Новые аккумуляторы для электромобилей

Новые японские батареи для электромобилей

Сегодня, электромобили имеют достаточно высокую цену. Это происходит в основ за счет использования достаточно дорогих источников питания. Но это не единственный их недостаток. Кроме большой стоимости, аккумуляторные батареи также склонны приносить много хлопот владельцам электромобилей во время зарядки. В этот период они достаточно сильно нагреваются, чем сокращают свой срок службы, а также требуется довольно много времени, чтобы они набрали свою максимальную емкость.

Новая разработка компании Power Japan Plus в перспективе, позволит решить все эти вопросы, к тому же их использование позволяет обеспечить большую безопасность.

По данный CNET, концерн представил новую технологию, под названием Ryden, которая подразумевает использование углеродного анода и катода в батарее, благодаря чему увеличивается скорость зарядки таких батарей в 20 раз. Также, по утверждениям производителя, эти батареи не склонны к нагреванию, поэтому их использование не требует дополнительного охлаждения.

Новые аккумуляторы для электромобилей

Нынешние литий-ионные аккумуляторы имеют такую высокую цену за счет использования в их производстве дорогих материалов, таких как марганец, никель и кобальт. Power Japan Plus решили пойти другим путем – использовать углерод, как более дешевый и доступный материал. Также компания представила свою разработку – органический углерод, полученный из хлопка.

Батареи Ryden будут иметь такую же плотность энергии, как и литий-ионные, поэтому запас хода автомобилей не изменится, но зато намного уменьшится время зарядки таких аккумуляторов. Для примера: требуется 4 часа для полной зарядки Nissan Leaf, с применением же новой японской разработки для этого потребуется 12 минут.

Разработчики уверяют, что данная технология не разрушает батарею, а также не сокращает период эксплуатации при полной разрядке. Современные аккумуляторы не имеют такой особенности, и чтобы они не деградировали нельзя допускать их полного разряда, что не позволяет использовать всю их емкость и является сложно технически.

Новые аккумуляторы для электромобилей

Аккумуляторы Power Japan Plus выполнены в популярном типоразмере 18650, который применяется в ноутбуках, карманных фонарях, автономных зарядных устройствах и т.д. Также он используется в электромобиле Tesla Model S.

Cначала японская компания будет производить свою новинку для медицинских устройств, а позже эту технологию лицензирует и другие компании, которые смогут адаптировать ее под автомобильный рынок.

Похожее

Новые перспективы аккумуляторов

В последнее десятилетие в связи с ростом цен на нефть и повышением требований к экологии транспорта начал наращивать популярность электротранспорт. В немалой степени этому способствовало создание мощных и компактных аккумуляторов.

Многие государства приняли специальные программы по развитию электрического транспорта. Так, Германия и Корея планируют к 2020 году вывести на дороги миллион автомобилей нового типа столько же, но уже к 2015 году, планирует Китай. А Индия объявила даже о 6–7 млн электромобилей к 2020 году. Производством продукции на электрической тяге занялись почти все крупнейшие автопроизводители, включая Nissan, Ford, Renault, BMW, Toyota, Mitsubishi Motors, General Motors, Volvo и др.

Без преувеличения можно сказать, что аккумуляторная батарея — главная часть современных электромобилей. Именно она определяет его конкурентоспособность по сравнению с традиционными на ДВС. Существующие батареи, используемые в современных электрических и гибридных транспортных средствах (как правило, литий-ионные), обладают несколькими существенными недостатками. Первый из них заключается в том, что лишь четверть объема аккумулятора занимают собственно вещества, генерирующие энергию.

Ячейка литий-ионных аккумуляторов представляет собой стопку электродов, выполненных на фольге, разделенных пропитанными электролитом сепараторами. Электроды соединены с токосъемниками. Вся конструкция помещена в герметичный корпус. Все эти несущие материалы: фольга, пленка сепаратора, корпуса, различные соединительные материалы, устройства контроля, система охлаждения — делают аккумуляторы громоздкими, составляя существенную часть стоимости. Аккумулятор большой мощности становится во всех смыслах неподъемным. Привычные для владельцев бензиновых автомобилей свинцово-кислотные аккумуляторы не применяются в электромобилях из-за еще большего веса, емкость же существующих ограничивает пробег большинства электрокаров в типичных городских условиях дистанцией в 80–100 км.

Новые аккумуляторы для электромобилей

В качестве еще одного существенного недостатка можно отметить высокую стоимость батарей — порядка $500 за киловатт-час, что для мощных аккумуляторов емкостью около 24 кВт•ч выливается в €10–15 тыс. и сейчас составляет не менее четверти стоимости электромобиля, а в некоторых случаях может доходить до 50–70% от нее. Соответственно, цена упомянутых выше электромобилей Nissan LEAF — порядка $30 тыс. а на Tesla Model S она начинается с $62 тыс.

Аккумуляторы на жидких электродах

Попыткой решить проблемы традиционных аккумуляторов является разработка так называемых «поточных», или «проточных», батарей (flow battery). Принцип их работы основан на взаимодействии двух жидких «заряженных» электролитов, прогоняемых насосами через особую ячейку, где производится выработка электрического тока. Каждый электролит находится в своем баке, а при прохождении через ячейку они разделены мембраной-сепаратором, через которую проходят ионы, как и в обычном аккумуляторе. Поскольку эти электролиты играют роль положительного и отрицательного электродов, их часто так и называют — «жидкие электроды».

Преимущество проточных аккумуляторов заключается в отделении веществ, отвечающих за хранение энергии (электролитов), от устройства, в котором вырабатывается ток. Сколько бы в аккумуляторе ни содержалось электролита, узел, связанный с генерированием тока, будет только один. Это существенно уменьшает и вес, и стоимость такой батареи. Теоретически такие проточные батареи могут запасать огромное количество энергии — для этого надо просто увеличить емкость баков, в которых хранятся электролиты, до нужной величины. Очень важно, что перезарядка такого аккумулятора может осуществляться не только привычным подключением к источнику тока, но и простой заменой отработанного электролита на свежий. В этом случая перезарядка будет занимать несколько минут — примерно столько же, сколько тратится на заправку автомобиля бензином.

Новые аккумуляторы для электромобилей

Схема аккумулятора SSFC и вид использованной суспензии (фото: статья Mihai Duduta, Yet-Ming Chiang et al, „Advanced Energy Materials”)

Эксперименты показали, что генераторная ячейка SSFC работоспособна, а новая активная жидкость обладает достаточной текучестью. Частицы углерода, помимо транспорта электронов в растворе, стабилизируют в нем микрочастицы соединений лития, не давая им выпасть в осадок. И самое главное, оценки показывают, что после отработки технологии такой аккумулятор сможет вмещать на порядок больше энергии, чем прежние проточные. Стоимость опытных образцов на первом этапе составит $250 за кВт•ч, т. е. примерно в два раза дешевле существующих автомобильных аккумуляторов.

В феврале 2014 года появилась информация о разработке в Аргоннской национальной лаборатории и Иллинойском технологическом институте проточного аккумулятора, названного «перезаряжаемым топливом» (rechargeable fuel). Работа финансируется Агентством по перспективным исследовательским проектам в энергетике (ARPA-E). Авторы держат детали изобретения в тайне до оформления всех патентов, но известно, что они также использовали суспензию с наночастицами. Причем, по их словам, им удалось достигнуть значительной концентрации этих частиц, обеспечивающей высокую энергоемкость. Несмотря на это, суспензия по-прежнему легко течет по трубкам благодаря особым свойствам частиц столь малых масштабов. Авторы также разработали новый способ получения электрического тока от частиц и надеются, что это позволит им увеличить проводимость. Оценки разработчиков показывают, что электромобиль с таким аккумулятором сможет проехать более 900 км.

Единственный производитель автомобилей в этом проекте — Volvo Car Group — оценил технологию путем создания двух компонентов и их тестирования на гибридном варианте Volvo S80: это крышка багажника и водоотводящая крышка под капотом над двигательным отсеком. Испытания прошли успешно, причем, по данным Volvo, новые аккумуляторы заряжаются гораздо быстрее, чем обычные.

Правда, следует заметить, что встраивание аккумуляторов в кузовные панели — довольно дорогое удовольствие, так что прежде чем технология пойдет в массовое производство, необходимо найти пути ее удешевления. Да и в случае аварии ремонт такого автомобиля влетит хозяину в копеечку. Остаются вопросы и с обеспечением безопасности. Поврежденные при аварии аккумуляторные панели могут быть опасны как для пострадавших, так и для спасателей.

В целом возможность использования аккумуляторов в качестве части конструкции ограничивается применением легковоспламеняющихся электролитов и деталей. Но исследователи работают над созданием безопасных материалов. Важным вопросом остается и сохранение работоспособности аккумуляторов после небольших повреждений при аварии. Среди организаций, работающих над решением этих проблем, — уже упоминавшееся Агентство перспективных исследований в области энергетики (ARPA-E) Департамента энергетики США. Среди инвестиций Агентства — вложение $37 млн в проекты использования батарей в качестве конструкционных материалов и создания надежных, доступных систем аккумулирования энергии следующего поколения (программа RANGE).

Работы над проточными аккумуляторами с суспензией пока в начале своего пути. Еще не исследован вопрос об их долговечности, в первую очередь долговечности самих наночастиц. Не разработаны и технологии производства и перезарядки. Использование аккумуляторов в качестве элементов конструкции автомобилей также пока находится на начальном этапе исследований. Но если все эти вопросы удастся решить, то новые технологии приведут к настоящей революции в электротранспорте.

m_kalashnikov

Эх, Вовка-Максимка :((

February 17th, 2015. 09:40 am

"Подчас мне до боли хочется оказаться в моем 1975 году, когда мы с отцом мчимся по ночной трассе из Безмеина в Ашхабад в салоне «Волги». Мягко струит звук радио, сообщая об успехах советской космонавтики. Светится изумрудно-зеленым светом приборная доска, ползет по длинной шкале спидометра красная лента указателя. А тебя переполняет чувство несказанной гордости: ты – часть огромной и могучей державы. "

И мне, твоему ровеснику, хочется. Вот только не знаю, смеяться над этим желанием или плакать?

Одно знаю: ВПЕРЕЛИ ВТОРАЯ ГРАЖДАНСКАЯ.

И если Россию властьимущая сволочь начнет по-тихому, как Советский Союз когда-то, сливать, ни ты, ни я, ни наше поколение не имеем права МИРНО сидеть. Однажды мы уже просрали Родину :((

Вот о чем надо думать, Вова!

ВИНТОВКА РОЖДАЕТ ВЛАСТЬ! (Мао Цзедун)

"Великие вопросы времени решаются не речами и резолюциями большинства, но железом и кровью!" (Отто фон Бисмарк)

P.S. Ну, а чем может нам помочь Анатолий Вассерман, к примеру, окромя речей? Тем же, что твой будущий пустозвонный митинг.

Быдлу, воспитанному гайдарочубайсоидами за послединюю четверть века все эти речи и резолюции и не интересны, и не понятны!

Вова, есть средство: САБАТАЖ. (Для начала..) А, как ивзестно, дуроскоп к холодильнику не подключишь ))))

P.P.S. Да, и еще, Вова. Я - не из эстапо, и не из гэбни, и уж, тем более, не из АП РФ )) Я простой русский провинциал, осознающий в какую жопу катиться страна, где предстоит жить моим детям :(( Наша страна.

February 17th, 2015. 10:30 am

". новый графеново-полимерный аккумулятор, разработанный испанской компанией Graphenano совместно с исследователями из университета Кордовы. Втрое меньший по массе, нежели литий-ионный, он позволяет в принципе дать время зарядки в 8 минут."

Максим, Вы знакомы с законом Ома? Посчитайте, какой ток должен проходить через аккумулятор для электромобиля при зарядки в 8 минут? Он взорвётся, или расплавиться!

Edited at 2015-02-17 10:31 am (UTC)

February 17th, 2015. 10:41 am

Строго говоря, необязательно. Заряд в режиме 20С

30С вполне по силам даже некоторым серийным LiPo. Кривые "ёмкость/ток разряда" гораздо интереснее, особенно семейство таких кривых по температурам банки.

Вопрос только в том, нахрена там графены (ну, кроме того что слово модное и дюже вчёное, что неимоверно увеличивает фундированность распилооткатов и пучеглазость реципиентов рекламы)))

February 17th, 2015. 01:54 pm

Просто менять блок батарей на электрозаправке, типо как при бензозаправке снимать пустой бензобак и устанавливать полный уже с бензином.

С электробатареями это не сложно. Но для этого батареи конечно должны бытьоднотипными.

Но при всем при этом не решается ГЛАВНЫЙ вопрос, откуда брать ЭЛЕКТРИЧЕСТВО? Атомные, гидро,солнечные, ветрянные электростанции? Муторно.

Газовые, мазутные, пока нефть есть будут рулить, а значит и бензиновые авто тоже.

February 17th, 2015. 11:22 am

Без бензина никуда не деться нет таких законов физики

February 17th, 2015. 11:33 am

/// Без бензина никуда не деться нет таких законов физики /// А вот нифига, есть куда более интересные энергоносители. Но - синтетические, соотв просто качать миллиарды тонн из дырки в земле не получится.

February 17th, 2015. 05:19 pm

Как вариант - pravda ru/science/eureka/inventions/21-03-2012/1 111934-sverhprovodimost-0/ Но это так, там, где экология нужна. А вот в солнечную систему и дальше без ядерных и термоядерных реакций не выйти по любому. Вы же не думаете что телескоп Гайя (почти миллиард евро) и какие там ещё планируют (Giant Magellan Telescope GMT - 500 миллионов долларов, The James Webb Space Telescope JWST - 6,8 млрд долларов), просто так клепают))).

Edited at 2015-02-17 05:25 pm (UTC)

February 17th, 2015. 12:00 pm

Да не батарейки это. Единственный вариант - что это прорыв в технологиях суперконденсаторов( ионисторы). Однако тут вопрос возник - нет ли тут некоторого обмана. Да, удельная энергоёмкость 600 Вт*ч/кг, но они сами говорят, что по удельной энергоплотности графеновые "аккумуляторы" уступают текущим образцам. Но извините, у литей-полимерных аккамуляторов это 250-300 Вт*ч/дм3, у никель-металл-гидридных - 150 Вт*ч/дм 3. Так какая же энергоплотность у этого чуда техники? Подозреваю, что в диапазоне от 50 до 100 Вт*ч/дм3 ( плотность батареи 0,1-0,2 кг/дм3, то есть в 5-10 раз легче воды). Упс, для пробега в 500 км нам нужна батарея в 1 кубический метр. Это в лучшем случае.

И да, про цену - молчат. А графен( если там графен, а не вспененный графит) - вещество очень дорогое, и до сих пор не производится в таких объемах.

February 17th, 2015. 12:05 pm

Я не очень силён (мягко говоря!) в технических тонкостях, но мне приходится много работать с литий-ионными аккумуляторами (на видеокамерах), так что это сторону вопроса (ёмкость/цена), я знаю чуть менее, чем полностью.

Вдохновляющие новости

February 17th, 2015. 03:50 pm

Меня тоже все эти новости реально греют. Что любопытно они замечательно дополняют друг-друга. К примеру, чтобы зарядить упомянутый аккумулятор за 8 минут, требуется подвод 1 МВатт энергии. Если это делать от существующих сетей, то получится, что "быстрые заправки" будут сильно привязаны к топологии линий передач энергии и к сетям распределения натурального газа (1 MW standby генератор на колесиках или в контейнере можно купить прям сейчас online). Иное дело, если получится создать создать компактные и достаточно мощные электростанции, которые можно безопасно размещать прямо в городе. Поживем увидим. Локхид обещает показать прототип реактора уже через несколько месяцев.

Re: Вдохновляющие новости

February 17th, 2015. 09:16 pm

/// чтобы зарядить упомянутый аккумулятор за 8 минут, требуется подвод 1 МВатт энергии /// Вы что-то не то считали. Для двухместного электро-эко-гадюшника-на-колёсиках на дневной городской цикл с включенным кондиционером/климатизёром нужен запас энергии в 30-40кВт*час (с запасом). соотв потребная для 8-минутного скоростного заряда мощность составит 250-300кВт. Немало, но и не Джомолунгма. Примерно как два идущих в гору тролллейбуса. Или как один средних размеров супремаркет.

Единственный ожидаемый негатив - пиковые нагрузки. Решается игрой с тарифами/ценами.

аккумуляторы

July 19th, 2015. 07:26 am

Скажи лет 500 назад, что можно в реальном времени увидеть человека в другой стране, да еще и поговорить с ним, не повышая голоса - сожгли бы нахрен. И правильно сделали бы. Потому, что это действительно невозможно. А сейчас - телевизор, телефон. И что?

Когда уважаемые критики начинают оперировать цифрами, типа нужна такая-то мощность, это смешно.

Вы бы выкинули несколько миллиардов евро на (разработки новых аккумуляторов) воздух? Нет?

И правильно, Дормидонтыч, кровные на какое-то елестричество, будь оно неладно.

А европейцы дурачки. Взяли и выкинули. Ну не умеют они деньги считать. Они у них под ногами валяются. Дурачки японцы строят сеть электрозаправок по всей стране. Для смеху.

А тууууут, все умные. Халькуляторы у всех в руках. Логарифмические линейки умные всякие.

И компактные электростанции сделают, и зарядку аккумулятора за 8 минут. До 2020-2025 года сделают.

Аккумуляторы нового поколения

В отношении аккумуляторов действует правило «все или ничего». Без энергетических накопителей нового поколения не будет ни перелома в энергетической политике, ни на рынке электромобилей.

Закон Мура, постулируемый в IT-индустрии, обещает увеличение производительности процессоров каждые два года. Развитие аккумуляторов отстает: их эффективность увеличивается в среднем на 7% в год. И хотя литий-ионные батареи в современных смартфонах работают все дольше и дольше, это во многом связано с оптимизированной производительностью чипов.

Литий-ионные батареи доминируют на рынке из-за их малого веса и высокой плотности накапливаемой энергии.

Ежегодно миллиарды аккумуляторов устанавливаются в мобильные устройства, электромобили и системы для хранения электричества от возобновляемых источников энергии. Однако современная техника достигла своего предела.

Хорошей новостью является то, что следующее поколение литий-ионных батарей уже почти соответствует требованиям рынка. В качестве аккумулирующего материала в них применяется литий, который теоретически позволяет в десять раз увеличить плотность хранения энергии.

Наряду с этим приводятся исследования других материалов. Хотя литий и обеспечивает приемлемую плотность энергии, однако речь идет о разработках на несколько порядков оптимальнее и дешевле. В конце концов, природа могла бы предоставить нам лучшие схемы для высококачественных аккумуляторов.

Научно-исследовательские лаборатории университетов разрабатывают первые образцы органических аккумуляторов . Однако до выхода таких биобатарей на рынок может пройти не одно десятилетие. Мостик в будущее помогают протянуть малогабаритные батареи, которые заряжаются путем улавливания энергии.

Мобильные источники питания

По данным компании Gartner, в этом году будет продано более 2 млрд. мобильных устройств, в каждом из которых установлен литий-ионный аккумулятор. Эти аккумуляторы сегодня считаются стандартом, отчасти потому, что они весьма легкие. Тем не менее они обладают максимальной плотностью энергии только 150-200 Вт·ч/кг.

Литий-ионные батареи заряжаются и отдают энергию путем перемещения ионов лития. При зарядке положительно заряженные ионы двигаются от катода через раствор электролита между слоями графита анода, накапливаются там и присоединяют электроны тока зарядки.

При разрядке они отдают электроны в контур тока, ионы лития перемещаются обратно к катоду, в котором они вновь связываются с находящимся в нем металлом (в большинстве случаев — кобальтом) и кислородом.

Емкость литий-ионных аккумуляторов зависит от того, какое количество ионов лития может располагаться между слоями графита. Однако благодаря кремнию сегодня можно добиться более эффективной работы аккумуляторов.

Для сравнения: для связывания одного иона лития требуется шесть атомов углерода. Один атом кремния, напротив, может удерживать четыре иона лития.

Новые аккумуляторы для электромобилей Литий-ионный аккумулятор сохраняет свою элетроэнергию в литии. При зарядке анода атомы лития сохраняются между слоями графита. При разрядке они отдают электроны и перемещаются в виде ионов лития в слоистую структуру катода (кобальтит лития).

Кремний повышает емкость

Емкость аккумуляторов растет при включении кремния между слоями графита. Она увеличивается в три-четыре раза при соединении кремния с литием, однако после нескольких циклов зарядки графитовый слой разрывается.

Решение этой проблемы найдено в стартап-проекте Amprius . созданном учеными из Стэндфордского университета. Проект Amprius получил поддержку таких лю­дей, как Эрик Шмидт (председателя совета директоров Google) и лауреат Нобелевской премии Стивен Чу (до 2013 года – министр энергетики США).

В рамках этого проекта доступны три метода решения «проблемы графита». Первый из них — применение пористого кремния . который можно рассматривать как «губку». При сохранении лития он крайне мало увеличивается в объеме, следовательно, слои графита остаются неповрежденными. Amprius может создать аккумуляторы, которые сохраняют до 50% больше энергии, чем обычные.

Более эффективно, чем пористый кремний, накапливает энергию слой кремниевых нанотрубок . В прототипах было достигнуто почти двукратное увеличение зарядной емкости (до 350 Вт·ч/кг).

«Губка» и трубки должны быть по-прежнему покрыты графитом, так как кремний вступает в реакцию с раствором электролита и тем самым уменьшает время работы аккумулятора.

Но есть и третий метод. Исследователи проекта Ampirus внедрили в углеродную оболочку группы частиц кремния . которые непосредст­венно не соприкасаются, а обеспечивают свободное пространство для увеличения частиц в объеме. Литий может накапливаться на этих частицах, а оболочка остается неповрежденной. Даже после тысячи циклов зарядки емкость прототипа снизилась только на 3%.

Новые аккумуляторы для электромобилей Кремний соединяется с несколькими атомами лития, но при этом расширяется. Для предотвращения разрушения графита исследователи используют структуру растения граната: они вводят кремний в графитовые оболочки, размер которых достаточно велик, чтобы дополнительно присоединять литий.

Источники:
hybmotors.ru, defence.ru, m-kalashnikov.livejournal.com, ichip.ru


21 сентебря 2017 года

Комментариев пока нет!
Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр справа: код подтверждения

Популярное:

  • Не работает детский электромобиль причины (94)
  • Мотор колесо для самоката своими руками (69)
  • Электромобили детские схемы электрические (65)
  • Дешевый электромобиль в россии (57)
  • Электродвигатель для электромобиля как его сделать (48)
  • Налог на электромобиль в россии (42)

  • Надавно добавленные материалы:

    Bmw x5 детский электромобиль

    Лицензионный детский электромобиль M 2762 (MP4) EBR-1 BMW X5, белый - оборудован встроенным планшетом, также есть разъёмы для подключения внешних устройств, что делает

    Читать далее

    Детский электромобиль bmw z4

    Доставка в Мариуполь из другого городаДетский электромобиль BMW Z4 белый, Rastar (?81800/1) В этой детской версии элитного автомобиля все, как

    Читать далее

    Bmw x6 jj258 электромобиль

    Детский электромобиль JJ 258 R-1 джип BMW X6 белый - дизайн этого превосходного детского электромобиля сделан в стиле джипа компании

    Читать далее

    Детские электромобили bmw x6

    Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет на радиоуправлении Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет предназначен для детей от 2-до 8

    Читать далее

    Детский электромобиль bmw х6

    Также у нас вы можете приобрести запасной редуктор для электромобиля BMW x6 JJ 258 - редуктор

    Читать далее

    Детский аккумуляторный электромобиль bmw

    Каталог детских электромобилей BMW находится по адресу – http://hybroid.ru/kidselectriccars/bmwДетские электромобили с аккумуляторной батареей вряд ли можно назвать детской игрушкой. Это скорее

    Читать далее

    Детский электромобиль джип bmw

    Детский электромобиль JJ 258 R-4 джип BMW X6 синий - детский электромобиль имеет обтекаемый корпус с изящными изгибами, яркие

    Читать далее