Какая технология сможет сместить литийионные аккумуляторы с лидирующей позиции? И когда?

В конце 2020 года выпустили огромную литийионную батарею. Её ёмкости хватит, чтобы обеспечить энергией 225 тысяч домов в течение четырёх часов. И работает она по тому же принципу, что и аккумулятор в Вашем смартфоне.

Литийионные аккумуляторы встречаются повсеместно: ими оснащены смартфоны, планшеты, электромобили, ноутбуки и огромное количество бытовой техники.

Принцип работы максимально прост. Аккумулятор состоит из отрицательного и положительного электрода. Анод и катод. Минус и плюс. Чаще всего плюс изготавливают из оксида кобальта, а минус из графита. Встречается множество вариантов.

На минусе в графите находятся литиевые атомы, содержащие отрицательные частицы, которые плюс хочет забрать к себе из-за их недостатка. Однако специальный сепаратор или же жидкий электролит препятствуют этому процессу, т.к. передают лишь положительный заряд.

Плюс и минус подключают к соответствующим выходам устройства, и литиевые атомы устремляются по длинному маршруту через весь ноутбук/смартфон/электромобиль на плюс. Когда литий теряет электрон, он превращается в положительный ион и попадает на плюс без препятствий.

Этот процесс будет происходить до тех пор, пока подключен потребитель, и пока на минусе не остаётся электронов лития. Тогда аккумулятор разряжается. После подключения блока питания запускается химическая реакция, и электроны лития возвращаются на минус. Аккумулятор заряжен, процесс можно начинать заново.

Первый коммерческий литийионный аккумулятор появился 30 лет назад в любительской видеокамере от Sony. Литийионный аккумулятор незначительно дорабатывался, но общий принцип остался неизменным.

В одной из статей мы упоминали о строительстве аккумуляторной сети мощностью 1.2 гигаватта в Австралии. Запланированная сеть, равно как и самая большая батарейка в мире на берегу Калифорнии, в сущности является просто литийионным аккумулятором, только большего масштаба.

Постройкой больших аккумуляторов решают проблему с излишками электроэнергии. К примеру, в солнечную погоду солнечные панели накапливают максимальное количество электроэнергии, но эти часы не совпадают с часами максимальной нагрузки на сети электроэнергии (как правило это вечерние и утренние часы). Именно там и хранятся излишки чистой, экологичной энергии, которые могут пригодиться в дальнейшем.

Само собой, такой тип батарей не является идеальным. И пусть он выгодно отличается от остальных стоимостью, небольшими габаритами и ёмкостью, но вопрос безопасности все ещё остаётся открытым. Наилучшим примером является нашумевший смартфон Samsung Galaxy Note 7, где из-за недостаточной жесткости конструкции мог возникнуть изгиб в верхнем правом углу аккумулятора. Это обеспечивало контакт плюса с минусом, и, как следствие — происходило короткое замыкание.

К счастью, Galaxy Note 7 является скорее исключением из правил, и если не подвергать аккумуляторы экстремальным условиям (сильные удары, температура горения), они будут стабильно работать. Да, они страдают от саморазряда, со временем теряют ёмкость, зависимы от температур, но для потребителя литийионные аккумуляторы идеальны по соотношению цены и характеристик.

На протяжении пары десятков лет периодически появляются новости о революции в мире аккумуляторов. Например, мы с нетерпением ждём тех же графено-алюминиевых аккумуляторов. К сожалению, с новыми наработками всегда что-то бывает не так. Например, большое количество циклов повторного заряда осуществимо лишь для миниатюрных батарей, или же батарея сильно потеряет в ёмкости уже через 10 циклов.

Бывают и вовсе необычные решения. Чего только стоит аккумулятор на основе топливной ячейки, работающей на метаноле. Такую батарею 17 лет назад Toshiba установила в свой МР3 плеер.

Для зарядки нужно было долить метанола в аккумулятор. Одного кубического сантиметра хватало приблизительно на 10 часов работы. Но идея постоянно носить с собой запас метанола для мр3 плеера не заинтересовала широкую публику.

Есть ли аналоги литийионным аккумуляторам? Заменить их на сегодняшний день просто некому. Да, есть литийметаллические батареи от Solid Energy, над которым они начали работу ещё в 2012 году. И графено-алюминиевые батареи. Но все они пока еще в разработке. Остаётся лишь надеяться на очередную революцию в мире аккумуляторов, ведь последняя была 30 лет назад.

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В нашем штате около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Мы активно растем, и открыли много вакансий, в том числе и в регионах. Нам нужны инженеры-программисты, инженеры-конструкторы, ведущие инженеры-разработчики (DSP-программисты) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти в этой области и учиться у лучших — рады видеть вас в команде. Также мы готовы делиться экспертизой и важными новостями из мира automotive. Задавайте нам любые вопросы: ответим, обсудим.

Читать ещё полезные статьи: