Аккумуляторы российского производства рейтинг: Лучшие российские аккумуляторы для автомобилей в 2020 году

29.12.2020, Вт, 17:45, Мск , Текст: Эльяс Касми

Российские ученые создали особый полимерный материал для катодов аккумуляторов, позволяющий сократить время их зарядки до нескольких секунд и одновременно повысить их плотность вместе с временем службы. АКБ с новыми катодами смогут проработать до 70 лет и при этом сохранить около трети своей емкости.

Аккумуляторы станут лучше

Российские специалисты из «Сколтеха», Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ) и Института проблем химической физики (ИПХФ) разработали новые материалы на основе полимеров для использования их в качестве катода в современных аккумуляторах. Как сообщили CNews представители РХТУ, исследователи протестировали их в составе особых литиевых двухионных батарей и на выходе получили сверхбыстрые АКБ, заряжающиеся за несколько секунд.

Использование новых катодных материалов не только привело к сокращению времени, уходящего на подзарядку аккумулятора, но и позволило значительно продлить срок его службы. Такие АКБ способны выдерживать до 25 тыс. циклов перезарядки.

По заявлениям авторов новой технологии, с использованием катодов на ее основе могут быть созданы еще и калиевые двухионные аккумуляторы, в которых дорогостоящий и очень неэкологичный (даже на этапе производства) литий заменен на более доступный и менее редкоземельный и токсичный калий.

Два полимера и новый тип аккумулятора

Специалисты РХТУ, ИПХФ и «Сколтеха» синтезировали сразу два новых разветвленных полимера – сополимер дигидрофеназина и дифениламина и сополимер дигидрофеназина и фенотиазина. Тесты показали, что первый полимер намного лучше справляется с поставленной задачей – именно он позволил добиться полной зарядки АКБ за несколько секунд. Кроме того, при его использовании батарея способна пережить до 25 тыс. циклов перезарядки и сохранить при этом до трети своей емкости. Специалисты подсчитали, что при обычных условиях эксплуатации такой аккумулятор мог бы служить до 70 лет.

Новая российская технология протестирована, но пока не готова к коммерциализации

В качестве анода ученые использовали металлический литий, но они также провели эксперимент и с калием. Батареи с анодом из этого материала и сополимером дигидрофеназина и фенотиазина в виде катода продемонстрировали повышенную плотность энергии – вплоть до 398 Втч/кг. Литиевые аккумуляторы с таким же катодом демонстрировали в 1,5-2 раза меньшую плотность – от 200 до 250 Втч/кг.

Материалы катодов, которые разработали исследователи, созданы на основе полимерных ароматических аминов. К их особенностям относится, помимо прочего, еще и возможность синтезировать их из различных органических соединений. Что касается двухионных АКБ, то в электрохимических процессах внутри них, в отличие от обычных литий-ионных батарей, задействованы как анионы, так и катионы электролита. Это напрямую влияет на многократный прирост скорости подзарядки.

«У нашей группы уже были работы по полимерным катодам для сверхбыстрых аккумуляторов с хорошей емкостью, которые можно заряжать и разряжать за несколько секунд. Среди прочих, раньше мы использовали линейные полимеры, у которых каждое мономерное звено образует связи только с двумя соседями, а в этой работе мы продолжили изучение новых разветвленных полимеров, у которых каждое звено может образовывать связи как минимум с тремя другими звеньями. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов», – отметил первый автор работы, аспирант «Сколтеха», Филипп Обрезков. «С электродами из таких материалов аккумуляторы могут еще быстрее заряжаться и разряжаться», – добавил он.

Конкурирующие разработки

Авторы изобретения не уточнили, когда, по их прогнозам, может начаться массовое производство аккумуляторов, в которых используются созданные ими полимерные катоды. Между тем, в России существует целый ряд перспективных технологий, позволяющих улучшить современные элементы питания и способных составить конкуренцию детищу сотрудников РХТУ, ИПХФ и «Сколтеха».

Как перевести четверть клиентов на самообслуживание? Опыт банка «Открытие»

Например, если эти ученые предлагают заменить литий на калий, то группа специалистов из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и немецкого Центра им. Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе считают, вместо лития следует использовать другой щелочной металл – натрий. CNews писал, что натрий в данном случае позволит снизить нагрузку на окружающую среду, поскольку добывать его проще, чем литий – он есть даже в обычной поваренной соли. Отсюда вытекает и снижение затрат на его добычу, а его применение в АКБ позволит сделать элементы питания более стабильными – литиевые аккумуляторы известны своей взрывоопасностью.

У специалистов «МИСиС» есть и еще одна альтернатива литиевым батареям, в которой нет ни натрия, ни калия – только сорняковое растение, в изобилии растущее во многих регионах России. Они предлагают делать не аккумуляторы, а суперконденсаторы с электродом из стеблей борщевика – для их превращения в углеродный материал, а затем и в электроды ученые разработали особую технологию их обработки, включающую воздействие на них соляной кислоты и насыщение углекислым газом.

Созданная технология преобразования борщевика в электроды суперконденсаторов была протестирована в лабораторных условиях, и эксперимент завершился успехом. Но, как и в случае с полимерными катодами и калиевыми АКБ за авторством ученых из РХТУ, ИПХФ и «Сколтеха», сроки коммерциализации этой идеи авторы не уточняют.

Российские ученые вложили больше энергии в прототип ядерной батареи

Представьте себе замену батарей в устройстве только раз в десятилетие или даже раз в столетие. Ядерные батареи однажды позволят нам это сделать, но их удельная мощность в настоящее время слишком мала, чтобы быть очень практичным. Теперь российские исследователи разработали новую конструкцию ядерной батареи на основе никеля-63, которая имеет более высокую удельную энергию, чем обычные коммерчески доступные батареи.

Ядерная энергетика получает плохую репутацию из-за того, что любой ядерный материал, который выходит из замкнутого пространства, может опасно оставаться в окружающей среде на десятилетия или даже столетия.Но к тому же, при правильном содержании, это долголетие можно использовать навсегда, медленно и последовательно высвобождая энергию в течение многих лет.

Некоторые ядерные батареи работают через процесс, известный как бетавольтаика. Радиоактивный источник внутри устройства распадается и испускает бета-частицы (электроны и позитроны), и когда они взаимодействуют с полупроводниковым слоем, они могут создавать электрический ток. Хотя эти типы батарей могут обеспечивать стабильную подачу энергии в течение длительных периодов времени, их низкая удельная мощность означает, что энергия истекает медленно.

Обеспечение относительно низкого энергопотребления в течение длительного времени делает ядерные источники энергии отличным выбором для приложений, в которых сложно заменить батарею, таких как космический корабль или имплантируемые устройства, такие как кардиостимуляторы. В последние несколько лет мы видели ядерную батарею на основе стронция, которая расщепляет молекулы воды для производства электричества, и батарею NanoTritium со сроком службы 20 лет.

Новая конструкция, разработанная исследователями из Московского физико-технического института (МФТИ), Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов (TISNCM) и Национального исследовательского технологического университета MISIS, использует радиоактивный изотоп никель-63. с периодом полураспада более 100 лет.Команда разработала новую компоновку, которая улучшает удельную мощность батареи.

В. Бормашов и др. / Diamond and Related Materials

Исследователи определили, что слои никеля-63 были бы наиболее эффективными при толщине всего два микрона, и если бы эти радиоактивные источники были зажаты между алмазными диодами толщиной 10 микрон. Прототип ядерной батареи команды содержал 200 таких алмазных преобразователей энергии и достиг выходной мощности около 1 микроватта (мкВт).Его удельная мощность составляла 10 мкВт на см3, что означает, что он может питать современный кардиостимулятор.

Учитывая столетний период полураспада никеля-63, ядерная батарея может похвастаться мощностью около 3300 милливатт-часов на грамм, что, по словам команды, в 10 раз больше, чем у обычных электрохимических батарей.

Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов

Исследователи также разработали более эффективный метод массового производства тонких алмазных слоев с минимальными потерями.Производство никеля-63 может быть сложной задачей в крупных масштабах, но команда говорит, что производство этого материала в промышленных масштабах может развернуться в следующем десятилетии или около того.

В будущем команда планирует продолжить совершенствование конструкции ядерной батареи и уже определила несколько способов увеличения заряда батареи. Это включает в себя обогащение никелем-63, изменение структуры алмазных конвертеров и придание этим конвертерам большей площади поверхности.

Статья с описанием новой конструкции ядерной батареи была опубликована в журнале Diamond and Related Materials.

Источник: Московский физико-технический институт

Российские ученые увеличивают заряд аккумуляторов, выясняя, как удвоить емкость — Science & Space

МОСКВА, 13 декабря. / ТАСС /. Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ), Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН и Национального исследовательского технологического университета МИСиС нашли способ увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов вдвое. Для этого им пришла в голову идея использовать в качестве анода графен и дисульфид ванадия.Открытие описано в статье, недавно опубликованной в Journal of Physical Chemistry C.

«Результаты нашего исследования показывают, что структуры, состоящие из графена и дисульфида ванадия, могут быть использованы в качестве перспективного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной емкостью и скоростью заряда», — пишут авторы в исследовательской статье.

Литий-ионные батареи — это перезаряжаемые батареи, которые сегодня используются в большинстве электронных устройств, включая все современные смартфоны.Этот тип батареи имеет два электрода: положительно заряженный анод и отрицательно заряженный катод, разделенные полимерным материалом. При подключении к розетке ионы лития перемещаются от катода к аноду, а при передаче энергии происходит обратный процесс.

Исследователи предложили использовать комбинацию графена и дисульфида ванадия. Емкость такого материала обеспечивается тем, что ионы лития связаны не только на поверхности (как в обычных батареях), но и между слоями материала.Один из этих слоев — графен, двумерная модификация углерода, а второй — дисульфид ванадия (VS2). Общая толщина двухслойной пластины составляет около одного нанометра. Расчеты показывают, что удельная емкость анодного материала в таком случае достигает 569 мАч на грамм, что почти вдвое больше, чем у чистого графита, часто применяемого в современных аккумуляторах.

Подвижность ионов лития внутри материалов анода также обеспечивает высокую скорость заряда. Эти литий-ионные батареи могут заряжаться значительно быстрее, даже при низких температурах в окружающей среде.

Росатом построит в России завод по производству литий-ионных аккумуляторов мощностью 2 ГВтч — pv magazine International

Российский ядерный энергетический гигант Росатом приобрел 49% акций Enertech International, южнокорейского производителя литий-ионных аккумуляторов, и объявил о планах строительства гигафабрики в неуказанном месте в России. Начало производства намечено на 2025 год.

Российская государственная компания по атомной энергии «Росатом» (Росатом) приобрела 49% акций южнокорейского производителя литий-ионных аккумуляторов Enertech International.

Росатом не раскрыл финансовых условий сделки, но сообщил, что соглашение включает строительство завода по производству систем хранения 2 ГВтч в неустановленном месте в России к 2030 году.

«Начало первой стадии производства запланировано. запланировано на 2025 год », — сказали в Росатоме. «Литий-ионные аккумуляторы российского производства будут применяться в электромобилях (автобусах и легковых автомобилях), спецтехнике и в электрических сетях».

Ожидается, что новый завод увеличит производственные мощности Росатома и облегчит доступ на зарубежные рынки.

«Кроме того, местное производство в России означает не только новые технологии и продукты, но и новые рабочие места», — сказала Наталья Никипелова, президент Топливной компании ТВЭЛ (ТВЭЛ), которую Росатом создал в октябре для входа в бизнес по хранению энергии. .

Представитель Росатома сообщил журналу pv при создании ТВЭЛ, что предприятия группы занимаются разработкой накопителей энергии с 2018 года. «Но теперь, наконец, создана специализированная компания для планомерного развития этого бизнеса», — пояснил представитель компании. .

ТВЭЛ уже производит модульные литий-ионные тяговые батареи для электромобилей, а также системы хранения энергии для аварийного электроснабжения, возобновляемых источников энергии и сглаживания спроса на нагрузку.

Атомные электростанции российского государственного конгломерата в настоящее время покрывают около 20% всей потребности России в электроэнергии.

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.

Японские стартапы по производству аккумуляторов выводят мир за пределы литий-ионных

OSAKA — Какое будущее у аккумуляторов? Текущий источник энергии — от смартфонов до дронов и электромобилей — литий-ионный аккумулятор. Но стартапы в Японии борются за создание высокопроизводительных силовых агрегатов, которые могли бы стать следующим мировым стандартом.

В портовом городе Иокогама телефон компании не перестает звонить.

«Можем ли мы проверить производительность?»

«Мы хотим создать партнерство.

На другом конце линии — американские и европейские производители автомобилей и дронов. Они стремятся опробовать новые аккумуляторы или сотрудничать с 3Dom, стартапом, который появился в Токийском столичном университете в 2014 году.

Вначале Это был персональный спектакль. Киёси Канамура, профессор университета, был единственным инженером 3Dom. С тех пор инженеры из крупных производителей бытовой техники, таких как Panasonic, и автопроизводители собрались под его началом, соблазненные обещанием заняться новой деятельностью. .

Сейчас в компании работает около 70 коллег-инженеров, половина из которых присоединилась к нам в прошлом году.

Аккумуляторы — сильная сторона корпоративной Японии, но в последние годы промышленность, производящая их, столкнулась с упорными китайскими и южнокорейскими конкурентами. Теперь надежды Японии остаться в числе мировых тяжеловесов на рынке, который, как ожидается, к 2035 году будет стоить более 2,7 триллиона иен (25 миллиардов долларов), зависят от способностей ее инженеров.

3Dom нацелен на коммерциализацию литий-металлической батареи к 2022 году.

Стартап заявляет, что его батарея может производить вдвое больше энергии, чем литий-ионный источник питания аналогичного веса, и ее производительность уже была продемонстрирована. Кроме того, компания заявляет, что ее аккумулятор может значительно увеличить пробег электромобиля на одной зарядке.

Производитель надеется, что однажды его продукция будет использоваться в летающих автомобилях.

В то время как углеродные материалы в настоящее время используются для отрицательных электродов большинства литий-ионных аккумуляторов, 3Dom использует металлический литий, преимущество которого заключается в простом увеличении емкости аккумулятора для хранения электричества, но он склонен к короткому замыканию и воспламенению.

Возгорание вызвано явлением, при котором кристаллы ветвистой формы растут на поверхности отрицательного электрода из-за неравномерной химической реакции. Компания разработала сепаратор, который контролирует это явление, известное как дендрит. Сепаратор имеет сферические отверстия диаметром несколько сотен нанометров (один нанометр составляет одну миллиардную метра), которые расположены в идеальном порядке. Единый размер и упорядоченное расположение отверстий обеспечивают равномерный поток ионов и единообразную химическую реакцию.

Сепаратор изготовлен из полиимида, высокотермостойкого пластика, который не горит даже при 400 ° C. В настоящее время компания 3Dom производит литий-ионные батареи в пригороде Сиэтла и планирует построить еще один завод в США, возможно, в следующем году. в процессе подготовки к производству батареи нового поколения.

С более широким использованием электромобилей и дронов рынок литий-ионных аккумуляторов растет, и производители наращивают усилия по разработке технологий следующего поколения, которые позволят использовать более емкие, безопасные и долговечные батареи.

Исследователь Фуджи Кейзай ожидает, что мировой рынок аккумуляторов следующего поколения в этом году составит 4,2 миллиарда иен, а к 2035 году — 2,7 триллиона иен.

Китайская компания Contemporary Amperex Technology, более известная как CATL, является крупнейшим в мире производителем автомобильных аккумуляторов. Panasonic занимает второе место, а южнокорейская LG Chem, крупный поставщик европейских автопроизводителей, занимает третье место. Все трое прилагают все усилия для разработки источников питания следующего поколения.

Самым многообещающим блоком питания завтрашнего дня может стать полностью твердотельный аккумулятор, который можно сделать более компактным, чем современные батареи.Его также можно быстро заряжать. Toyota Motor и Panasonic, которые совместно с Tesla эксплуатируют аккумуляторные батареи, развивают эту технологию.

Между тем, стартап Azul Energy в Сендае фокусируется не на полной батарее, а на материалах, которые определяют производительность.

«А разве не интересно использовать этот пигмент в качестве катализатора?» Хироши Ябу, доцент Университета Тохоку, специализирующийся на материаловедении, был вдохновлен комментарием, сделанным его учеником несколько лет назад.Ябу считал, что такая возможность существует, хотя «почти не было случаев, когда пигмент использовался в качестве катализатора для батарей».

Ябу сосредоточился на батарее металл-воздух, в которой кислород воздуха используется в качестве реакционного материала для положительного электрода и металл в качестве реакционного материала для отрицательного электрода. Металлические батареи могут накапливать и разряжать в 3-10 раз больше электричества, чем литий-ионные батареи; они считаются «совершенной батареей».

Однако металл-воздушные батареи могут вырабатывать лишь небольшое количество электрического тока, что делает их непригодными для использования в электромобилях, несмотря на их отличные зарядно-разрядные свойства.В настоящее время 90% применений этих батарей приходится на слуховые аппараты.

Когда Ябу использовал железный пигмент в качестве катализатора для электрода вместо обычного марганца, количество электрического тока, получаемого за один раз, увеличилось на 20–30%. Он стремится еще больше увеличить емкость, чтобы батареи можно было использовать в дронах. Azul планирует использовать катализатор для совместной разработки продукта металл-воздух с производителем аккумуляторов.

Azul приветствовал Кодзю Ито, инженера Fujifilm, в качестве президента и одного из основателей.Ито колебался, когда его пригласил Ябу, но решил принять предложение, поскольку он «хотел отважиться на новую область, которую трудно освоить в большой компании».

AC Biode, стартап из Киото, разработал батарею, которая заряжается и разряжается переменным током вместо постоянного. По заявлению компании, она называется аккумулятором переменного тока и работает на 30% дольше на одной зарядке, чем литий-ионные аккумуляторы аналогичного размера. В 2019 году AC Biode получила инвестиции от InnoEnergy, голландской компании, созданной организацией Европейского Союза, которая оказывает финансовую помощь инновационным проектам исследований в области энергетики.

Connexx Systems, стартап в Сейке, префектура Киото, разрабатывает батарею Shuttle, которая вырабатывает электричество путем смешивания водорода с кислородом. Аккумулятор производит водород из железного порошка и воды, а затем подает его в топливный элемент.

Корпоративная Япония раньше контролировала рынок литий-ионных аккумуляторов, но в последние годы уступает своим конкурентам в Китае и Южной Корее. Тем не менее, страна сохраняет преимущества в основных компонентах и ​​материалах. Asahi Kasei и Toray Industries в совокупности занимают около 30% рынка сепараторов.Для материалов положительных электродов Sumitomo Metal Mining сохраняет прочность.

Хотя у стартапов есть возможности, им будет нелегко прорваться на рынок автомобильных аккумуляторов, поскольку он запутан прочными отношениями между основными производителями аккумуляторов и автопроизводителями. «Чтобы выжить в конкурентной борьбе, — сказал Тан Джин, старший научный сотрудник Mizuho Bank, который следит за рынком аккумуляторов, — им нужно будет быстро расширить производство в сотрудничестве с основными производителями аккумуляторов и клиентами.«

Вы знаете, откуда у вас батарейки?

Эта статья является частью серии статей о создании батарей будущего. Как мы можем создать батареи, которые нам понадобятся для питания нашей электроники, транспорта и промышленности, и что нам мешает? Вы можете прочитать остальную часть серии здесь.

Люди в восторге от аккумуляторов, от электромобилей до проекта Tesla по хранению энергии на 129 мегаватт-часов в Южной Австралии. Но часто упускается из виду один важный вопрос: сырье, необходимое для создания этой технологии — откуда оно берется, и их экологическая стоимость.

Новые типы батарей, такие как ванадиевые «проточные батареи», все еще отстают по характеристикам от литий-ионных (используемых Tesla). Другие технологии сталкиваются с серьезными препятствиями, прежде чем они станут коммерчески доступными.

Это означает, что на данный момент спрос на литий-ионные батареи для использования в портативной электронике, гибридных транспортных средствах и электроинструментах будет только расти. По прогнозам, спрос на литиевые батареи резко возрастет, что приведет к более чем удвоению общего спроса на литий к 2025 году.

Этот спрос привел к активным инвестициям, сначала в литий, а в последнее время в материалы электродов, необходимые для этих батарей, включая графит, никель и кобальт.

Нам необходимо тщательно подумать о безопасности источников материалов для литий-ионных аккумуляторов, а также о влиянии их добычи на окружающую среду.

Где найти литий?

Чтобы получить литий в батарее, нужно не просто выкопать его.

В настоящее время основными производителями лития являются Австралия, Чили, Аргентина и Китай, при этом на Австралию и Чили приходится около 75% от общего объема.

Эти четыре страны также обладают крупнейшими запасами лития. В частности, считается, что в Чили имеется более 50% известных экономических запасов (часть минеральных ресурсов, которые, как ожидается, будут извлечены с прибылью).

Однако Аргентина и Боливия к настоящему времени выявили более 9 миллионов тонн литиевых ресурсов каждая (классификация полезных ископаемых с большей неопределенностью в отношении того, можно ли их добыть и по какой цене).

Из-за концентрации запасов в Южной Америке регионы с наибольшим литиевым потенциалом часто называют «литиевым треугольником». Некоторые аналитики предсказывают, что если энергия батарей заменит нефть, Южная Америка станет «новым Ближним Востоком».

Влияние добычи лития на окружающую среду

Добыча лития оказывает различное воздействие на окружающую среду в зависимости от способа добычи.

Австралия, например, в основном производит литий из руд твердых горных пород.В других странах, в том числе в Южной Америке, его чаще производят из рассолов.

Для производства лития из руды руду обычно дробят. Затем химические вещества и высокие температуры используются для отделения лития от остальной породы.

Производство лития таким способом требует изменений в землепользовании — расчистки земель, рытья шахт и складирования пустой породы. Для получения конечного продукта также требуются значительные затраты энергии и химикатов.

Для рассолов из земли выкачивается концентрированный раствор лития природного происхождения (смешанный с другими солями, содержащими натрий, магний и калий, если он встречается в естественных условиях). Его помещают в большие пруды, чтобы испарить лишнюю воду и отделить другие соли в течение многих месяцев. Оставшееся соединение лития затем очищается и обрабатывается.

Что касается рассолов, то основная проблема окружающей среды, особенно в Чили, заключается в том, что их добыча может повлиять на водоснабжение в пустынных районах.Он также использует некоторые химические вещества для очистки.

Многие аналитики считают, что литий из рассолов предпочтительнее с экологической точки зрения, поскольку при использовании существующих методов воздействие ниже.

Конечно, растущий спрос может изменить это и увеличить экологические издержки: рассолы можно будет быстрее испарять за счет тепла (возможно, из ископаемого топлива или концентрированной солнечной энергии). Размер пруда также можно было увеличить.

Где взять остаток батареи?

Графит

В запасах графита преобладают три страны: Турция (36%), Бразилия (29%) и Китай (22%), но в настоящее время в производстве доминирует Китай.Согласно оценке производства в 2015 году, Китай произвел до 82% от мирового производства, но в отчетах часто есть расхождения.

Графит также может быть получен синтетическим путем, но здесь рассматривается только природный графит, поскольку в настоящее время его легче производить.

Кобальт

Некоторые материалы, необходимые для батарей, добываются и очищаются не там же. Это особенно верно в отношении кобальта: в 2015 году Демократическая Республика Конго произвела большую часть добытого кобальта, но Китай был крупнейшим производителем очищенного металла.

После этих двух основных игроков Канада и Австралия играют умеренно важные роли как в добыче, так и в переработке. Австралия занимает второе место в списке запасов кобальта, на ее долю приходится около 14% мировых запасов.

Никель

Никель — наименее централизованный из рассматриваемых здесь металлов. Он широко распространен, добывается широко, и в 2015 году доминирующие производители владели только оценочными долями до 20% (Филиппины, горнодобывающая промышленность) и 30% (Китай, переработка). Считается, что на Австралию приходится 24% мировых запасов.

Экологически добыча кобальта и никеля определяется типом и содержанием руд, а также их местонахождением.

Обычно руды, которые легче добывать и добывать, уже эксплуатируются, оставляя более глубокие и сложные месторождения на будущее.

По этой причине, в отличие от лития, экологическое воздействие этих минералов может возрасти. Более глубокие рудники и более низкие содержания приводят к большему количеству пустой породы, большему потреблению энергии, связанному с выбросами парниковых газов, и большему количеству химических веществ, используемых на тонну.

Риски цепочки поставок

Для превращения минералов в батареи требуется цепочка поставок, и каждый этап — добыча, переработка, переработка, производство — может представлять собой узкое место.

Производители, такие как производители электромобилей, должны быть обеспокоены тем, что поставка одного из ключевых минеральных компонентов или инфраструктуры по переработке и переработке может стать слишком централизованной в одной стране.

Без различных вариантов источников вероятность ограничения поставок становится более вероятной.

Рассмотрим пик цен на редкоземельные элементы в период с 2009 по 2012 год, который был вызван высокой степенью централизации поставок. В то время большая часть редкоземельных элементов производилась в Китае, и ограничение экспорта по якобы политическим причинам вызывало опасения, что будет недостаточно поставок таких компонентов, как магниты, используемые в ветряных турбинах и двигателях электромобилей.

В настоящее время графит достаточно централизован, потому что его добывают меньше стран, но запасы более диверсифицированы. Поскольку в обозримом будущем почти половина мировых запасов кобальтовой руды сосредоточена в Демократической Республике Конго, а значительная часть перерабатывающих мощностей находится в Китае, цепочка поставок может оказаться более уязвимой.

В конце концов, вполне возможно, что правительства снова ограничат предложение.

В этом сценарии Демократическая Республика Конго не занимает первое место в списке предпочтительных поставщиков.Он плохо оценивается по большинству показателей Всемирного банка из-за напряженной политической ситуации, в то время как Китай оценивается лучше. Но, как показал Китай на примере редкоземельных элементов, все еще существует неопределенность в отношении его надежности как поставщика.

Где остается литиевая батарея?

Поставка основных материалов для литиевых батарей в ближайшее время не будет под угрозой, но спрос, вероятно, откроет новые области для добычи, что приведет к новым рискам.

Политическая ситуация в странах с большой долей резервов и крупной долей в обработке этих металлов может быстро стать неопределенной.Разрешат ли такие страны, как Боливия, неограниченный экспорт лития? Ограничат ли поставки кобальта Демократическая Республика Конго или Китай?

С экологической точки зрения будущее литий-ионных аккумуляторов также вызывает беспокойство. Производство электродных материалов может стать более вредным для окружающей среды. С другой стороны, влияние самого предложения лития, вероятно, улучшится.

В конечном счете, переработка лития должна сыграть роль в снижении политических, экологических и экономических рисков в будущем, но высокие темпы переработки литиевых батарей еще предстоит увидеть.

Аккумулятор для электромобиля с запасом хода 600 миль? Этот стартап утверждает, что сделал это

Производители электромобилей давно настаивают на прорыве в области аккумуляторных батарей, который улучшит дальность действия их автомобилей, а также продлит срок их службы. Швейцарский стартап Innolith заявляет, что его новые литий-ионные аккумуляторы высокой плотности способны именно на это.

Компания утверждает, что выпустила первую в мире аккумуляторную батарею на 1000 Втч / кг. (Ватт-часы на килограмм — это единица измерения, обычно используемая для описания плотности энергии в батареях.Для сравнения: батареи, которые Tesla использует в своей модели 3 — так называемые 2170 ячеек — оцениваются примерно в 250 Втч / кг; компания планирует в конечном итоге довести этот показатель до 330 Втч / кг. Между тем, Министерство энергетики США финансирует программу по созданию аккумуляторных элементов мощностью 500 Втч / кг. Если утверждения Innolith подтвердятся, его батарея высокой плотности, возможно, просто перепрыгнула через эти цели.

«Это большой скачок», — сказал председатель Innolith Алан Гриншилдс в интервью The Verge .«По сути, это в четыре раза больше, чем нынешний уровень развития литий-ионных аккумуляторов … Примерно в три раза больше, чем принято считать следующим усовершенствованием лития. И это вдвое больше целевого показателя плотности энергии, установленного такими организациями, как Министерство энергетики США. Так что это большое дело ».

Батарея с такой плотностью могла бы обеспечить питание электромобиля на 1000 километров (621 милю) на одной зарядке. Это намного больше, чем у нынешних литий-ионных аккумуляторов, представленных сегодня на рынке.Аккумуляторы Tesla, производимые Panasonic, могут поддерживать дальность действия 330 миль в самых дорогих моделях. Большинство крупных автопроизводителей стремятся к аналогичному диапазону своих электромобилей.

Другие, например производитель электромобилей Хенрик Фискер, возлагают надежды на технологию твердотельных аккумуляторов, которая, по их утверждениям, может обеспечить дальность действия до 500 миль. Большинство современных электромобилей питаются от «мокрых» литий-ионных аккумуляторов, в которых для перемещения энергии используются жидкие электролиты.В твердотельных батареях есть элементы, которые сделаны из твердого и «сухого» проводящего материала, но эта технология все еще застряла в лаборатории и не запущена в производство.

Innolith по-прежнему использует «влажные» жидкие электролиты в своих литий-ионных батареях, но есть одно существенное отличие: компания заменяет органический (и легковоспламеняющийся) растворитель, содержащий электролиты, на неорганическое вещество, которое является более стабильным и менее горючим.

«Мы убираем органические материалы и заменяем их неорганическими или в основном солеподобными материалами, и это дает вам две вещи», — говорит Гриншилдс. «Во-первых, это избавляет вас от риска возгорания, поэтому, конечно, нечего гореть. И вторая часть заключается в том, что вы также избавились от наиболее реактивных компонентов в системе, что упрощает сборку батареи, в которую вы можете вложить много энергии, при этом она не станет нестабильной ».

Органические материалы, содержащиеся в большинстве литий-ионных батарей, являются «основным источником побочных реакций», которые со временем могут потреблять активные материалы в батарее и превращать всю замкнутую систему в нечто «непродуктивное», он добавляет.Innolith утверждает, что его новая батарея решила эту проблему.

Innolith заявляет, что выведет на рынок свою инновационную новую батарею посредством первоначального пилотного производства в Германии, после чего последует лицензионное партнерство с крупными аккумуляторными и автомобильными компаниями. (Гриншилдс назвал Индию одной из стран, которая может быть заинтересована в технологиях Innolith.) Разработка и коммерциализация, вероятно, займут от трех до пяти лет, а это означает, что батарея компании не будет готова к выходу на рынок не раньше 2022 года.

Многое может случиться с настоящего момента, как хорошо знают Гриншилдс и генеральный директор Innolith Сергей Бучин. Ранее эти двое были главным техническим директором и главным операционным директором швейцарского производителя аккумуляторов Alevo соответственно. Эта компания объявила о банкротстве в 2017 году, сделав большую ставку на производственные мощности в Шарлотте, Северная Каролина. Даже вложение российского миллиардера, связанного с президентом Трампом, в конечном итоге не могло спасти компанию.

После подачи главы 11 Гриншилдс и Бучин организовали покупку интеллектуальной собственности Alevo и открыли головной офис в Базеле, Швейцария. Они также купили научно-исследовательский центр в Брухзале, Германия, где намереваются запустить свое опытное производство.

Компания не совсем теоретическая. Компания передала лицензию на технологию аккумуляторов компании PJM Grid, которая, согласно ее веб-сайту, «координирует движение оптовой электроэнергии во всех или некоторых частях Делавэра, Иллинойса, Индианы, Кентукки, Мэриленда, Мичигана, Нью-Джерси, Северной Каролины, Огайо, Пенсильвании, Теннесси, Вирджиния, Западная Вирджиния и округ Колумбия.«PJM тестирует аккумулятор Innolith« GridBank »в масштабе в Хагерстауне, штат Мэриленд.

«Это первый случай, когда перезаряжаемая литиевая батарея, использующая неорганические электролиты, была коммерчески развернута», — сказал Гриншилдс. Мы надеемся, что это поможет укрепить репутацию Innolith, поскольку он готовится запустить в производство свои высокоэнергетические батареи с высокой плотностью размещения. В прошлом были заявления о крупных достижениях в области аккумуляторных технологий, но мало что можно сказать об этом. Руководители компании осознают, что им необходимо будет самостоятельно проверить свои заявления, прежде чем кто-либо выйдет в очередь за их продуктами.

«Я думаю, что Томас Эдисон сказал, что величайшим негодяем был человек, утверждающий, что у них есть прорыв в области аккумуляторных батарей», — сказал Джулиан Таннер, директор по маркетингу Innolith. [ Примечание: я не смог найти эту точную цитату, но это интервью 1883 с Эдисоном , кажется, затрагивает более широкие вопросы о прорыве в области аккумуляторных батарей. ]

Тем не менее, Innolith не боится показаться негодяем, если это означает изменение будущего аккумуляторных технологий. «Мы действительно сделали прорыв в области аккумуляторов, который навсегда изменит ситуацию», — сказал Таннер.

российских ученых определили механизм накопления энергии анода натрий-ионной батареи

Ученые из Сколтеха и Московского государственного университета (МГУ) определили тип электрохимической реакции, связанной с накоплением заряда в материале анода для натриево-ионных аккумуляторов (SIB), нового многообещающего класса электрохимических источников энергии. Их выводы, а также метод производства анодов, разработанный той же командой, помогут приблизить коммерциализацию SIB в России и за ее пределами.Исследование было опубликовано в журнале Electrochimica Acta .

Сегодня литий-ионные батареи (LIB) являются наиболее популярными электрохимическими источниками энергии, используемыми в различных приложениях, охватывающих диапазон от мобильных телефонов (несколько ватт-часов) до буферных систем на электростанциях (миллионы ватт-часов). Спрос на LIB и средний размер устройств хранения постоянно растет, однако эта тенденция роста сталкивается с множеством препятствий, таких как высокая стоимость солей лития, ограниченные мировые запасы лития и неравномерное распределение литийсодержащих отложений по странам.Чтобы преодолеть эти препятствия, ученые всего мира, в том числе Россия, работают над SIB, альтернативной технологией, которая может бросить вызов как LIB, так и широко используемым свинцово-кислотным аккумуляторам.

Натрий — шестой по распространенности элемент в земной коре. Его соли примерно в 100 раз дешевле лития. Хотя натрий похож на литий с точки зрения химических свойств, у натрия есть и другие отличия, которые требуют новых подходов в разработке SIB. Батарея состоит из трех основных компонентов: катода, анода и электролита.Существует большое разнообразие составов и структур, которые могут подходить для катодов или электролитов СИП, в то время как анод по-прежнему остается камнем преткновения. Графит, который успешно используется в LIB, не подходит для SIB, потому что размеры шестиугольников углерода и катионов натрия слишком сильно различаются, чтобы обеспечить интеркаляцию. Кажется, что твердый углерод — единственный материал, который действительно можно использовать в аноде. Твердый углерод, образованный неправильным расположением искаженных графитоподобных слоев, демонстрирует свойства накопления ионов натрия, сравнимые со свойствами графита в LIB, однако до сих пор остается неясным, почему и как это происходит.

«Существует несколько гипотез относительно того, как натрий может быть введен в твердый углерод. В нашем исследовании мы подтвердили и немного расширили одну из них. Мы обнаружили, что твердый углерод проявляет поведение интеркаляционного типа, чтобы накапливать большую часть заряда, что очень хорошо. Новости. Интеркаляция — это именно то, что нужно батарее, в то время как поверхностные процессы, связанные с «псевдоемкостью», являются обязанностью суперконденсаторов, которые образуют очень узкую нишу среди химических источников энергии. Как ни странно, наш японский коллега и научный руководитель нашего главного исследователя и МГУ Аспирант Зоя Бобылева поначалу придерживалась совершенно иной точки зрения.Он является одним из ведущих мировых экспертов в области SIB и твердого углерода, и нам было трудно убедить его в своей правоте, но мы сделали это! »- говорит Олег Дрожжин, руководитель проекта и старший научный сотрудник Центра энергетики, науки и технологий Сколтеха. (CEST) и МГУ.

В прошлом году Нобелевские премии по химии были присуждены трем ученым «за разработку литий-ионных аккумуляторов». Один из победителей получил свой приз за счет твердого углерода, анодного материала, который дал жизнь технологии LIB около трех десятилетий назад и позже был заменен графитом.Теперь твердый углерод снова может дать начало новой технологии.

«Эта работа примечательна не только тем, что показывает, как твердый углерод работает в натрий-ионной системе, но и тем, что находит способ производить твердый углерод с емкостью более 300 мАч / г, сопоставимой с емкостью графита в LIB. Создание и оптимизация новый метод требует много кропотливых усилий, которые обычно остаются за кадром и почти никогда не освещаются в научных статьях, поэтому для нас важно показать конечный результат: нам удалось создать хорошие анодные материалы для SIB, и мы знаем, как они работа », — комментирует Евгений Антипов, профессор Сколтеха, заведующий кафедрой электрохимии химического факультета МГУ.

###

Исследование выполнено в сотрудничестве с Токийским научным университетом и Страсбургским университетом при финансовой поддержке Российского научного фонда (RSF).

Заявление об отказе от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.