В аккумуляторах предложили использовать калий и титан
Исследователи из Сколтеха создали катод для аккумулятора на основе титана и калия. Это позволит отказаться от использования редкого и дорогого лития, который, к тому же, огнеопасен и токсичен. Новые батареи могут пригодиться для промышленных накопителей и крупной техники. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В большинстве современных аккумуляторов используется литий, в том числе — в семействе литий-металл-фосфатных аккумуляторов. Батареи этого типа обладают бо́льшим размером и весом по сравнению с литий-полимерными, используемыми в мобильной технике, но зато они стабильнее и надежнее. Проблема в том, что литий — довольно дорогой и токсичный металл, который, к тому же, не так просто добыть: его основные месторождения находятся в Австралии и Чили.
Ученые из Сколковского института науки и технологий во главе со Станиславом Федотовым придумали, как отказаться от использования лития и применять только дешевые доступные материалы. Любой аккумулятор состоит из катода (положительного электрода), анода (отрицательного) и электролита (соединяющего их материала). При заряде ионы лития перетекают с катода на анод, при разряде — обратно. Исследователи предложили использовать вместо них ионы калия и изготавливать катод из KTiPO4F (фторид калий-титан-фосфата). Соединения титана ранее рассматривались как неподходящие для катода, так как считалось, что они обладают низким окислительно-восстановительным потенциалом.
Фторид калий-титан-фосфата получают удобным для промышленного производства методом: в реактор помещают сырье, перемешивают и выдерживают несколько часов при температуре 200 градусов Цельсия. Затем получившийся порошок сушат и прокаливают в печи. Изготавливаемый из этого порошка электрод при использовании в аккумуляторе обеспечивает напряжение в 3,6 вольта, что примерно равно напряжению широко распространенных литий-железо-фосфатных батарей. Новый источник энергии может использоваться в энергетике для компенсации суточных колебаний ветровых и солнечных генераторов, для аварийного питания предприятий, а так же электросамокатах и автопогрузчиках.
Поиск дешевого и надежного способа хранения электроэнергии — одна из главных проблем на пути возобновляемой энергетики, так как потоки воздуха, воды и солнечного света не поддаются человеческому контролю. Для более стабильного потока электричества с зеленых электростанций применяют разные уловки, например, делают ветряк летающим или размещают их неравномерно.
Какие материалы применяются в составе аккумуляторов и батарей
В электрических батареях используются разнообразные химические элементы, добываемые из земной коры. Забавно то, что ровно такие же элементы входят в состав всех живых существ на нашей планете. Как и в живом организме, вещества для электрических батарей должны быть тщательно подобраны в нужном количестве, чтобы достичь гармоничного взаимодействия. Превышение количества всего лишь одного материала может испортить весь тонкий баланс.
| Standard Range AGM | Deep Cycle Range AGM | Gellyte Range GEL |
 |
 |
 |
| 10 — 12 лет / 600 циклов | 10 — 12 лет / 700 циклов | 10 — 12 лет / 750 циклов |
| универсальная серия AGM | для глубоких разрядов AGM | универсальная серия GEL |
1. Алюминий
Алюминий (Al) представляет собой мягкий, серебристо-белый, немагнитный металл. Добытый из бокситов, он является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре после кислорода и кремния. При контакте с воздухом алюминий образует пассивирующий слой, который защищает металл от коррозии. Алюминий используется в качестве материала катода в некоторых версиях литий-ионных аккумуляторов [BU-205].
2. Ванадий
Ванадий (V) является очень твердым металлом серебристого цвета. Он был обнаружен в 1801 году в Мексике, находится в составе 65 минералов и образует устойчивый слой оксида на своей поверхности. Крупнейшими производителями ванадия являются Китай и Россия. Этот металл используется в специальных сплавах, а в сфере электрохимических источников энергии он востребован в проточной [BU-210b] конструкции аккумуляторов.
3. Железо
Железо – это наиболее распространенный по массе элемент на нашей планете. Химическое обозначение Fe происходит от латинского слова “ferrum”. Железо использовалось человечеством еще с незапамятных времен, хотя медные сплавы с более низкой температурой плавления существовали еще раньше. Чистое железо является достаточно мягким, и может быть укреплено с помощью создания сплава с углеродом. Соединения железа играют важную роль в биологии. В сфере электрических батарей железо нашло свое применение в литий-железо-фосфат-оксидной [BU-205] электрохимической системе.
| Marin GEL Range | Deep Cycle GEL Range | Solar GEL Range |
 |
 |
 |
| 10 — 12 лет / 800 циклов | 10 — 12 лет / 800 циклов | 10 — 12 лет / 800 циклов |
| для электромоторов лодок и катеров | для глубоких циклических разрядов | для солнечных электростанций |
4. Кадмий
Кадмий (Cd) является мягким синевато-белым металлом. Обнаруженный в 1817 году в Германии, кадмий являлся побочным продуктом при производстве цинка, и использовался в основном как добавка к стали для предотвращения коррозии. Сейчас кадмий используется как материал для анода в никель-кадмиевых батареях [BU-203], но так как он является токсичным материалом, во многих странах его использование запрещено.
5. Кальций
Кальций – это мягкий металл щелочной группы серого цвета. Его химическое обозначение — Са. Он был обнаружен английским химиком Хэмпфри Дэви в 1808 году. Это пятый самый распространенный по массе элемент в земной коре; он играет важнейшую роль для живых организмов, так как отвечает за формирование таких органов как кости, зубы и раковины. Кальций повышает производительность и механическую прочность свинцовых пластин в свинцово-кислотных электрических батареях.
6. Марганец
Марганец (Mn) добывается вместе с железом и другими полезными ископаемыми. Он назван в честь древнегреческого города Магнесия, возле которого был найден черный минерал, содержащий этот металл. Марганец используется для предотвращения коррозии железа, а также служит в качестве катодного материала для литий-ионной [BU-205], угольно-цинковой [BU-106] и щелочной [BU-106] электрохимических схем.
7. Натрий
Натрий (Na) — мягкий, серебристый, химически активный металл, который принадлежит к группе шести элементов с одним электроном на внешней оболочке. Теряя электрон, атом натрия становится положительно заряженным. Натрий является шестым самым распространенным элементом в земной коре, но доступен лишь в виде соединений. Он впервые был выделен Хэмпфри Дэви в 1807 году путем электролиза гидроксида натрия. Соединения натрия используются в производстве мыла и антиобледенительных веществ, но самым знаковым его применением является использование хлорида натрия, или по простому — кухонной соли. Натрий также является очень важным элементом для всех живых существ и растений. В сфере электрических батарей натрий используется в серно-натриевых [BU-210a] батареях.
| Батарейный монитор | Защита от глубокого разряда | Батарейный балансир |
 |
 |
 |
| контроль более 25 параметров, история и синхронизация | защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки | для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения |
Рейтинг и отзывы: Какие материалы применяются в составе аккумуляторов и батарей 1 1 1 1 1 5 / 5 на основе 1 голоса
Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов
Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных типах автомобилей, но они играют ключевую роль в случае электромобилей. Технологии, отвечающие за их работу, постоянно развиваются, и различные типы аккумуляторов отличаются друг от друга по применению и техническим характеристикам. Узнайте о типах батарей, используемых в электромобилях.
Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов
Аккумуляторы электромобилей (EV) отличаются используемыми в них химическим элементам. В основном мы различаем литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные аккумуляторы. Выбрать оптимальную аккумуляторную батарею для электромобиля сложно, потому что индивидуальные решения хорошо работают в разных ситуациях.
Ниже вы найдете краткое описание различных типов аккумуляторов, используемых в автомобильной промышленности, а также их применение.
Литий-ионная батарея – большая популярность и высокая производительность.
Несомненно, именно литий-ионные батареи в последние годы внесли наибольший вклад в передовое развитие электроэнергетического сектора. Они характеризуются эффективностью, низкой ценой и высоким уровнем производительности по отношению к весу элементов. Это лучшие батареи, если учитывать три параметра: оптимизация размера и веса батареи, соотношение массы к количеству накопленной энергии и выгодная цена. Литий-ионные батареи также можно найти во многих бытовых устройствах, таких как телефоны, компьютеры или пылесосы.
Никель-металл-гидридная аккумуляторная батарея – для специализированного использования.
Это специальные аккумуляторные элементы, которые достаточно редки по своим химическим и физическим параметрам. Водород является сырьем, требующим особого контроля. Батарея теряет энергию, когда она не используется, но этот недостаток компенсируется длительным сроком службы элементов. Никель-металл-гидридные батареи используются в специализированных устройствах, таких как медицинское оборудование. Решения такого рода характеризуются высокой себестоимостью производства.
Свинцово-кислотные аккумуляторы – низкий срок службы и впечатляющая мощность.
Аккумуляторы этой категории характеризуются отличными параметрами мощности. В электромобиле, однако, приходится делать ставку на решение, которое характеризуется высокой эффективностью даже при низких температурах, где такие батареи работают плохо. Несмотря на то, что стандартные аккумуляторные батареи автомобиля также фиксируют снижение таких условий, свинцово-кислотные элементы демонстрируют худшие показатели в этом аспекте. К их преимуществам относятся низкая себестоимость и надежность.
Суперконденсаторы – поддержка производительности аккумуляторов.
Суперконденсаторы или ультраконденсаторы в первую очередь используются для обеспечения необходимого электропитания при временном отключении электричества. По этой причине они также полезны в электромобилях, где их роль заключается в обеспечении достаточной мощности, когда требуется больше энергии.
Многие электромобили используют аккумуляторные батареи – несколько элементов одновременно. Сочетая возможности суперконденсаторов с литий-ионными и никель-металлогидридными аккумуляторами, можно добиться лучших результатов, чем при использовании одиночных элементов. В настоящее время в автомобильном секторе доминируют литий-ионные аккумуляторы, чаще всего используемые в электромобилях.
Литиево-ионные или никель-металл-гидридные аккумуляторы – как выбрать лучшую батарею для электромобиля?
Из-за описанных выше параметров литий-ионная батарея используется чаще всего. Более того, технология, связанная с этими элементами, все еще развивается. Ведущие поставщики работают над тем, чтобы разрушить дальнейшие барьеры на пути к ассортименту транспортных средств, которые используют данный тип батареи в качестве источника энергии.
Никель-металл-гидридные батареи используются в гибридных транспортных средствах. Сектор EV редко использует свинцово-кислотные батареи, хотя они иногда дополняют литий-ионные батареи. На современном этапе развития эта технология еще не готова к использованию в более широком масштабе.
Суперконденсаторы находят свое место и в электромобилях, позволяя увеличить мощность автомобиля при высокой нагрузке. Благодаря этому во время разгона может поддерживаться стандартный аккумулятор. Суперконденсаторы также очень важны для рекуперативного торможения, что позволяет преобразовывать тепловую энергию в электричество.
Какой тип батареи используется в электромобилях?
Использование конкретного элемента зависит не только от его производительности, но и от типа транспортного средства. В случае полностью электрических транспортных средств и plug-in гибридов, которые могут быть заряжены от розетки, мы, как правило, имеем дело с литий-ионными батареями. Традиционные гибриды используют в основном никель-гидридные батареи. Больший вклад двигателя внутреннего сгорания в работу транспортного средства позволяет обеспечить более высокий уровень потерь энергии, когда он не используется. Следует также помнить, что в случае гибридных автомобилей элементы долгое время не работают при максимальной нагрузке.
Электромобили намного эффективнее, чем автомобили внутреннего сгорания. Стоимость электроэнергии в большинстве случаев значительно ниже, чем цена топлива, необходимого для проезда по аналогичному маршруту. Наиболее эффективные решения на рынке в настоящее время позволяют преодолевать расстояние около 500 км на одной зарядке.
Партнерство с компанией «KNAUF AUTOMOTIVE» – получение всесторонней поддержки опытного партнера.
Для того чтобы обеспечить оптимальные решения в области электрических батарей, вы не можете работать в одиночку. В течение многих лет компания Knauf Industries работает над внедрением инноваций в автомобильной промышленности. Благодаря командам инженеров, работающих в лаборатории ID Lab, нам удалось превратить полученные за эти годы знания в потенциал на будущее. Мы разрабатываем новые решения по изоляции автомобильных аккумуляторов, компонентов аккумуляторов, электрических кабелей, фитингов для холодильных труб и сепараторов аккумуляторных элементов.
Мы хотим предоставлять нашим партнерам аккумуляторные батареи с гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками и оптимизированным сроком службы. Чтобы предотвратить выход аккумулятора из строя при слишком низких или слишком высоких температурах, важно помнить об изоляции, которая при этом не будет существенно влиять на вес автомобиля. Наш взгляд на будущее сочетает в себе электромобильность с экологией – мы предлагаем такие материалы, как пенополипропилен и пенополистирол, которые на 100% пригодны для вторичной переработки. Мы приглашаем к сотрудничеству предприятия автомобильной отрасли, которые хотят всесторонне поддерживать свое производство.
Хотите получить более специализированные знания?
-
No related articles
Из чего состоит аккумуляторная батарея?
Электролит — это водный раствор серной кислоты. На срок службы аккумулятора и его характеристики существенно влияет качество серной кислоты и воды, из которых готовится электролит.
Электроды состоят из токоотвода (решетки) изготавливаемой из свинцовых сплавов. В состав сплавов входят компоненты, позволяющие сплаву иметь определенные литейные свойства, а также защищать его от коррозии. Состав сплава и форма решетки заметно влияют на характеристики аккумулятора. На эту решетку наносится активная масса (паста), изготавливаемая из свинцово-оксидного порошка. Состав и свойства пасты коренным образом определяют свойства аккумулятора (все равно как тесто определяет свойства пирога).
Сепаратор — разделитель разнополярных электродов друг от друга, является важным компонентом аккумулятора, он защищает электроды разной полярности от прямого замыкания между собой. Сепаратор с одной стороны должен быть отличным изолятором, с другой он должен минимально влиять на внутреннее сопротивление аккумулятора и обеспечивать свободный доступ ионам электролита к электродам.
Корпус аккумулятора или батареи (моноблок) должен соответствовать требованиям условий эксплуатации, не подвергаться воздействию агрессивной внутренней среды батареи, быть герметичным не только от внешней среды, но и между элементами внутри батареи.
