Небольшой анализ рынка аккумуляторных батарей
В не самом далеком будущем, с транспортом будет тесно взаимодействовать энергетическая отрасль. Связанно это с тем, что рынок транспорта минимум на 50% станет работающим от электричества - используя аккумуляторные батареи. В переходный период мы заметим, как много появится возобновляемых источников энергии; в Европе уже массово устанавливают ветряки и солнечные батареи. Причём солнечные батареи используют множество людей живущих за пределами городской местности. Тем самым они сокращают расходы на электричество и имеют накопленный резерв, на случай отключения. Такой метод получения электричества бережет природу и делает ресурсы почти неиссякаемыми.
Какой есть прогноз на ближайшее десятилетия на рынке аккумуляторных батарей? Мы будем наблюдать, как во всем мире увеличиться спрос где-то в 10-15 раз, - а это около 2500-3000 ГВт-ч; а доход который будет приходить в год от аккумуляторных батарей, будет равен примерно 300 млрд. долларов. Способствует этому именно размещение аккумуляторов в электромобилях и другом работающем от батареек транспорте.
1. Типы батареек
Электрические батареи распределяются по электрохимической системе, самыми популярными аккумуляторами на сегодняшний день, считаются литиевые, за ними идут свинцовые и никелевые системы. Пока не нашлось лучшей замены литиевым аккумуляторам, для широко распространения на рынке техники.
Свинцово-кислотная система также является надежным и экономичным источником питания для различных сфер. Основные сферы её использования можно разделить на автомобильную (20%), в которой используются стартерные аккумуляторные батареи, так называемые SLI, и на стационарную (8%), где аккумуляторы используются для резервного питания, и на батареи, которые обеспечивают движение (5%) таких устройств как гольф-кары, коляски и самоходные подъёмники.
Ленкланш в 1868 году изобрел марганцево-цинковую батарею, но щелочная (алкалиновая) батарея выигрывает в высокой удельной энергии и возможности длительного хранения. Никель-металлгидридные батареи заменили никель-кадмиевые, но на их долю выпадает лишь 3% рынка.
Новые перспективы в развитии аккумуляторных батарей - это электротранспорт. Эта отрасль требует от батарей долговечности, экологичности и невысокой стоимости, но ископаемое топливо является сильным конкурентом в распространении электротранспорта. Поэтому необходима государственная стимуляция научно-исследовательской деятельности в этой области, и регулирование стоимости энергии. Также новыми перспективными направлениями являются электровелосипеды и системы аккумулирования возобновляемой энергии для небольших хозяйств и предприятий, которые могут подключиться к общей сети и в случае избытка энергии поставлять её государству
2. Усовершенствование батареек
Развитие электрических батарей идет в двух направлениях. Одно направление - это увеличение удельной энергоемкости, что влияет на срок автономной работы, второе - улучшение удельной мощности для работы с большими нагрузками. Улучшение одного показателя не может одновременно увеличить и другой, поэтому необходимо найти компромиссное решение. Рисунок 2 иллюстрирует зависимость между удельной энергоемкостью (Вт * ч / кг) и удельной мощностью (Вт / кг).
Удельная энергоемкость является параметром батареи, информирующим о содержании количества (Вт * ч) энергии на вес (кг) батареи; удельная мощность же информирует о количестве мощности (Вт) на килограмм веса.
Удивительно то, что одни из самых эффективных вторичных батарей, как ни странно является вторичный литий-металлический аккумулятор. Изобрели эту технологию еще в 80-е годы, но через 10 лет отозвали из-за неустойчивости металлического лития как анода. В использовании было замечено образование дендритов, из-за этого происходили взрывы и возгорания, вызванные замыканием. Поэтому технологию перестали применять.
Но литий-металлические системы имеют хорошие показатели в удельной энергоемкости, что заставляет производителей вновь возвращаться к этой технологии. Инструментом защиты от дендритов может стать смешивание металлического лития с оловом и кремнием. Также возможно использование графена в качестве сепаратора. Графен это материал из чистого углерода толщиной в один атом.
Многослойные сепараторы как средство от дендритов уже проходят испытания. Новые литий-металлические батареи имеют удельную энергоемкость в 300 Вт*ч/кг, и это не предел, что делает эти батареи крайне интересными для электротранспорта.