високото тегло е, че то увеличава разхода на енергия - значително. Един електромобил с обхват над 400 км с едно зареждане обикновено се нуждае от между 22 и 30 киловатчаса енергия, за да измине 100 км. Това все пак е по-ефективно от колите с ДВГ (превърнат в квтч, разходът на един бензинов автомобил е около 65-70 за 100 км/ч, на дизелов - около 60 квтч, на пропан-бутан - около 38 квтч). Но е недостатъчно за постигане на екологичните цели, в името на които електромобилите се налагат на пазара.
     
       
Tesla Model Y
Цените на конвенционални и електрически автомобили започнаха да се доближават напоследък, но не заради поевтиняването на вторите, а заради изкуствено наложеното поскъпване на първите
       

         
Вторият, още по-съществен проблем на литиево-йонните батерии, е цената им. Очакванията бяха, че с все по-масовото производство на батерии цената им ще върви надолу заради икономии от мащаба. Това се случваше между 2010 и 2020, когато цената падна от над 1200 долара до едва около 130 долара за киловатчас. Но след това започна обратният процес: с растящото търсене на батерии суровините за тях взеха да поскъпват неудържимо.
Никелът, който се търгуваше около 11 000 долара за тон преди три години, сега е 23 200 долара, а в един момент надхвърляше 33 000 долара. Кобалтът поскъпна от от 22 000 долара през 2016 до около 49 000 долара в началото на април 2023. Медта - незаменима суровина за електрическите системи - скочи от 5000 до около 9000 долара за тон (това е и единственият от т. нар. "метали на зеления преход", с който разполага България). И това е само плахото начало, когато само един от 10 нови автомобила е електрически. Представете си ефекта, когато станат пет от 10, или 10 от 10. Тогава вече въпросът няма да е само в цената. Неслучайно Илон Мъск нарече никела "новото злато". А Карлос Тавареш, главният изпълнителен директор на гиганта Stеllantis, наскоро подчерта, че ако всичките около 1.3 милиарда автомобила на планетата бъдат заменени с електрически, литият просто няма да стигне.
     
      
литий, добив, батерии, електромобили
Добив на литий в Америка
     
     
Тъкмо затова електрическият преход в транспорта е революция "на кредит". Той е планиран, разчитайки на бъдещи открития, които да променят сегашната химия на батериите, и да ги направят едновременно по-леки, по-ефективни, по-евтини и по-безопасни. Такъв залог не е непременно грешен: развитието на технологиите многократно е доказвало, че когато има икономическа мотивация, нови решения се намират. В момента се разработват над 20 различни нови технологии за батерии - някои само вариации на съществуващите, други - радикално различни. Само времето ще покаже коя ще успее да се наложи - или може би победителите ще са различни за различните типове употреба.

Преди да се спрем в повече детайли на алтернативите, може би трябва да напомним какво представлява литиево-йонната батерия. Немалко хора си представят, че при зареждане просто "сипваме" електричество в батерията като вода в туба. Но батерията не съхранява пряко електричество, а само го произвежда при нужда чрез химична реакция между двата електрода и разделящата ги среда, наречена електролит. Когато включите литиево-йонната батерия към някакъв уред (или когато активирате електромобила си), литиеви йони преминават от анода към катода, отдавайки електрони и създавайки заряд. Когато зареждате батерията, йоните се връщат от катода към анода.
  
  
10 технологии за батериите на бъдещето (ГАЛЕРИЯ):


* Статията е публикувана в Bulgaria ON AIR THE INFLIGHT MAGAZINE, брой 04 / 2023



 

 

 

0 от 500
  • #135
    0 rate up comment 0 rate down comment
    Ч. Цветков ( преди 3 месеца )
    И тази мода ще отмине!
  • #134
    1 rate up comment 3 rate down comment
    al ( преди 11 месеца )
    до 133 -- Абе, изпий си хапчетата... Можеш ли да пишеш ясно ... или да хвърляме боб, а?
  • #133
    3 rate up comment 2 rate down comment
    анонимен ( преди 11 месеца )
    Разгледайте си добре сметките за ток, там ще видите, че преноса е > от самия ток. Нз дали е само БГ патент, имаме доста такива като 2 еднакви партиди чиста в 2 поредни тиража на тотото, ама само 94 виждам е нацелил истината - тока може и да стане без пари след 20г., но преноса му явно само ще расте. Другото е, че докато имаме 3 уж конглокиращи се Ел. дружества, то за пренос е само 1 държавно и няма не искам-недей.
  • #132
    3 rate up comment 2 rate down comment
    Ал ( преди 11 месеца )
    Tesla e укрила данни за над 1000 инцидента с автопилота си ... https://automedia.investor.bg/a/2-***/53428-sekretni-danni-razkrivat-nad-1000-intsidenta-s-avtopilota-na-tesla
  • #131
    7 rate up comment 7 rate down comment
    Ал ( преди 11 месеца )
    До#130-- Брадчед, нищо екологично няма в тъй наречените електрички! При производството им ВЕЧЕ са отделени вредните вещества, все едно кола с ДВГ е минала 300хиляди. А малко след това трябва да се купува нова батерия! Освен това те са неудобни, зареждат се по цяла нощ! Ндааа...
  • #130
    12 rate up comment 2 rate down comment
    who ( преди 11 месеца )
    Електричките не са екологични. Но са по-екологични вътре в града, където това е от най-голямо значение. На магистралата си бълвай сажди. Вятъра ще ги разнесе и намали концентрацията им до следващия град .. на 20км. И тока и нефта имат дълъг и сложен цикъл докато стигнат до това да задвижат гумите. Докато нефта си е мръсен през целия цикъл, тока може да е от АЕЦ или слънце/вятър, което го прави една идея по-чист. *** е, че хората възприемат нещата буквално и рядко са технически грамотни.
  • #129
    9 rate up comment 9 rate down comment
    Ал ( преди 11 месеца )
    До#128-- Твърденията , че електрокарите ще решат едновременно и екологичните проблеми и проблемите с липсата на петрол - са не само химера, но и чиста лъжа!!! И то - лъжа за ба*аму*раници. Защото човек с нормално развит мозък никога няма да си купи електрокар поради тези причини. Те не са нито са екологични (вредните вещества вече са отделени при производството им), нито са практични... зареждат се по цяла нощ!!! Тъпо! Хора с промит от Шорош мозък.
  • #128
    7 rate up comment 5 rate down comment
    Стефан ( преди 11 месеца )
    Твърдението, че ел.мобил харчи 22-30 квтч/100 км е непълно. Ако се вземе под внимание КПД на преобразуването на енергията в световен мащаб, ще се види, че има големи загуби. Например ако в нефтохимически комбинат 93% от суровината става краен продукт, то в ТЕЦ, на изхода има 41-43% от енергията на входа. След това мрежата високо напрежение изяжда 10-12%. След това ниското напрежение. На края енергията вкарана в акумулатора е повече, отколкото се получава на изхода. Капацитета на акум. пада с год
  • #127
    8 rate up comment 6 rate down comment
    Al ( преди 1 година )
    Истината е в ДВГ-то, но петрола свършва! А електрокарите не са решение! И за тях трябва петрол!!! ......... Ще има война!
  • #126
    11 rate up comment 1 rate down comment
    анонимен ( преди 1 година )
    Истината е в коня и каруцата!!!!!!