Первый завод по выпуску таких аккумуляторов был построен в Монреале, в канадском Квебеке. Нас возили туда на экскурсию и показали цех, где как раз испытывают готовые продукты. Их бросают, прокалывают, разогревают и смотрят, как они себя ведут. Ведут хорошо, за безопасность можно не переживать.
Но во всем мире стоит вопрос перехода от транспорта на бензине к электротранспорту. Поскольку для электротранспорта нужны крупногабаритные аккумуляторы, то и материалы для него должны быть дешевле. Так что для транспорта батареи будут делать на основе литий-железо-фосфата.
А есть аккумуляторы для более крупных беспроводных устройств. Здесь, конечно, выгодно использовать литий-железо-фосфат, ведь железо — самый распространенный в природе материал. Литий-железо-фосфат хорош всем, но его очень сложно синтезировать и сделать высокопроводящим. Если в случае с литий-кобальтовыми аккумуляторами от идеи до серийных образцов прошло пять лет, то в случае с литий-железо-фосфатом времени пришлось потратить почти в два раза больше.
Электромобиль Dodge ZEO. От одной заряда батареи он сможет проехать чуть больше 400 километров
Нина Косова: Аккумулятор аккумулятору рознь. В батарее для телефонов и других небольших устройств можно использовать кобальтат лития. У него много плюсов, но он дороговат.
Алла Аршинова: Если говорить об электромобилях, какая «химия» должна быть у таких аккумуляторов?
Для электромобилей очень важно иметь высокомощные источники энергии, поэтому должны быть материалы, которые могли бы работать при больших напряжениях и при больших токах. Для того чтобы получить такие вещества, нужны материалы с высокой электронной и ионной проводимостью. И получать их нужно в наноразмерном состоянии.
Нина Косова: Чем отличаются литий-ионные аккумуляторы от остальных? Тем, что вы можете начать заряд и разряд в любой момент, тогда как другой тип батарей это вывело бы из строя. А еще литий-ионные аккумуляторы выдерживают большое количество циклов заряда-разряда и напряжение их гораздо выше.
Алла Аршинова: Автолюбители со стажем помнят, что аккумулятор — штука довольно капризная, и даже за ним приходится следить в оба. А насколько просты в обслуживании современные Li-ion аккумуляторы для электромобилей?
Нина Косова: В природе литий находится в виде солей. Самый крупный поставщик карбоната лития — Чили, но встречается он и в других странах Южной Америки. Второй источник сырья — озера, где концентрация ионов лития очень высока. Например, наш институт недавно нашел такие в Монголии. Также мы разработали процесс переработки литийсодержащих вод. Тем не менее все исходное сырье для литий-ионных аккумуляторов находится в дефиците. Люди быстро поняли, что за этим будущее и деньги. И те, кто сейчас имеет доступ к сырью, диктуют на него мировые цены.
Алла Аршинова: Литий и его соединения — это дорогие материалы?
Когда стали использовать углеродный анод, поменялось и название — от «литиевого» перешли к «литий-ионному» аккумулятору. Современные же устройства — это «литий-ион-полимерные». Откуда взялись «полимерные»? Использовать жидкие электролиты, содержащие соли лития, не очень удобно — так же, как и металлический литий. Вы, наверное, сами видели, как аккумуляторы иногда «протекали» и из них просачивался жидкий электролит? Так вот, чтобы этого не было, последний стали делать гелеобразным, полимерным. Поэтому сегодня вы чаще всего имеете дело именно с «литий-ион-полимерными» аккумуляторами, если, конечно, речь не идет о чем-то совсем дешевом и безымянном.
Поэтому несколькими годами позже от литиевого анода перешли к углеродному, на основе графита. Выбор в его пользу был сделан потому, что структура графита способна к внедрению и извлечению ионов лития.
Сначала в литиевых аккумуляторах использовался литиевый анод, и это было не очень хорошо. Ведь литий — очень активный металл, и, если нарушается целостность такого аккумулятора, может случиться возгорание. К тому жеутилизация таких аккумуляторов достаточно сложна.
Нина Косова: Первые перезаряжаемые аккумуляторы с литием были просто «литиевые». В качестве катода в них использовался кобальтат лития, а в качестве анода — металлический литий. Между катодом и анодом находится сепаратор, он не дает контактировать двум электродам. Сепаратор смачивается литий-ионным электролитом, и, когда мы подключаем это устройство к электрической сети, ионы лития переносятся от катода к аноду через электролит, а электроны — через внешнюю цепь. Когда начинается заряд, литий выходит из структуры кобальтата лития и встраивается в литиевый анод. Когда же положительный ион лития уходит, ионы кобальта окисляются и становятся четырехвалентными. Этот процесс называется деинтеркаляцией (или, проще говоря, экстракцией) лития. Когда мы зарядили аккумулятор и начали им пользоваться, стартует процесс разряда, и в этом случае реакция идет в обратную сторону: происходит встраивание лития в катодный материал, и это называется интеркаляцией (внедрением).
Алла Аршинова: Нина Васильевна, давайте начнем с начала. Расскажите, пожалуйста, об эволюции литий-ионных аккумуляторов.
Предполагается, что в дальнейшем китайские компоненты для производства батарей будут заменены российскими, и для реализации этого предположения стартовал второй проект «Роснано» — совместно с Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН и Новосибирским заводом химконцентратов. Нина Косова, научный руководитель этого проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии, рассказала нам о российских разработках и о том, почему пришлось приобретать китайские технологии.
Анонс: Скоро в Новосибирске заработает завод, выпускающие литий-ионные аккумуляторы для электромобилей. Вот только российским в них будет только труд, а оборудование и даже сырье купят в Китае. Наши технологии в этой сфере и планы по отказу от импорта мы обсудили с Ниной Косовой из Института химии твердого тела и механохимии СО РАНВ минувшем году Россия и Китай подписали договор о создании в Новосибирской области первого в России производства литий-ионных батарей для электромобилей. Участниками проекта стали госкорпорация «Роснано» и китайская компания Thunder Sky Group Limited, считающаяся одним из лидеров в серийном производстве батарей для электротранспорта и накопителей энергии. В Новосибирске уже начали строить завод, который будет оснащен четырьмя автоматизированными производственными линиями с более чем пятью сотнями рабочих мест.
Российские Li-Ion аккумуляторы: китайские технологии и упущенное время
Российские Li-Ion аккумуляторы: китайские технологии и упущенное время - Digital Daily Digest
Комментариев нет:
Отправить комментарий