8 технологій майбутнього для акумуляторів електромобілів і гібридів

Якими будуть акумуляторні батареї електромобілів майбутнього За підсумками 2018 року продажі Tesla...
Мідні нанопроволоки катода літію
Літій-повітряний карбон
літій кремнію
Гібрид вуглецево-пінного конденсатора
Літій-кремнієвий полімер
Літієве сіро-вуглецеве нановолокно
Літій-марганцеві композити, кремній-вуглецеві нанокомпозити
бонус

Якими будуть акумуляторні батареї електромобілів майбутнього
Наша сеть партнеров Banwar
За підсумками 2018 року продажі Tesla Roadster, Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Fisker Karma і Mitsubishi MiEV не великі. Проблема в акумуляторних батареях, що не дозволяють здійснювати тривалі поїздки без підзарядки через малої місткості.
Багатообіцяючі заяви вчених і підсумки випробувань акумуляторів для електромобілів, дають надію, що незабаром автомобіль буде проїжджати до 800 км на одному електродвигуні. Все йде до того, що через 10 років продажу електричних і гібридних (бензиново-електричних) авто, можуть досягти одного відсотка від загальних гігантських продажів автомобільного ринку. Це близько 150 тисяч одиниць на рік.
До 2017 року Toyota, використовувала нікель-металгідридні (Ni-MH) акумулятори (детальніше про акумулятор і їх видах тут ). Зараз на ринок виходять автомобілі з літій-іонними акумуляторами, які перевершують нікель-металгідридні в потужності і часу зарядки. У 2018 році електромобілі Prius, RAV4 і гібрид Prius вже поставляються з літій-іонними.
Так, літій-іонні акумулятори маленький крок для всього людства в світі альтернативних джерел палива . Але давайте будемо відверті: технології акумуляторів для електромобілів і гібридів як і раніше не йдуть в порівняння з бензиновим або дизельним двигуном. Жоден з електродвигунів не розрахований на відстань більше, ніж 500 км.
2017 Tesla Model S - 507 км
2017 Chevrolet Bolt EV - 383 км
2017 Hyundai Ioniq Electric - 200 км
2017 Ford Focus Electric - 185 км
2017 BMW i3 (94-амерная батарея) - 183 км
2017 Nissan Leaf - 172 км
2017 Mitsubishi i-MiEV - 94 км
Електричні силові агрегати дорожче бензинових еквівалентів, приблизно на 50%. Щоб продажу електромобілів почали зростання, повинен бути підвищений кілометраж пройденого шляху на одному акумуляторі і скорочена собівартість виробництва.
Ми підібрали кілька перспективних технологій для акумуляторів, які можуть прижитися в електромобілях. Акумулятори стануть новим альтернативним видом палива. Розробки ведуться в інститутах, лабораторіях і дослідницьких центрах США, Японії, Великобританії і. ... будете сміятися, Росії. Деякі розробки фінансуються з державної скарбниці.

Вуглецеві нанотрубки електрода літію

Більше позитивних іонів, більше електроенергії в акумуляторної батареї
(Розробляється в Массачусетському інституті технологій)

Використовуючи шари вуглецевих нанотрубок - сильних мікроскопічних порожніх ниток з відносно великою площею - вчені з Массачусетського інституту технологій розробляють катод (електрод, через який проходить потік електронів з акумулятора), який зберігає і вивільняє набагато більше позитивних іонів, ніж звичайні літієві акумулятори. Ідея полягає в тому, що новий катод збільшить кількість енергії, що зберігається в електричної батареї автомобіля і прискорить електричний потік в десять разів у порівнянні з існуючими продуктами. Також розвиток нових катодів акумулятора поліпшить твердотільні конденсатори і призведе до комбінації акумулятор / конденсатор, яка буде в змозі зберігати і поставляти набагато більше електроенергії, ніж будь-яке інше доступне аналогічний пристрій.

Про нанотрубки Массачусетський інститут розповів ще в 2010 році. Технологія готова до продажу, вся технічна документація підготовлена. Щоб вуглецеві нанотрубки електрода літію були застосовані в акумуляторах електромобілів технологію повинен купити зацікавився автовиробник і довести її до розуму застосувавши в автомобілях. Потім проведуть тест-драйви, ряд обов'язкових краш-тестів. Тільки після цього машини з нанотрубками в акумуляторах запустять в серійне виробництво. За нашими підрахунками, машини з цією технологією вийдуть не раніше, ніж через 5 років.

Мідні нанопроволоки катода літію

Надія міністерства енергетики США!
(Розробки веде Університет штату Колорадо)

У цьому акумуляторі пористий провідникової графітовий електрод буде замінений на мікроскопічно тонкі мідні дроти. Ця розробка називається 3D блоком, тому що ці тонкі проводи - товщиною в одну тисячну від товщини людської волосини - накопичують іони на всій своїй поверхні, а не тільки на плоскій металевій. Мідь менш чутлива до високих температур. Її здатність акумулювати іони набагато вище, ніж у графіту, який зараз використовується в літієвих акумуляторах.

Літієвий акумулятор з нанопроволокой вміщує і видає більше енергії, ніж звичайні літієві акумулятори електромобілів. Технологія настільки перспективна, що проект зацікавив міністерство енергетики США, де підтримують розробку електричних автомобілів. У розробку вже пішли перші фінансові вливання з державної скарбниці США.

Літій-повітряний карбон

Про що мовчить IBM?
(Розробки компанії IBM)

Мета розробок IBM - збільшення пройденого шляху автомобіля з електричною силовою установкою до 800 км. Машина покриє відстань між містами в 600 км і ще весь день буде їздити по місту на одному тільки електродвигуні.

Для цього компанія розробляє літій-повітряні батареї з потенціалом для набагато більшої щільності енергії, ніж в літій-іонних акумуляторах. IBM стверджує, що їх акумулятор працює довше на одній зарядці завдяки карбоновим електродів, в яких іони вступають в реакцію з киснем, але кисень не руйнує електролітній середовища. IBM зберігає режим тиші з приводу нової технології, яка тримає кисень під контролем, але повідомляється, що розробка проводилася на молекулярному рівні. Собівартість акумулятора теж тримається в таємниці. Літій-повітряні батареї навряд чи будуть комерційно доступні для виробників електричних автомобілів до 2020 року.

літій кремнію

Більше іонів! Більше!
(Розробник - Північно-Західний університет)

Гарольд Х. Кун, працює в школі інженерних і прикладних наук ім. Маккормік при Північно-Західному університеті. Він вивчає застосування кремнієвих електродів (зазвичай застосовуються вуглецеві), сподіваючись створити акумулятор великої ємності з великим діапазоном роботи. Кун стверджує, що, використовуючи гнучкі електроди і властивості кремнію розширюватися і скорочуватися при поглинанні і вивільненні іонів, літієвий акумулятор зможе зберігати в собі у багато разів більше іонів ніж звичайний. Такий акумулятор буде змушувати іони рухатися швидше - настільки швидко, що час зарядки електромобіля зменшиться.

Гібрид вуглецево-пінного конденсатора

Найзаплутаніша із заплутаних технологій акумуляторів для електромобілів і гібридів
(Розробка Мічиганського технологічного університету)

Вчені з університету Мічігану технологічного університету працюють над акумулятором, в якому об'єднають щільність накопиченої енергії хімічного акумулятора з ефективністю поставки енергії твердотілих конденсаторів. Для збільшення ємності в якості катода в акумуляторі використовують вуглецеву піну. Використовуваний вуглецевий анод, гібрид акумулятор / конденсатор менше важить і дає більший заряд, ніж звичайний конденсатор. Пристрій переживе не менше 1000 циклів зарядки, не проявляючи ознак зниження продуктивності.

Літій-кремнієвий полімер

Розумний полімер - запорука майбутнього для гібридної батареї
(Розробляється міністерством енергетики)

Учені з Національної лабораторії Лоренца Берклі в Каліфорнії розробляють літієвий акумулятор, який зможе зберігати в собі великий обсяг енергії. Розробка відома як літій-кремнієвий полімерний акумулятор. На відміну від інших технологій, які використовують кремнієві електроди, спеціально спроектований полімер зберігає структуру електродів, поки вони розширюються і стискаються, тим самим збільшуючи обсяг енергії прийнятої на зберігання.

Літієве сіро-вуглецеве нановолокно

(Розробник - Стенфордський університет)

Вчені Стенфордського університету стверджують, що здатність кремнію акумулювати набагато більше іонів літію, ніж нинішні електроди, робить його №1 у виборі, коли мова заходить про збільшення щільності енергії в акумуляторі. Але тут є одна проблема: кремній сильно розширюється, коли поглинає іони, і ця рухливість призводить до руйнування провідності анода. Однак виготовлення нановолокон з кремнію знижує цей ефект.

Крім того, вчені виявили, що вуглецеві нанотрубки, внутрішня поверхня яких покрита сірою, дозволяють акумулятора віддавати до десяти разів більше енергії, ніж звичайні літієві акумулятори. Стверджується, що сірка це екологічно чисте і дешеве покриттям для електродів, вона легко доступна і не токсична.

Літій-марганцеві композити, кремній-вуглецеві нанокомпозити

До 500 км. на одному акумуляторі обіцяє компанія з парфумерним назвою
(Розробляється компанією Envia Systems)

Першочергове розробка компанії - патентований катодний матеріал на основі марганцю, багатого металу, який високостійкий при використанні в акумуляторних батареях. За словами компанії, Envia марганець дешевше, ніж поширені катоди на основі кобальтового матеріалу. Його використання знизить собівартість акумуляторних батарей для гібридів. Також, за словами представників компанії, технологія збільшить діапазон роботи електродвигуна до 500 км.

бонус

Технологія яка вже застосовується: 12-вольтний акумулятор з абревіатурою AMG

Незважаючи на те, що в гібридних автомобілях стоять потужні силові джерела, бортові комп'ютери, світло, замки живлять звичайні 12-вольтні акумулятори. Останнє покоління 12-вольтних свинцево-кислотних батарей називаються Absorbed glass mat - AMG. В AMG міститься сірчана кислота електроліту в поєднанні з гелем замість рідкого електроліту. Ці свинцево-кислотні батареї утримують заряд до одного року, служать довше ніж звичайні батареї, герметичні, не вимагають обслуговування, стійкі до трясці. Недоліки в тому, що AMG батареї багато важать, вимагають спеціальну зарядку, коштують дорожче.

Тема про акумулятори нескінченна. Ще одне цікаве міркування на тему, який акумулятор для запуску автомобіля краще: літієвий або свинцево-кислотний, читайте тут .