Давайте сравним батареи легендарных гибридов General Motors. В 1997 году использовались свинцово-кислотные аккумуляторы; их размер достигал почти 8 футов в длину и весили они по 1200 фунтов. Сегодня же используются литий-ионные аккумуляторы, с одинаковым запасом энергии (16 киловатт-часов) в 5-футовом контейнере весом только 400 фунтов.

Существует не только один литий-ионный аккумулятор, и пресса часто этим грешит. Существует несколько различных химических составов для электродов, конкурирующих между собой; у каждого есть свои за и против. “Ни один из материалов не будет идеальным,” говорит Клаус Брандт, руководитель немецкой фирмы-производителя аккумуляторов Gaia. Анод (или отрицательный электрод) обычно делается из графита, а вот химический элемент катода (положительного электрода) широко меняется. Этот фактор, как и любой другой, определяет емкость аккумулятора. Главная его особенность – это скорость притягивания и высвобождения свободных литиевых ионов. У каждого из полимерных катодных материалов есть свои преимущества в отношении цены, срока эксплуатации, безопасности и других характеристик. Давайте теперь рассмотрим основных полимерных претендентов.

Диоксид кобальта

Диоксид кобальта – самый популярный сегодня среди малых аккумуляторов (например, в мобильном телефоне или наладоннике). Он был испытан рынком в течение 15 лет, и его цена известна, хотя как и никель, кобальт стоит дороговато. Кобальт является более активным химическим элементом, чем никель или марганец, а значит, высвобождает больше электричества при взаимодействии с графитовыми анодами, давая более высокое напряжение. У него самая высокая энергетическая плотность – однако, полностью заряженный, он быстро окисляется (возгорается) из-за короткого внутреннего замыкания. Это может привести к тепловому убеганию, где от одной батареи воспламеняются соседние, воспламеняя сразу почти весь аккумулятор (все помним видеоролики про горящие ноутбуки на YouTube?). Кроме того, внутреннее полное сопротивление кобальтовой батарейки – то есть степень, в которой он “сопротивляется” переменному току – растет не только с количеством использований, но также и со временем. Это означает, что неиспользованная в течении пяти лет кобальтовый аккумулятор дает меньше энергии, чем совершенно новый.

Производство аккумуляторов из диоксида кобальта ведется в основном в Японии, Южной Корее и Китае, а основным их потребителем являются электромобили Tesla Motors. В комплекте используются чувствительные элементы, изоляция, и система жидкостного охлаждения, предохраняющая от возгорания в случае любого высвобождения энергии.

Никель-кобальт-марганец (NCM)

Никель-кобальт-марганец (NCM) гораздо легче сделать. Марганец дешевле кобальта, но это в электролите он немного растворяется – от чего его срок службы короче. Если заменить части кобальта никелем и марганцем, то аккумулятор может получить либо более высокую мощность (напряжение), либо большую энергетическую плотность, но не и то и другое вместе. NCM остается восприимчивым к тепловому убеганию, хотя меньше так чем диоксид кобальта. Его долговечность все еще не определена, и никель и марганец сейчас дорого стоят. Его производителями являются Hitachi, Panasonic, и Sanyo.

Никель-кобальт-алюминий (NCA)

Сплав никель-кобальт-алюминий (NCA) подобен NCM, разве что только алюминий меньше стоит. Компании, выпускающие NCA, – это, прежде всего, Toyota и Johnson Controls-Saft, совместное предприятие автомобильного производителя Milwaukee и французского завода аккумуляторов.

Шпинель оксида марганца (MnO)

Шпинель оксида марганца (MnO) предлагает более высокую мощность по более низкой цене, нежели кобальт, потому что его трехмерная кристаллическая структура дает большую поверхностную площадь, а значит ионный поток лучше двигается между электродами. Но есть один недостаток – намного более низкая энергетическая плотность. GS Yuasa, LG Chem, NEC-Lamilion Energy, и Samsung выпускают аккумуляторы с такими катодами; LG Chem – одна из конкурирующих компаний, использующих аккумуляторы в Chevrolet Volt.

Фосфат железа (FePo)

Фосфат железа (FePo) мог бы стать самым перспективным новым катодом, потому что он стабилен и безопасен. Относительно недорогой, а связи между железом, фосфатом, и атомами кислорода настолько сильны, чем между атомами кобальта и кислорода, что кислород гораздо хуже отделяется при перезарядке. Никаких проблем с перегреванием. К сожалению, аккумуляторы из фосфата железа работают при более низком напряжении, чем кобальтовый аккумулятор, поэтому, чтобы получить мощность достаточную для работы двигателя, батарей должно быть больше. Компания A123 Systems – которая также хочет получить контракт с Volt, – использует нанотехнологии в их FePo-катодах, которые по их словам производит больше энергии и увеличивает срок службы. Другими производителями являются Gaia и Valence Technology.

http://hybridcars.com.ua/litij-ionnyj-akkumulyator/

Аккумуляторные батареи