Elektromobilių pramonė sparčiai vystosi, o viena iš pagrindinių inovacijų sričių išlieka akumuliatorių technologijos. Nuo kietojo kūno baterijų, žadančių didesnį saugumą ir efektyvumą, iki revoliucinių aliuminio jonų technologijų ir patikimų ličio jonų sistemų - gamintojai ir mokslininkai nuolat ieško būdų, kaip padidinti energijos tankį, sumažinti įkrovimo laiką ir prailginti tarnavimo trukmę.
Naujosios akumuliatorių technologijos keičia žaidimo taisykles
Kietojo kūno akumuliatoriai: „Samsung SDI“ ir „Toyota“ pažadai
Kietojo kūno akumuliatoriai yra viena perspektyviausių sričių, žadanti didelius pokyčius. „Samsung“ padalinys SDI pranešė, kad akumuliatorių gamyba užsiims būtent šis padalinys. Įmonė planuoja gamybą pradėti 2027 metais.
SDI nurodė, kad kietojo kūno akumuliatoriai yra patikimesni ir saugesni negu įprasti ličio-jonų akumuliatoriai. Jie ilgiau išsaugo energetinį efektyvumą ir neužsidega mažų pažeidimų atveju. „Samsung" padalinio planuose - sukurti akumuliatorių, kuris iki 80 proc. talpos atkurtų per itin trumpą laiką. Įmonės atstovai nepateikė daugiau informacijos apie kitas akumuliatorių charakteristikas.
Gali būti, kad „Toyota“ taps pirmąja automobilių gamybos kompanija, kuri pradės gaminti revoliucines kietąsias baterijas elektromobiliams. Pranešama, kad jos turės gerokai didesnę talpą, bus lengviau ir greičiau pakraunamos. Nors akumuliatorių gamintojai tokio tipo akumuliatorius tyrinėja jau daugiau nei dešimtmetį, proveržio pasiekti vis dar nepavyksta, kas rodo technologijos sudėtingumą.
Revoliucinės aliuminio jonų (AIB) baterijos iš Pekino universiteto
Pekino universiteto mokslininkai paskelbė apie reikšmingą pasiekimą elektromobiliams skirtų baterijų srityje - jų sukurta aliuminio jonų (AIB) technologija gali tapti nauja revoliucija tiek automobilių gamintojams, tiek vartotojams. Tyrėjai teigia, kad jų naujosios baterijos sugeba išsaugoti maksimalų efektyvumą net iki 3 milijonų kilometrų. Jei šie pažadai pasitvirtins, tai išspręs vieną didžiausių elektromobilių trūkumų - ribotą baterijos tarnavimo laiką.
Ilgaamžiškesnės baterijos ne tik sumažintų eksploatacines išlaidas, bet ir prisidėtų prie tvaresnės automobilių pramonės, nes mažėtų poreikis gaminti naujas baterijas ir perdirbti senas. Naujos AIB baterijos atlaiko 10 000 įkrovimo ciklų. Pekino universiteto mokslininkai su AIB tipo baterijos pradėjo eksperimentuoti dar 2023 m. Po ilgai trukusių bandymų jie paskelbė, kad naujosios baterijos išsiskiria ypatingu atsparumu - net po tūkstančių įkrovimų jų efektyvumas beveik nesumažėja.
Palyginimui, dabartinės ličio jonų baterijos, gaminamos naudojant nikelio, mangano ir kobalto (NMC) technologiją, tarnauja vidutiniškai 1 000-3 000 įkrovimo ciklų. Tuo tarpu naujosios AIB baterijos gali atlaikyti iki 10 000 pilnų įkrovimų, prarasdamos vos 1 proc. talpos. Tai reiškia, kad šios baterijos leistų elektromobiliams įveikti milijonus kilometrų be pastebimo našumo mažėjimo. Pavyzdžiui, jei įprastas elektromobilis su pilnai įkrauta baterija nuvažiuoja apie 300 km, dabartinės ličio jonų baterijos akivaizdesnius nusidėvėjimo požymius pradeda rodyti įveikus 250 000-300 000 km. Tuo tarpu naujoji AIB technologija šį atstumą gali padidinti kelis kartus.
Naujas požiūris į baterijos ilgaamžiškumą: Iki šiol AIB baterijų vystymą stabdė esminė problema - anodo korozija ir jautrumas drėgmei. Ankstesniuose modeliuose vietoje ličio buvo naudojamas kietas aliuminis, o elektrolitas buvo sudarytas iš skysto aliuminio chlorido, kuris ilgainiui ardė anodą ir mažino baterijos stabilumą. Šią problemą Pekino universiteto mokslininkai išsprendė paversdami skystą elektrolitą kietu, naudodami aliuminio fluorido druskos junginį. Šis metodas ne tik pagerino baterijos patvarumą, bet ir pašalino anksčiau kilusias ilgaamžiškumo problemas. Be to, siekiant išvengti aliuminio kristalų susidarymo elektroduose, buvo panaudota fluoretilenkarbonato danga, kuri sukuria apsauginį barjerą ir padidina baterijos atsparumą ilgalaikiam naudojimui. Dėl šių patobulinimų AIB baterijos tapo stabilesnės, mažiau jautrios drėgmei ir saugesnės eksploatuoti.
Pigiau ir ekologiškiau nei ličio jonų baterijos: Nors ši technologija dar nėra pasiruošusi masinei gamybai, viena iš didžiausių jos stiprybių - kaina. Aliuminis yra daug pigesnė ir lengviau prieinama žaliava nei ličio, kobalto ar nikelio junginiai, kurie naudojami dabartinėse baterijose. Be to, šių baterijų perdirbimas yra paprastesnis ir draugiškesnis aplinkai. Nors iki šios technologijos komercializavimo dar teks nueiti nemažą kelią, jau dabar akivaizdu, kad ji gali tapti rimtu konkurentu ličio geležies fosfato (LFP) baterijoms, kurias naudoja tokie gamintojai kaip BYD. Lieka tik vienas klausimas - kada pirmasis elektromobilis su aliuminio jonų baterija pasieks rinką?
Kitos inovatyvios technologijos
- Skysčio srauto akumuliatoriai: „Quantino 25“ elektromobilyje sumontuotas skysčio srauto akumuliatorius. Vietoj įkrovimo jį reikia užpildyti druskos vandens pagrindu pagamintu elektrolitu.
- Greitasis įkrovimas: Viskas, ko elektromobilių vairuotojai tikrai trokšta, yra greitesnis akumuliatoriaus įkrovimas. Panašu, kad „Continental“ technologija gali šią problemą išspręsti. Mokslininkai skelbia padarę jaudinančią pažangą ir jų naująją bateriją galima pilnai įkrauti vos per 10 minučių. Yra teigiama, kad tokia baterija leistų nuvažiuoti 400 km.
- „Tesla“ 4680 elementai ir struktūrinės baterijos: Tikimasi, kad „Panasonic“ kitais metais pradės serijinę naujos kartos cilindrinių ličio jonų akumuliatorių (dar žinomų kaip 4680 tipo) „Tesla“ elektromobiliams gamybą. Elonas Muskas patvirtino naują „Tesla“ struktūrinių baterijų dizainą, o 4680 baterijos formatas pirmiausia keliaus į „Model Y“, kuris bus gaminamas Berlyno „Gigafactory“. Vis dėlto, „Lucid“ generalinis direktorius Peteris Rawlinsonas įspėja, kad didesnės baterijų celės turi pranašumų, tačiau „žmonės žiūri į 4680 kaip į didžiulį proveržį ir tai yra fantazija“. „Tesla“ taip pat ruošia pristatyti „milijoną mylių“ atlaikysiančią bateriją.
- BMW „Neue Klasse“ platforma: Greitai pasirodysiantis prabangus elektrinis sedanas, kurį BMW kuria ant „Neue Klasse EV“ platformos, vis dar naudos tą pačią baterijų technologiją, prie kurios esame įpratę. Tačiau tuomet BMW ketina pereiti prie naujos kartos baterijų.
Esamų akumuliatorių tobulinimas ir eksploatacija
Akumuliatorių keitimo stotys: alternatyva įkrovimui
Besirūpinantiems elektromobilio įkrovimo greičiu neverta jaudintis dėl to, kad elektromobilį įkrauti užtrunka ilgiau, nei pripildyti baką įprastais degalais. „Geely“ parodė, kaip veikia speciali elektromobilių baterijų keitimo stotis. Šanchajuje įsikūręs elektromobilių gamintojas „NIO“, dažnai nurodomas kaip Kinijos atsakymas į „Tesla“, dabar pirkėjams suteikia galimybę įsigyti elektromobilį be akumuliatoriaus, naudojantis keitimo paslauga.
Baterijų keitimo stotis
„Renault“ požiūris į elektromobilių akumuliatorius
„Renault“ elektromobilių traukos akumuliatorius laiko labai svarbiu komponentu, todėl jie projektuojami ir gaminami itin kruopščiai. Dėl specialiai suprojektuoto korpuso „Renault“ elektros akumuliatorius nesąveikauja su oru, todėl negali užsidegti.
Akumuliatoriaus sandara ir valdymas:
- Elementas - tai akumuliatoriaus širdis, sudaranti elektrodai ir elektrolitas. Energiją, išsiskiriančią vykstant cheminei reakcijai, jie paverčia srove, kurios reikia automobiliui varyti.
- Elektroninė akumuliatoriaus valdymo sistema (angl. Battery Management System - BMS) prižiūri, kad akumuliatorius veiktų tinkamai, ir valdo pagrindinius elementus (temperatūrą, įtampą ir t. t.).
- Akumuliatoriaus komponentų mazgas vadinamas akumuliatoriaus bloku. „Renault“ nurodo, kad partneriai padeda kurti tik elementus ir modulius, o likusius akumuliatoriaus komponentus gamina pati „Renault“.
Ličio jonų akumuliatorius - tai komponentas, cheminę energiją paverčiantis į elektros energiją. Akumuliatoriaus talpa matuojama kilovatvalandėmis (kWh), kurią galima palyginti su automobilių, turinčių vidaus degimo variklį, kuro bako talpa, matuojama litrais (l). Pagrindinė akumuliatoriaus funkcija - kaupti ir perskirstyti energiją, taip pat užtikrinti kuo didesnį elektromobilio nuvažiuojamą atstumą. „Renault E-Tech“ automobilių akumuliatoriai sukurti taip, kad būtų pasiektas kuo geresnis sukaupiamos energijos kiekio ir įkrovimo trukmės santykis. Pavyzdžiui, „Renault Megane E-Tech electric“ 200 km nuvažiuojamo atstumo atkuriama per 30 minučių.
Akumuliatoriaus veikimui didelę įtaką turi ir aplinkos sąlygos. Siekiant užtikrinti tinkamą automobilio veikimą, darbinė temperatūra reguliuojama naudojant akumuliatoriuje įmontuotą aušinimo sistemą. Įmonės „Renault“ patirtis, kaupiama nuo tada, kai išleistas pirmasis automobilis „Renault Zoe“, jau viršijo dešimt metų. Dėl to jie turi išsamių žinių apie akumuliatorių senėjimo procesus ir jų valdymą. „Renault E-Tech electric“ automobilių akumuliatoriams suteikiama 8 metų arba 160 000 km garantija (žiūrint, kas pasiekiama anksčiau).
Akumuliatorių ilgaamžiškumas, degradacija ir antrasis gyvenimas
Svarbu turėti omenyje, kad, kaip ir bet kurio kito elektroninio įrenginio, taip ir elektromobilio akumuliatorius natūraliai dėvisi. Pavyzdžiui, „Volkswagen“ patvirtino, kad vieno ID.3 baterija per metus prarado net 8 % savo talpos, o „Tesla Model 3“ nuvažiavus 38 tūkstančius kilometrų, prarado 7 % baterijos talpos.
Pasibaigus pirmajam akumuliatoriaus eksploatavimo laikui, t. y. kai didžiausia akumuliatoriaus įkrova nukrenta žemiau 70 % pradinės talpos, akumuliatorių vis dar galima panaudoti. Tada prasideda akumuliatoriaus antrasis gyvenimas: jį galima panaudoti, pavyzdžiui, kaupti atsinaujinančiai energijai ar kitoms, ne tokios didelės apimties mobilumo užduotims. Priešingai nei buvo įprasta su ankstyvaisiais elektromobiliais, dauguma gamintojų nebesiūlo akumuliatorių nuomos.
Perdirbimas ir tvari gamyba: „Renault“ siekia, kad 2030 m. 70 % akumuliatorių būtų gaminama iš strateginių medžiagų (nikelio, kobalto, ličio ir kt.), gautų perdirbus naudotus akumuliatorius. Po 6-10 metų akumuliatorius perdirbamas, iš jo išgaunant įvairius komponentus. „Renault“ nuolat bendradarbiauja su specializuotais partneriais, kad užtikrintų aplinką tausojančią gamybą uždaru ciklu.
Norvegijoje jau atidaryta pirmoji „Hydrovolt“ gamykla, skirta akumuliatorių perdirbimui. Taip pat, „Northvolt“ ir „Scania“ pristatė „žaliąjį“ akumuliatorių, kuris tarnaus net 1,5 mln. kilometrų, pabrėždami tvarių sprendimų svarbą.
tags: #akumuliatoriai #elektromobiliams #naujienos