Наша сеть партнеров Banwar
Основна наукова ідея для створення сучасних літій-іонних акумуляторів увійшла в обіг в 1980 році, коли Джон Гуденаф зі своєю командою опублікував статтю в журналі Materials Research Bulletin. У ній він показав, що в якості катодного матеріалу, одного з важливих компонентів для літій-іонних акумуляторів, може використовуватися складний оксид літію / кобальту LiCoO2. Використання такого матеріалу для створення літій-іонних акумуляторів дозволило запасати набагато більше енергії на одиницю маси, ніж в інших відомих на той час акумуляторах (наприклад, запас енергії на одиницю маси широко відомих свинець-кислотних акумуляторів в 4-5 разів менше, ніж для літій -іон систем).
У 1991 році компанія Sony випустила перший акумулятор на основі матеріалу, запропонованого Джоном Гуденаф, і за останні двадцять років відбулося стрімке зростання в тих галузях, де використовуються літій-іонні акумулятори. В основному це стосувалося пристроїв портативної електроніки - лептопів, різноманітних смартфонів і телефонів. Цей сегмент ринку показував стійке зростання, але виробництво не могло рушити в області, де потрібні акумулятори для живлення електромобілів, кораблів, підводних човнів, тому що матеріали, на основі яких робилися перші типи акумуляторів, володіли невисокою стійкістю.
Пізніше, в 1997 році, команда Джона Гуденаф відкрила нове з'єднання, яке могло б застосовуватися в літій-іонних акумуляторах в якості катодного матеріалу. Це матеріал на основі літій-залізо-фосфату, LiFePO4, який, на відміну від LiCoO2, не містить токсичних речовин і є безпечним. Однак він має дуже низьку електронну провідність, що неприйнятно для електродного матеріалу, та й іони літію рухаються в ньому не занадто швидко. Тому багато хто вважав, що даний матеріал не представляє ніякого комерційного інтересу.
Наступним кроком стала поява в 2005-2006 роках робіт вчених з Массачусетського технологічного інституту. Йет-Мінг Чіанг і його колеги показали, що якщо трохи видозмінити складу цього матеріалу, перевести його в нанорозмірних стан і покрити частинки тонким шаром вуглець матеріалу, то матеріал демонструє чудові характеристики для роботи в літій-іонних акумуляторах і стає придатним для широкого комерційного використання.
Впровадження електромобілів, крім вирішення екологічних проблем, дозволить принципово підвищити ефективність використання енергії.
Для порівняння: ефективність сучасних турбодизелів становить близько 40%, а загальна ефективність передачі енергії від паливного бака до коліс - всього близько 20%. Ефективність мотора електромобіля перевищує 90%, а відсутність необхідності в складній трансмісії робить і загальну ефективність передачі енергії від акумуляторних батарей до колеса близькою до 90%. Енергоефективність електромобілів пов'язана і з їх економічною привабливістю при експлуатації.
Один з комерційно доступних зараз електромобілів на літієвих акумуляторах Nissan Leaf за ціною на милю пробігу обходиться в три рази дешевше сучасних автомобілів з двигуном внутрішнього згоряння (враховуючи тільки вартість бензину або електричної енергії). Nissan Leaf з 2010 року продається в США і з 2011 року - в Європі. Його акумулятор важить 300 кг, енергозапас 24 кіловат-години, потужність - 120 л. с., середній пробіг на повній зарядці акумулятора - 150 км, швидкість - до 150 км / ч. Від звичайної розетки він заряджається 7 годин, від спеціальної станції - 30 хвилин. Він оснащений акумуляторною батареєю масою 300 кг, де в якості катода використовується LiMn2O4 (питома енергія становить 80 ват-годин на кілограм). Якщо зараз на зміну цим акумуляторам прийдуть нові, з 200 ват-годинами на кілограм, то пробіг для подібного електромобіля збільшиться з 150 км до 400 км.
В даний час лідером серед електромобілів є Tesla, в якому використовуються катодні матеріали іншого типу на основі складного оксиду літію, нікелю, кобальту і алюмінію. Цей матеріал володіє більшою питомою енергією в порівнянні з LiMn2O4, що дозволяє при збільшеною масі акумуляторної батареї з енергозапаси 85 кіловат-годин забезпечити пробіг електромобіля більше 400 км. Цікаво відзначити, що цей електромобіль, за даними Consumer Reports, отримав найвищий рейтинг серед авто / електромобілів в 2013 році.
Зараз плани здебільшого автомобільних компаній такі, що за гібридами першого і другого поколінь вони планують найближчим часом вивести на ринок повноцінні електромобілі. Крім того, зараз вчені активно працюють над створенням матеріалів, які забезпечать кращі питомі енергетичні характеристики акумуляторів нового покоління. Вони зможуть використовуватися не тільки в електротранспорті, а й у великих стаціонарних накопичувачах, наприклад резервних джерелах живлення.
