211service.com
Naujausių baterijų patobulinimų vadovas
Elektrinės transporto priemonės, hibridai ir atsinaujinanti energija turi bent vieną bendrą bruožą – jei jie kada nors bus plačiau naudojami, sudarys didžiąją dalį kelių važiuojančių automobilių arba didžiąją dalį elektros tiekimo, akumuliatoriai turi būti žymiai geresni. . Baterijos turės sukaupti daugiau energijos, tiekti ją greičiau ir patikimiau ir galiausiai kainuoti daug pigiau. Konkretūs baterijų tobulinimo būdai skiriasi priklausomai nuo programos, tačiau visose šiose srityse mokslininkai padarė didelę pažangą.
Praėjusią savaitę MIT tyrėjai, vadovaujami medžiagų mokslo ir inžinerijos bei mechaninės inžinerijos profesoriaus Yang-Shao Horn ir chemijos inžinerijos profesorės Paulos Hammond, paskelbė apie naują požiūrį į didelės galios ličio jonų baterijas, kurios yra naudingos. hibridinėms transporto priemonėms arba elektros tinklui stabilizuoti. Didelės galios baterijos greitai priima ir įkrauna. Hibriduose tikslas yra papildyti benzininį variklį, kad jis veiktų efektyviausiai. Akumuliatorius varo automobilį nedideliu greičiu trumpus atstumus ir padidina pagreitį, sumažindamas variklio poreikį. Jis taip pat sugauna stabdymo energiją, kuri kitu atveju būtų prarasta kaip šiluma. Elektros tinkle tokios baterijos galėtų slopinti elektros pasiūlos ir paklausos pokyčius – tai tampa vis svarbesni, nes atsiranda daugiau kintančių elektros energijos šaltinių, tokių kaip vėjo ir saulės energija.
MIT mokslininkai pademonstravo naują baterijos elektrodą, pagrįstą specialiai apdorotais anglies nanovamzdeliais, kurie veikia tūkstančius ciklų neprarandant našumo. Iš šių elektrodų pagamintos baterijos gali tiekti pakankamai energijos, kad, pavyzdžiui, būtų galima varyti didelius pristatymo furgonus ar šiukšliavežius, tačiau baterijos nėra per sunkios, kad būtų praktiškos. (Tyrėjai turi padidinti elektrodų storį, kad jie būtų praktiški atliekant šiuos pritaikymus.) Tokios įmonės kaip A123 Systems, įsikūrusios Votertaune, MA, taip pat sukūrė labai didelės galios ličio jonų baterijas ir kitas akademines grupes bei startuoliai kuria anglies nanovamzdelių pagrindu pagamintus ultrakondensatorius, kurie kaupia energiją naudodami kitokį mechanizmą nei baterijos, o tai ypač naudinga siekiant didelės galios ir ilgaamžiškumo.
Nors nauji elektrodai ilgainiui gali būti naudingi hibridams ir tinklo stabilizavimui, jie nėra ypač tinkami kitoms reikmėms, pvz., elektrinėms transporto priemonėms. Elektromobiliams bendras akumuliatorių sukauptos energijos kiekis yra svarbesnis už tai, kaip greitai ta energija gali būti tiekiama, nes nuo to priklauso, kokį atstumą šie automobiliai gali nuvažiuoti tarp įkrovimų. MIT mokslininkai, sukūrę naujus anglies nanovamzdelių elektrodus, taip pat kuria kitokio tipo baterijas dideliems energijos kiekiams kaupti. Ši technologija, vadinama ličio oro baterija, kurioje vienas iš dviejų akumuliatoriaus elektrodų pakeičiamas sąsaja su oru, pastaruoju metu sulaukė didelio vyriausybės finansavimo ir susidomėjimo iš tokių įmonių kaip IBM. Teoriškai tokios baterijos galėtų sukaupti tris kartus daugiau energijos nei įprastos ličio jonų baterijos. Tačiau dizainas turi daug problemų, dėl kurių sunku jį komercializuoti, įskaitant aktyviųjų medžiagų pažeidžiamumą drėgmei (jo naudojamas ličio metalas gali užsidegti, jei jis sušlaps) ir baterijų polinkį nustoti veikti po įkrovimo. keletą kartų.
Kaip ir ličio-oro akumuliatoriai, kitos potencialios daug energijos naudojančių baterijų technologijos susiduria su daugybe kliūčių, kurios galėtų padėti paaiškinti, kodėl hibridai su didelės galios, o ne daug energijos naudojančiais akumuliatoriais buvo sėkmingesni nei elektromobiliai. Daugelį perspektyviausių akumuliatorių cheminių medžiagų yra per sunku pagaminti dideliu mastu, jos subyrės po kelių ciklų arba yra per brangios. JAV Energetikos departamento duomenimis, sukomplektuotos baterijos šiandien kainuoja nuo 800 iki 1200 USD už kilovatvalandę, o už kilogramą talpina apie 100–120 vatvalandžių. Kad elektrinės transporto priemonės būtų praktiškos ir prieinamos, DOE norėtų, kad išlaidos sumažėtų iki 250 USD už kilovatvalandę ir padidintų saugojimo talpą iki daugiau nei 200 vatvalandžių vienam kilogramui. (Norint pasiekti šiuos tikslus, reikės dar didesnės atskirų baterijų elementų, sudarančių akumuliatorių blokus, talpos – apie 400 vatų valandų vienam kilogramui.)
Nors hibridinių ir elektrinių transporto priemonių akumuliatorių tobulinimas yra sudėtingas, vienas didžiausių ilgalaikių iššūkių akumuliatorių tyrinėtojams yra sukurti baterijas, kurios galėtų pigiai kaupti didžiulį saulės baterijų ir vėjo turbinų pagamintos energijos kiekį, kad elektros energija iš šių šaltinių būtų prieinama, kai. nešviečia saulė ar nepučia vėjas. Kol kas tokių baterijų nereikia – yra pakankamai energijos iš įprastų šaltinių, kad būtų sumažintas laisvumas. Tačiau jei saulės ir vėjo energija kada nors suteiks didžiąją dalį elektros energijos, reikės saugoti, o baterijos šiandien yra per brangios. Tokių baterijų DOE tikslas yra mažesnis nei 100 USD už kilovatvalandę, tai yra mažiau nei pusė elektra varomų transporto priemonių tikslo. Šiandien pigiau yra statyti gamtinių dujų elektrinę kaip atsarginį energijos šaltinį arba kaupti energiją pumpuojant vandenį į kalną, kur vėliau ji gali tekėti žemyn ir sukti generatorių. Vienas eksperimentinis tokių nebrangių baterijų metodas yra skystas akumuliatorius, kuriame naudojamos nebrangios baterijų medžiagos, kurios susirenka pačios.
Net jei su baterijomis susijusios problemos yra įveikiamos laboratorijoje, šios technologijos susiduria su kliūtimis komercializuoti. Siekdami sumažinti išlaidas, baterijų gamintojai kreipiasi į kitas programas, o ne elektrines transporto priemones ir tinklą, kad sukurtų naujas technologijas, tokias kaip mikroelektronika, elektriniai įrankiai ir lenktyniniai automobiliai. Įkraunami hibridai taip pat gali padėti tapti tiltu į elektrines transporto priemones. Įskiepiai naudoja atsarginius dujomis varomus generatorius, kad padėtų išplėsti jų diapazoną, leidžiantį automobilių gamintojams naudoti mažesnius ir pigesnius akumuliatorių paketus, nei reikia elektrinėms transporto priemonėms. Tokie automobilių gamintojai kaip GM, kurio Chevrolet Volt turėtų pasirodyti šiais metais, laikosi šio požiūrio. Šiuo metu parduodamos elektrinės transporto priemonės, kurios bus parduodamos per ateinančius kelerius metus, yra brangūs sportiniai automobiliai ir prabangios transporto priemonės, kurių sąnaudos gali būti didelės, arba jų išankstinės išlaidos mažinamos naudojant kūrybišką finansavimą, pvz., akumuliatoriaus nuomą. paketus arba siūlo mylios planus, panašius į mobiliųjų telefonų bendrovių siūlomus minutės planus.