Поднять плотность аккумулятора автомобиля в домашних условиях: Как поднять плотность электролита в аккумуляторе? Как заменить электролит в аккумуляторе? Что такое «плотность аккумулятора»?

Содержание

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе? Как заменить электролит в аккумуляторе? Что такое «плотность аккумулятора»?

Аккумуляторные батареи автомобилей созданы не только для пуска двигателя, но и для питания электрических приборов машины в тот момент, когда зажигание выключено. По невнимательности водитель с легкостью может забыть о включенных в автомобиле фарах или работающей магнитоле, громкость которой сведена к нулю. Вернувшись к машине на следующий день, можно обнаружить, что она не заводится, и причина тому севший источник питания. Завести машину при разряженном аккумуляторе можно, но через раз-два экстренные методы запуска двигателя начинают надоедать, и явно возникает необходимость вернуть в рабочее состояние аккумулятор.

«Плотность аккумулятора» или соотношение серной кислоты и воды в электролите

В простонародье распространен такой термин как «плотность аккумулятора». По сути, он является ошибочным, поскольку никто не измеряет плотность непосредственно источника питания. Любой автомобильный любитель скажет, что под понятием «плотность аккумулятора» подразумевается плотность электролита, который залит в батарею. Именно от того какой плотности электролит находится в аккумуляторе, зависит его возможность заряжаться и сохранять накопленную энергию.

Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему работоспособное состояние при помощи зарядного устройства. Перед тем как заряжать аккумулятор, в него доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы источника питания. Вода в аккумуляторе смешивается с готовым электролитом, что приводит к понижению его плотности, то есть к уменьшению процентного содержания серной кислоты в итоговом растворе. Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллированной водой, снижается, и опускается ниже комфортного уровня. Эксплуатация батареи становится невозможно, и в таких ситуациях возникает необходимость в повышение плотности электролита в аккумуляторе.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе самостоятельно?

Плотность аккумулятора, а если говорить точнее, то электролита в нем, повысить можно довольно просто без обращения к специалистам сервисного центра. Первым делом необходимо провести ряд подготовительных процедур:

  • Подготовьте емкости, которые понадобятся для слива части старого электролита из аккумулятора;
  • Обзаведитесь средствами личной защиты – перчатки, очки, одежда (которую не страшно испортить). Помните: Электролит аккумулятора частично состоит из серной кислоты, которая опасна, и при попадании на кожу способна вызвать ожог, а одежду серьезно испортить;
  • Возьмите инструменты, которые понадобятся, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе: ареометр, клизма-груша, мерный стакан, воронка;
  • Купите необходимые расходные материалы: дистиллированная воды, аккумуляторная кислота или готовый электролит.

Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется самостоятельно полностью заменить весь электролит, который уже залит в батарею, на новый раствор. Сделать это довольно просто, если выполнять все по инструкции и соблюдать необходимые меры предосторожности.

Как поменять электролит в аккумуляторе?

Большинство современных аккумуляторов выпускаются разборными, и они предусматривают возможность замены электролита самостоятельно. Неразборные аккумуляторы – большая редкость, и в них нельзя при необходимости отвинтить пробки для удаления старого электролита и заливки нового. При желании можно залить электролит и в неразборную батарею, но для этого необходимо в каждой банке с помощью сверла проделать отверстие. После замены электролита на место отверстий напаивается пластмасса, и аккумулятор вновь становится рабочим.

Сам процесс замены электролита довольно простой, и он состоит из следующих пунктов:

  1. Первым делом необходимо снять аккумулятор с автомобиля и найти подходящее место для замены электролита в нем и зарядки;
  2. Далее необходимо снять защиту с аккумулятора, если она имеется, и открутить пробки с банок;
  3. После этого берем клизму-грушу и вставляем ее конец в одну из банок аккумулятора. Пользуясь данным резиновым прибором, выкачиваем из аккумулятора старый электролит и сливаем его в заранее подготовленную емкость. Внимание: Ни в коем случае не выливайте электролит на землю, если вы выполняете работы на улице;
  4. Выкачав практически весь старый электролит из всех банок, необходимо почистить пластины аккумулятора от его остатков. Сделать это можно с помощью дистиллированной воды, которая не вызовет внутри аккумулятора нежелательные реакции. Для этого дистиллированную воду заливают в каждую банку аккумулятора, после чего его поднимают и трясут. Хорошо удерживайте аккумулятор, чтобы в процессе тряски он не выпал. После этого сливаем получившийся раствор.

Стоит отметить, что некоторые автолюбители рекомендуют для «чистоты» будущего электролита в батарее не только промыть ее дистиллированной водой, но и использовать различные растворы. К примеру, рекомендуется залить в батарею раствор воды с содой и оставить его там на 4 часа. После этого также рекомендуется заливать на час в аккумулятор раствор поваренной соли.

  1. Очистив банки аккумулятора от старого электролита, необходимо залить в него новый. Хорошо, если вы приобрели готовый электролит в магазине, тогда достаточно залить его с помощью воротки до указанных граней в каждую банку. В случае если у вас аккумуляторная кислота и дистиллированная вода, требуется предварительно сделать раствор электролита с плотностью в 1,27-1,28 грамм на сантиметр кубический;
  2. После этого закрываем банки и начинаем процесс зарядки аккумулятора;
  3. Сменив электролит в батарее, необходимо выполнять процесс заряда батареи по циклу «зарядка-разрядка» с силой тока не более 0,1 Ампер до тех пор, пока плотность аккумулятора (плотность электролита) не достигнет рабочих значений. Внимание: Зарядку можно окончить и начать использовать аккумулятор только после того как на концах клемм аккумулятора удастся замерить 14 Вольт.

Если вы решили поменять электролит в аккумуляторе самостоятельно, настоятельно рекомендуем соблюдать все меры предосторожности. Кислотная среда, которой является электролит, вредна не только при попадании на кожу, но и в дыхательные пути. Менять электролит следует исключительно в хорошо проветриваемых помещениях с предельной осторожностью.

Загрузка…

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе? ― 130.com.ua

Практически все автовладельцы вообще не уделяют внимание аккумулятору до первых проблем. Именно наша безответственность быстрее приближает моменты поломок, когда автомобиль уже просто отказывается заводиться. Наиболее распространенная причина — севший аккумулятор.

Кстати, даже новое АКБ может помешать вашей поездке. Есть же доля вероятности купить не совсем качественное устройство. Что подразумевается под этим? Чаще всего: не доконца заряженный аккумулятор или недостаточность электролита. Такие нюансы никак не проверяют во время покупок.

Основные способы

Как только отказывается работать аккумулятор, мы ставим его на зарядку. Но что видим: цикл зарядки прошел, а батарея все такая же дохлая. Появляется новая проблема — АКБ просто не держит заряд. Тут нужно выяснить причины, почему так происходит.

Чаще всего это случается с батареями, которые были посажены в 0. Здесь уже появляется новая задача — проверить насколько сильно разряжен аккумулятор. Для начала проверьте плотность электролита с помощью специального устройства: кислотомера.

Делаем это следующим образом:

  • Кислотомер устанавливаем в любую банку аккумулятора.
  • Шкала на ареометре будет показывать плотность электролита.
  • Сравниваем полученные значения с табличными параметрами плотности.

Если вы живете в регионе с суровым климатом, то значение будет равно приблизительно 1,25 кг/литр. Тут учитывайте, что разница плотности между двумя банками не должна быть больше 0,01.

Как поднять плотность?

Способ решить эту задачу зависит от того, какие значения вы получили.

Плотность 1,18-1,20 кг/литр

С помощью груши откачиваем старый электролит: как можно больше. Заливаем новый на половину того объема, который вы откачали. Условно для примера: откачали 1 кг., заливаем 0,5 кг. Тут нужно добиться нормы плотности электролита, а остаток доливаем уже дистиллированной водой.

Плотность менее 1,18 кг/литр

В таком случае нужно использовать аккумуляторную кислоту. Все делаем также, как и в первом случае, но вполне вероятно, что процедуру придется повторять. Ваша главная задача остается прежней — получить значение нормы.

Плотность очень низкая

К сожалению, тут придется менять полностью электролит, чтоб спасти аккумулятор. С помощью груши, вам нужно будет максимально откачать старый электролит, а банки закрыть заглушками. И дальше придерживаемся такого плана:

  • После закручивания заглушек, аккумулятор кладем на бок. Берем сверло 3 мм. или 3,5 мм. и делаем по одному отверстию внизу банки. Так, мы сможем слить электролит полностью.
  • Промываем все банки с помощью дистиллированной воды. Отверстия закрываем кислотостойкой пластмассой. Так, мы сделали все необходимое, чтоб подготовить емкость к новому электролиту.
  • Приготовим электролит самостоятельно. Берем дистиллированную воду и наливаем в нее аккумуляторную кислоту. Обратите внимание, что обратный порядок недопустим, то есть воду в кислоту наливать нельзя. Не забудьте надеть резиновые перчатки.

В итоге, вы должны получить необходимые значения электролита для вашего региона. Если по какой-то причине увеличить плотность электролита не удалось, придется выбрать новый аккумулятор. Аккумулятор купить с доставкой по Украине в Харьков, Киев, Одессу можно на 130.com.ua.

ТОП-3 автомобильных аккумулятора

 

Материалы по теме

как проверить и повысить плотность электролита

Плотность электролита в аккумуляторе является важнейшим параметром для кислотных АКБ. От плотности электролита напрямую зависит срок службы и общая работоспособность батареи, емкость аккумулятора, способность накапливать и удерживать с заряд, а также работать под нагрузкой.

При этом в процессе эксплуатации  плотность в аккумуляторе может меняться, что указывает на необходимость проверки. Далее мы рассмотрим, какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе, как проверить плотность аккумулятора, а также как повысить плотность в аккумуляторе при такой необходимости в рамках обслуживания АКБ.

Содержание статьи

Какая плотность должна быть в аккумуляторе автомобиля

Итак, прежде чем рассматривать, какая должна быть плотность электролита и как правильно поднять плотность аккумулятора, важно понимать, что под самой такой плотностью следует понимать удельный вес кислоты в растворе, который залит в банки АКБ. 

Прежде всего, проверка плотности является важным этапом в рамках обслуживания АКБ. Так вот, в свинцовых батареях плотность измеряется в граммах на см3. Показатель плотности пропорционален концентрации раствора, а также зависит от температуры. Чем сильнее нагрет раствор, тем меньшей будет плотность.

При этом плотность электролита указывает на то, в каком состоянии находится АКБ. Как правило, если аккумулятор теряет способность держать заряд, необходимо проверять уровень и состояние электролита в банках. Такая проверка осуществляется ареометром, при этом температура должна быть около 25 градусов Цельсия. Если температура другая, необходимо внести отдельные поправки (можно использовать таблицу).

Идем далее. В процессе эксплуатации АКБ важно, чтобы показатель плотности электролита соответствовали норме, причем с учетом климатических условий.  Это значит, что плотность электролита зимой и летом отличается. Если климат умеренный (нет большой жары и холода), плотность электролита должна быть 1.25-1.27 г/см3. Если в регионе морозы больше -30, тогда значение повышают на 0,01 г/см3 больше, если же стоит сильная жара выше +30, тогда показатель уменьшают на 0,01 г/см3.

Если же морозы сильные (температура опускается до -50 °С), чтобы электролит в АКБ не замерз, в таком случае нужно повышать плотность электролита в аккумуляторе зимой до 1.29 г/см3.

Для наглядности, таблица плотности электролита в аккумуляторе позволяет понять, какой должна быть плотность аккумулятора зимой или летом, в условиях сильной жары или холода, в умеренном климате и т. д. При этом важно учитывать, что чем меньшей будет плотность, тем большим оказывается общий срок службы аккумулятора автомобиля. Это значит, что без необходимости повышать плотность не рекомендуется.

Еще нужно учитывать, что АКБ, установленная на машину, заряжена не на 100%, а на 85-90% от номинальной ёмкости. Это значит, что плотность электролита при замерах зачастую оказывается ниже по сравнению с полностью заряженной АКБ. По указанным выше причинам нужно выбрать значение, которое немного выше (на 0.01), чем приведено в таблице плотности. Такой подход  будет означать, что аккумулятор не замерзнет зимой.

Однако если речь идет о лете, слишком высокая плотность может привести к закипанию электролита в АКБ. Важно соблюдать баланс, так как повышение плотности сокращает срок службы батареи, тогда как понижение приводит к снижению напряжения, аккумулятор хуже крутит стартер, быстрее разряжается и т.д.

Еще добавим, что если зимой температура не падает ниже -30 и летом не повышается выше + 30, тогда изменять стандартное значение плотности аккумулятора не следует. Главное, следить, чтобы это значение постоянно сохранялось.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Итак, номинальная плотность электролита в аккумуляторе зимой составляет 1,27. Если температуры ниже -35, тогда плотность повышается до 1.28 г/см3. При этом дальнейшее увеличение плотности  также не рекомендуется.

Если же плотность снижена, например, до 1.09, тогда электролит замерзнет уже при -7 градусах по Цельсию. Однако, если зимой обнаружено, что плотность понизилась, вместо того, чтобы сразу ее поднимать, нужно сначала хорошо зарядить АКБ от зарядного устройства.

На деле, зимой часто во время коротких поездок аккумулятор не успевает зарядиться, плохо накапливает заряд и т.д. В результате снижается заряд АКБ, а также падает и плотность. При этом плотность  путем доливки кислоты изменять самостоятельно не рекомендуется.

Допускается изменение разве что путем использования дистиллированной воды для коррекции уровня (норма 1.5 см над пластинами в АКБ легковых авто или 3 см. в грузовых авто). При этом если АКБ новая или полностью работоспособная, изменение плотности электролита при  полном разряде и полном заряде должно быть на отметке 0.15-0.16 г/см3.

Еще важно учесть, что нельзя использовать разряженный аккумулятор при минусовой температуре, так как электролит замерзает и разрушаются свинцовые пластины.  На практике, если аккумулятор разряжен на половину зимой и больше чем на четверть летом, АКБ нужно подзарядить.

Что касается плотности аккумулятора летом, обычно банки пересыхают и плотность повышается. С учетом того, высокая плотность плохо влияет на пластины, лучше держать показатель на 0.02 г/см3 ниже оптимального значения в регионах с жарким климатом.

На деле, летом вода из банок АКБ активно испаряется, так как наружная температура воздуха и нагрев под капотом (где зачастую и стоит батарея) также приводят к сильному повышению температуры аккумулятора. В результате аккумулятор «кипит».

При этом понижение плотности не сказывается на качестве отдачи тока при нагреве АКБ. Например, даже при 1,22 г/см3 батарея будет хорошо крутить стартер. Получается, если на улице жарко, уровень электролита понижается и повышается плотность. В свою очередь, высокая плотность «убивает» батарею.

Чтобы этого не произошло, нужно проверять уровень электролита и доливать воду в аккумулятор, понижая плотность и поддерживая нужный уровень раствора в банках, чтобы предотвратить перезаряд и осыпание пластин. При этом следует помнить, что постоянные доливки воды в аккумулятор приводят к тому, что плотность падает.  При низкой плотности дальше пользоваться батареей нельзя, так как требуется повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Как проверить плотность в аккумуляторе

Разобравшись с тем, на что влияет плотность в АКБ и какой она должна быть, перейдем к тому, как проверяется плотность в аккумуляторе. Такую проверку нужно выполнять каждые 20-25 тыс. км. пробега, а также  перед наступлением лета и зимы.

Для замера нужен прибор, который называется ареометр (денсиметр). Фактически, это стеклянная трубка с ареометром внутри. На одном конце есть наконечник из резины, а на другом груша.

Для проверки следует поочередно выкручивать крышки банок обслуживаемого аккумулятора, затем погрузить резиновый наконечник в раствор, грушей втянуть электролит. Далее ареометр со шкалой покажет, какова плотность раствора. Чем меньше плотность, тем ниже заряд батареи.

Кстати, еще добавим, что необслуживаемые АКБ проверить данным способом не удается, так как нет прямого доступа к банкам. При этом на таких АКБ есть особый цветовой индикатор  заряда (индикатор плотности) необслуживаемого аккумулятора.

Фактически, если индикатор зеленый, тогда это указывает, что АКБ заряжена на 65 или 100%. Если же плотность низкая и батарею нужно заряжать, тогда индикатор будет черным. Более того, если цвет, например, красный,  тогда это указывает на выкипание воды и необходимость долива. Кстати, на самой АКБ должна быть наклейка, указывающая, о чем говорит цвет индикатора в том или ином случае.  

Теперь вернемся к проверке. Проверка плотности электролита должна производиться на полностью заряженном аккумуляторе. При этом заряжать АКБ можно только тогда, когда уровень в банках в норме.  Другими словами, порядок следующий:

  • сначала корректируется уровень электролита, затем АКБ заряжается полностью;
  • после окончания зарядки и отключения ЗУ также следует дать батарее «устояться» около 2-3 часов.
  • после выполняется проверка плотности электролита в аккумуляторе.

Если долить воду или зарядить АКБ и сразу мерить плотность, данные будут не точными. Также важно измерять плотность при оптимальной температуре воздуха. Если имеют место отклонения, тогда  нужно сверяться с приведенной выше таблицей и вносить поправки.

Когда делается забор электролита, ареометр должен быть в покое и плавать, при этом не касаться стенок. Замеры из каждой банки АКБ следует записать. Важно, чтобы плотность электролита была приблизительно одинаковой во всех банках.

Если замечено, что плотность сильно понизилась в одной банке или нескольких, но не во всех, тогда это указывает на дефекты. Как правило, речь идет о коротком замыкании пластин аккумулятора. Если же плотность упала во всех банках, это указывает на то, что АКБ в глубоком разряде, пластины осыпались или старая батарея отработала свой ресурс.

Для точного определения причины нужно проверить напряжение аккумулятора мультиметром и с нагрузочной вилкой. В случае, когда плотность высокая, это также говорит о проблемах. Как правило, плотность повышается, когда электролит закипает.

Так или иначе, нужна корректировка с использованием корректирующего раствора или дистиллированной воды, после чего выполняется зарядка АКБ номинальным током (около 30 мин), а также затем батарея выдерживается нескольких часов в состоянии покоя. Это нужно, чтобы выровнять плотность в банках. Давайте рассмотрим,  как повысить плотность электролита в аккумуляторе, более подробно.

Как поднять плотность аккумулятора

Прежде всего, важно знать, как правильно поднимать плотность в аккумуляторе. Прежде всего, при работе с электролитом нужно быть предельно осторожным, так как в составе раствора есть серная кислота.

Кислота может вызывать ожоги кожи, слизистых и дыхательных путей. Работать с электролитом нужно в хорошо проветриваемом помещении, надевать перчатки, маску и т.д. Еще нужно учитывать все нюансы и знать, как поднять плотность в аккумуляторе.

Обратите внимание, необходимость это делать возникает в том случае, когда уровень электролита в банках несколько раз корректировался водой  или замеры плотности указывают, что плотность слишком низкая для зимы.

Также повышать плотность нужно после длительных перезарядок аккумулятора. Как правило, поднимать плотность нужно, если интервал заряда и разряда заметно сократился. Для понятия плотности АКБ можно использовать концентрированный электролит (корректирующий раствор электролита) или просто добавить кислоты.

В любом случае, нужно иметь ареометр, мерный стакан, емкость для разведения электролита, корректирующий  раствор электролита или кислоту, дистиллированную воду.

  • В общих чертах, из банки аккумулятора грушей откачивается немного электролита, затем в таком же количестве добавляется корректирующий электролит для поднятия плотности или дистиллированная вода для понижения;
  • Затем АКБ на 30 минут ставится на зарядку от ЗУ, заряжать нужно номинальным током, чтобы жидкость смешалась;
  • Далее батарея отключается от ЗУ, выдерживается пауза около 2-3 часов, чтобы за это время плотность во всех банках выровнялась, вышли пузырьки газов, снизалась температура;
  • Теперь можно снова проверить плотность электролита, при необходимости, повторить процедуру, уменьшая или увеличивая количество;
  • При замерах разница плотности во всех банках не должна быть больше 0,01 г/см3. Если такой плотности не удается добиться, тогда нужно снова делать так называемую выравнивающую зарядку, причем током, который в 2-3 раза меньше номинального тока заряда.

Чтобы было удобнее, рекомендуется заранее изучить, какой объем в см3 в каждой банке конкретного АКБ. Сам электролит имеет состав в следующих пропорциях: 40% серной кислоты на 60% дистиллированной воды. Кстати, пропорции и плотность можно рассчитывать и по формуле, однако на практике проще воспользоваться таким методом:

  • из банки откачивается жидкость и сливается в мерный стакан, что позволяет определить объем;
  • затем сливается половина от полученного количества, а другая заполняется электролитом (стакан нужно покачать для перемешивания).

Если значения плотности все равно низкие, тогда можно долить еще ¼  электролита от выкачанного из банки объема. Такой долив можно производить неоднократно, уменьшая количество в два раза.

При этом, если плотность в аккумуляторе слишком низкая (ниже 1.18), в этом случае недостаточно обычной доливки электролита. В подобной ситуации нужно добавлять кислоту (1.8 г/см3).

Сама процедура аналогична добавке электролита. Единственное, добавлять кислоту в раствор нужно шаг за шагом, так как можно сразу залить большое количество и превысить необходимые показатели. Обратите внимание, во время приготовления раствора в обязательном порядке нужно заливать кислоту в воду. Вливать воду в кислоту запрещается!

Советы и рекомендации

Как показывает практика, срок службы  АКБ (средних по цене) составляет 3-4 года, дорогие аналоги могут  прослужить на 1-2 года больше. При этом такие показатели возможны только в том случае, если соблюдаются правила эксплуатации  и обслуживания, а также оборудование исправно.

Прежде всего, важно не допускать перезаряда аккумулятора или, наоборот, глубокого разряда батареи. Как правило,  сильно посадить аккумулятор может сам владелец. Также к разряду приводят неисправности электрооборудования или ошибки при подключении. Так или иначе, потребители «тянут» заряд даже тогда, когда машина не используется, АКБ садится.   Что касается перезаряда, это может происходить в результате поломок реле-регулятора и т.д.

В любом случае, если аккумулятор необслуживаемый и/или старый (отработал больше 3-х или 4-х лет), тогда пытаться восстановить его работоспособность путем замены электролита не стоит.  Зачастую, в этом случае в банках уже осыпались пластины (частично или полностью). Результат- батарея не будет работать нормально даже со свежим электролитом.

Зачастую, если электролит в аккумуляторе стал коричневым или бурым, в морозы такая батарея если и будет работать, то плохо. Если же электролит почернел,  это указывает на то, что произошло осыпание  пластин и частицы попали в раствор. На деле, площадь поверхности пластин стала меньше. Получается, даже после обслуживания и зарядки получить  необходимые характеристики АКБ не представляется возможным. В таком случае  батарею лучше сразу поменять.

Что в итоге

Как видно, плотность электролита, уровень и его состояние в аккумуляторе  является важнейшими показателями. По этой причине даже не нормально работающих батареях нужно следить за уровнем электролита в банках АКБ, а также  проверять и корректировать плотность при  отклонении от нормы, с учетом климатических условий в регионе и т.д.

Напоследок отметим, что только правильное обслуживание, зарядка и соблюдение правил эксплуатации позволяет максимально повысить эффективность работы и увеличить срок службы аккумулятора автомобиля.

Читайте также

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе автомобиля в домашних условиях?

Часть автомобильных батарей из невысокой ценовой категории нуждается в регулярном обслуживании, особенно когда происходит смена сезонов. Однако далеко не все водители знают об этом, что приводит не только к сокращению службы АКБ, но и к невозможности пуска мотора в холод. Как поднять плотность электролита в аккумуляторе, чтобы увеличить его эксплуатационный срок и нормально заводить машину в морозы?

Причины, по которым может снизиться плотность электролита в аккумуляторе

Сначала стоит понять принцип работы АКБ. Весь процесс образования постоянного напряжения происходит в кислотоупорном пластиковом корпусе. В нём находится шесть отдельных банок, каждая из которых выдаёт напряжение в 2,1 В. Все секции между собой соединяются в последовательную электрическую цепь. В результате на выходе получается 12,6 В. В каждой банке имеется набор плюсовых и минусовых пластин, пространство между которыми заполнено электролитом (смесью дистиллированной воды и серной кислоты в отношении 65 % и 35 %). В результате химической реакции свинца и раствора получается электрический ток. Суть работы батареи – периодические разряды и восстановление её полноценного функционирования посредством автомобильного генератора.

Сразу же стоит отметить: падение плотности в батарее вполне закономерный процесс. Если АКБ разряжается, концентрация серной кислоты в растворе падает и наоборот. Но возникают ситуации, когда аккумулятор зарядить невозможно. И одна из причин досадного явления – недостаточная плотность залитого в банки химиката. Факторов, по которым она падает, не так уж много:

  1. Глубокая разрядка АКБ.
  2. Непрофессионально проведённая перезарядка, в итоге которой электролит выкипает (не в прямом смысле этого слова: в результате электролиза образуются пузырьки кислорода и водорода).
  3. Низкая температура наружного воздуха.
  4. Саморазряд, вызываемый парами, выделяемыми аккумулятором, которые оседают на корпусе батареи, создавая замыкающую «дорожку» между плюсовым и минусовым выводом.
  5. Неверно произведённый замер плотности электролита после добавления дистиллированной воды.

Если эксплуатировать аккумулятор в вышеописанном состоянии, неизбежен запуск процесса сульфатации пластин, который может стать необратимым. Возникает вопрос: как поднять плотность в аккумуляторе на зиму? В первую очередь стоит понять, что при понижении температуры до отрицательной концентрацию кислоты в электролите необходимо увеличить, а в жару, наоборот, понизить. Чтобы контролировать ситуацию, понадобится недорогой и несложный прибор с резиновой грушей на торце в виде толстой стеклянной трубки – ареометр. Так как речь идёт о зимнем периоде, то сначала необходимо подготовить АКБ.

Как повысить плотность аккумулятора с помощью корректирующего электролита?

Сначала батарею нужно снять с автомобиля, очистить, убедиться в отсутствии механических повреждений и принести в тёплое место – если нет гаража, придётся домой. На сутки после холода оставьте АКБ в покое. Как повысить плотность аккумулятора автомобиля и с чего нужно начать? Измерьте напряжение, если оно менее 12,5 В, батарею зарядите. После окончания процесса проконтролируйте ареометром плотность электролита: тестируйте каждую банку по отдельности при температуре наружного воздуха +20–22 градуса. Для этого опустите прибор в жидкую среду, нажмите на грушу и посмотрите на деления: нужный параметр для зимнего периода – 1,30–1,31 кг/куб. см. Нормальная плотность для летнего периода – 1,26–1,27. Причём в каждой банке должно быть одно и то же значение (разница не более 0,1). Если добавка дистиллированной воды и последующая зарядка проблему не решили, стоит подкорректировать раствор. Как повысить плотность электролита в аккумуляторе? Для этого нужно выкачать из банок раствор с помощью ареометра. Ни в коем случае не удаляйте химикат из АКБ путем её переворачивания: тогда присутствующие кусочки свинца могут застрять между пластинами и замкнуть их. Заливать нужно электролит с требуемой плотностью. Здесь есть два варианта, как повысить плотность аккумулятора:

  1. Вы покупаете готовый химический раствор, где концентрация кислоты составляет 1,4 кг/куб. см и сразу льёте его в банки.
  2. Отдельно приобретается дистиллированная вода и кислота. Согласно правилам, известным со школьной скамьи, смешиваются обе жидкости, при этом строго добавляется кислота в воду, но не наоборот. Осуществлять процедуру нужно в резиновых перчатках, чтобы не получить ожог.

После этого отправьте аккумулятор на зарядку и через пару часов проверьте плотность электролита. Если она не соответствует норме, процедуру нужно повторить.

Чтобы правильно решить проблему, как поднять плотность аккумулятора, корректирующий раствор можно использовать только в двух случаях:

  1. Падение уровня жидкости в банках происходит из-за её утечки, связанной с механическими повреждениями корпуса или иными причинами.
  2. В АКБ залито чрезмерное количество дистиллированной воды.

Однако перед тем как заливать новый раствор, стоит попробовать менее трудоёмкие способы. Например, популярностью пользуется метод, при котором поднять плотность в аккумуляторе можно зарядным устройством. Это сравнительно недорогой аппарат, купить который можно в любом автомагазине.

Как поднять плотность электролита с помощью зарядного устройства?

Данный вариант более простой. Но есть требование: необходим аппарат, где выходное напряжение регулируется жёстко. Дело в том, что существуют устройства, где сила тока автоматически падает при достижении полной зарядки. Как поднять плотность аккумулятора в домашних условиях? Здесь необходимо помнить:

  1. При достижении нормальной ёмкости и напряжения АКБ начнёт кипеть: в этом случае силу зарядного тока нужно убавить на пару ампер.
  2. Проверьте уровень электролита: если он стал меньше, измерьте плотность и добавьте дистиллированную воду или корректирующий раствор.

Что делать, если плотность электролита упала ниже критического минимума?

Если значение на ареометре менее 1,18, необходимо предпринимать меры по увеличению плотности раствора до требуемого значения. Чтобы этого добиться, придётся слить его полностью, что с помощью отсасывания химиката ареометром не получится. Что же тогда делать с низкой плотностью электролита в аккумуляторе? В этой ситуации после удаления раствора обычным способом батарею нужно перевернуть вверх дном и просверлить в ней отверстия небольшого диаметра (10–12 мм). Опять поставьте АКБ вверх ногами и полностью удалите электролит. И только после этого заполняйте аккумулятор корректирующим раствором и ставьте на зарядку. Недостаток данного метода заключается в снижении эксплуатационного срока батареи. Но, зная, как увеличить плотность электролита в аккумуляторе, целесообразнее продлить жизнь изделия на несколько месяцев, чем отправиться за покупкой нового.

На следующем этапе потребуется промыть банки с помощью дистиллированной воды. Затем просверленные отверстия нужно запаять подходящим (стойким к воздействию кислотных сред) пластиком. Здесь лучший вариант – пробки-заглушки с отработавших своё батарей. Теперь можно заполнять банки электролитом. Стоит помнить, что его чрезмерная плотность ведёт к коррозии плюсового электрода, а слишком низкая – к замерзанию раствора при отрицательной температуре.

Как видно из вышесказанного, процедура увеличения плотности электролита не отличается особой сложностью. Однако избежать ненужных действий можно, если следить за обслуживаемой АКБ (есть изделия, не требующие вмешательства в течение всего эксплуатационного срока, но стоят они дороже) и проверять вовремя её состояние. Делать это рекомендуется хотя бы раз в две недели при условии каждодневной интенсивной езды. Особенно это важно для автомобилей, возраст которых уже перевалил за 5 лет.

Как повысить плотность аккумулятора! | Статьи компании ООО «KRONVUZ» г Москва


Аккумуляторная батарея автомобиля требует к себе постоянного внимания. Ведь часто случается так, что невозможно запустить стартер после длительного простоя. Особенно, когда длительная зарядка не помогает и батарея разряжается крайне быстро. А это значит, что пришло время
повысить плотность аккумулятора.

Правила безопасности при работе с электролитом


Перед тем как преступать к данной операции, необходимо запомнить следующие правила безопасности:

  1. Необходимо добавлять кислоту в воду, а не наоборот, поскольку эти жидкости имеют разную плотность.
  2. АКБ нельзя переворачивать вверх дном. В этом случае произойдет осыпание пластин и соответственно, к поломке устройства.
  3. Ни в коем случае нельзя доливать концентрированную кислоту в электролит.


Первое, что необходимо сделать, это проверить плотность уже заряженного АКБ. В случае если плотность менее 1,27 – 1,28 г/куб. см, то необходимо начать проверку этого показателя ареометром каждой из банок батареи.


Затем при помощи резиновой груши необходимо аккуратно выкачать старый электролит из банки и залить свежий раствор плотностью 1,39 – 1,40 г/куб. см. Периодически измеряйте плотность и стремитесь к одинаковым значениям во всех банках АКБ.


Для перемешивания электролита, аккумулятор нужно поставить на заряд при малом токе в течение получаса. После этого проведите финальный замер показаний. Такие манипуляции позволят значительно продлить срок эксплуатации данного изделия. Существует несколько способов как можно повысить плотность аккумулятора, рассмотрим способ в автоматическом режиме.


Рисунок 1. Система анализа состояния и мониторинга АКБ производства компании KRONVUZ

Автоматизация процесса проверки плотности аккумулятора


А что делать, если аккумуляторных батарей большое количество и требуется постоянный контроль над их параметрами, особенно, если это вопрос безопасности? Для этого нужна автоматизация, а именно
система анализа состояния и мониторинга АКБ.


Данное устройство позволяет обеспечить контроль температуры и напряжения на каждом элементе батареи. Соответственно, не только проводить циклы выравнивания, но и выявлять поврежденные элементы. Система автоматически отключит те элементы, которые уже заряжены во избежание их преждевременного разрушения. А это значит, что срок службы аккумуляторов может быть увеличен в несколько раз.


Таким образом, можно обслуживать большое количество АКБ и значительно продлить их период эксплуатации. А это уже действительно серьезная экономия. И разумеется, обеспечение бесперебойности рабочих процессов на производстве.


Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

Вопрос-ответ

Генератор. Обеспечивает питание потребителей электроэнергии и полный заряд батареи при исправном состоянии, достаточном времени работы двигателя и движения автомобиля. Износ щёток, коллектора, неисправность выпрямительного блока, ослабление креплений соединительных проводов, ослабление натяжения ремня привода генератора создают условия недозаряда либо полного разряда батареи.

Регулятор напряжения. Обеспечивает заряд батареи при установленном изготовителем значении напряжения. Неисправность регулятора напряжения может создавать либо недозаряд батареи (вплоть до полного разряда), либо чрезмерный перезаряд (высокая температура и интенсивное «кипение» электролита), приводящее к ускоренному разрушению решеток положительных электродов вследствие электрохимической коррозии и электролитическому разложению воды из электролита.

Стартер. Потребляет электроэнергию батареи для прокручивания вала двигателя при пуске. При наличии неисправности пуск может не осуществиться, стартер не включается. При замыкании в пусковом реле (силовых контактах) может быть ток утечки, способствующий разряду батареи (до отказа).

Провода,промежуточные реле, соединяющие источники тока и потребители электроэнергии. Обеспечивают функционирование изделий и подзарядку батареи в заданных режимах. Повреждение изоляции проводов, ослабление точек крепления, окисление в местах присоединения могут создавать аварийные ситуации (возгорание), снижать состояние заряженности батареи до полного разряда. Повреждение «массового» провода может привести к отказу пуска двигателя при исправных батарее и стартере.

Предохранители. Обеспечивают питание потребителей электроэнергии в заданном режиме. Неисправности, окисленность в местах контакта нарушают режим работы включенных изделий. Повышенная окисленность предохранителя в цепи заряда батареи приводит к снижению её заряженности (периодическое загорание сигнальной лампы на щитке приборов). 

Выключатель зажигания. Обеспечивает работу потребителей электроэнергии. При износе контактной группы возможна самопроизвольная остановка двигателя, отказы в пуске двигателя, повышенный саморазряд батарей.

Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть

Автомобильный аккумулятор предназначен для обеспечения бортовой сети транспортного средства и накопления энергии, которую вырабатывает генератор. Больше века кислотно-свинцовые батареи применяются в автомобильной промышленности и по-прежнему удерживают лидирующие позиции. Причина долголетия проста – высокая эффективность при дешевой себестоимости. Подобные батареи состоят из гальванических элементов, которые взаимодействуя с водным раствором серной кислоты, вырабатывают электрическую энергию. Такие источники питания имеют стабильную плотность электролита в аккумуляторе, отличаются высокой морозоустойчивостью и длительным сроком работы.

Плотность электролита

Электролит — это основной компонент аккумулятора, а именно, вещество, проводящее электрический ток вследствие распада на ионы в растворе. Основным свойством, которое необходимо знать при использовании АКБ в автомобиле, является плотность электролита — в науке данный термин означает соотношение массы жидкости к занимаемому объему. В АКБ роль раствора выполняет электролит, состоящий из кислоты и дистиллированный воды.

Непосредственно плотность зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем выше плотность). Работа аккумулятора – это чередование циклов разрядки и зарядки, во время которых происходит широкий спектр химических реакций. При разрядке батареи химическая энергия трансформируется в электрический ток, при зарядке электричество превращается в химическую энергию. Данные процессы оказывают серьезное влияние на плотность электролитического раствора. Процесс зарядки повышает плотность электролита, разряд элемента питания – понижает это значение.

Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

С помощью прибора ареометра можно замерить плотность электролита в аккумуляторе, а также точно определить степень зарядки АКБ. При полном разряде батареи, показатель плотности падает настолько, что между пластинами остается практически дистиллированная вода. Сульфат свинца, который избыточно вырабатывается во время разряда, полноценно не расходуется при зарядке батареи и покрывает свинцовые пластины белым налетом. Сульфатация негативно влияет на емкость аккумулятора, сокращая рабочий ресурс источника питания. Свинцовые пластины со временем начинают осыпаться, что приводит к короткому замыканию внутри батареи.

Поскольку электролит является смесью воды и кислоты, то плотность электролита в аккумуляторе может возрастать. При зарядке АКБ происходит электролиз – выкипание дистиллированной воды из корпуса, благодаря чему концентрация кислоты в растворе возрастает, увеличивая его плотность. Печальная перспектива электролиза очевидна. Потеря воды неизбежно приведет к уменьшению уровня жидкости. Свинцовые пластины оголятся и вступят в химическую реакцию с кислородом, что приведет к осыпанию свинца и выходу батареи из строя. Именно поэтому важно остановить зарядку батареи при первых признаках кипения жидкости и своевременно доливать дистиллят при низком уровне электролита в обслуживаемых батареях.

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Отечественные автовладельцы ведут отчаянный спор о правилах эксплуатации аккумуляторных батарей. Количество автомобилей стремительно растет, и каждый водитель пытается сформулировать свою позицию по данному вопросу. Даже среди профильных специалистов мнения существенно разнятся. Поэтому будем отталкиваться от рекомендаций производителей, ведь только разработчики элементов питания способны сформулировать нюансы эксплуатации собственных изделий. Любая новая АКБ имеет сопроводительную инструкцию, в которой конкретно прописаны мероприятия по техническому обслуживанию.

Аккумуляторная батарея негативно воспринимает и повышенную, и пониженную плотность электролита. Высокий показатель плотности активизирует химические процессы, делая электролит «агрессивным», что приводит к значительному снижению рабочего ресурса изделия. Низкая плотность уменьшит емкость АКБ, что способствует проблемам запуска силового агрегата, особенно в зимнее время. Именно по этой причине необходимо придерживаться значений, рекомендованных производителем. Плотность полностью заряженного нового аккумулятора должна составлять 1.27 г/см3 при температуре +25 °С. При жарком климате допускается понижение плотности на 0,01 г/см3 , а при морозах — на 0,01 — 0,02 г/см3 больше.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Современный аккумулятор – устройство, сбалансированное и беспричинно корректировать электролит бессмысленно. Плотность электролита в аккумуляторе 1.27 г/см3 не позволит кристаллизоваться жидкости до –50°С. Подобные экстремальные температуры встречаются только на крайнем севере. В таких регионах плотность увеличивают, чтобы предотвратить замерзание электролита. Лучше своевременно заряжать батарею и не допускать разряда, чтобы показатель плотности держался в номинальном значении. Поскольку температура окружающей среды изменчива, то для замера плотности электролита предлагаем использовать специальную таблицу с поправками.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Данную процедуру необходимо выполнять с периодичностью в три месяца или каждые 15-20 тыс. км, дабы контролировать работоспособность элемента питания. Также замеры производят при покупке новой батареи или при возникновении проблем во время запуска двигателя. Проверку можно выполнить на станции технического обслуживания или самостоятельно в условиях гаража. Перед проверкой показателя электролита следует полностью зарядить аккумулятор и сделать временную паузу длительностью шесть часов. Ведь во время зарядки плотность электролита повышается и информация будет некорректной. Для процедуры измерения потребуется ареометр, который можно приобрести в любом автомагазине. Данное устройство вполне доступно, так как имеет низкую цену.

Для работы потребуется:

  • Ареометр
  • Защитные очки
  • Сухая хлопчатобумажная ткань
  • Резиновые перчатки.

Перед измерением источник питания необходимо установить на ровную поверхность и выкрутить заглушки. Далее следует рукой сжать резиновую грушу прибора и опустить наконечник ареометра в крайнюю банку АКБ. Погрузив устройство в электролит, грушу можно отпустить. Разряженный воздух в колбе, начнёт засасывать жидкость из банки. Теперь нужно визуально оценить уровень раствора в ареометре. Количество жидкости должно позволить измерительному поплавку свободно плавать внутри прибора.

После того, как поплавок прекратит колебательные движения, можно зафиксировать показатель плотности электролита, который должен составлять 1,24 – 1,29 г/см3. Если цифры существенно отличаются, то следует выполнить коррекцию плотности раствора. Аналогичные процедуры необходимо произвести со всеми банками аккумулятора. Следует помнить, что любые операции с электролитом необходимо выполнять в защитных перчатках и очках. После завершения работ пластиковый корпус АКБ рекомендуется насухо протереть чистой тряпкой, дыбы исключить саморазряд батареи.

Коррекция плотности электролита

Эксплуатация автомобиля подразумевает циклическую нагрузку на АКБ, во время которой катализатор электрохимического процесса изменяет свою структуру. Поскольку электролит состоит из кислоты(35%) и дистиллированной воды(65%), то это соотношение способно изменяться в зависимости от степени заряженности источника энергии. Во время движения транспортного средства генератор постоянно подает на батарею электрический ток.

Когда емкость восстанавливается, начинается процесс электролиза, во время которого электролит закипает и испаряется. Аналогичный процесс происходит при длительной зарядке специальным устройством. Количество воды в растворе уменьшается, из-за чего увеличивается плотность и убавляется объем жидкости. Чтобы восстановить номинальное значение необходимо долить дистиллированную воду в каждую банку батареи.

Причины снижения плотности электролита

Чтобы поддержать работоспособность элемента питания автовладельцы добавляют в батарею дистиллированную воду, забывая проверить показатели плотности. Большая концентрация воды приводит к сильному электролизу, во время которого вместе с водой начинает испаряться серная кислота, что снижает плотность электролита. Со временем содержание кислоты в растворе становится критическим и раствор перестает выполнять функцию катализатора химических процессов, что негативно отражается на функциональности аккумулятора.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Любая батарея состоит из нескольких банок, поэтому, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется корректировать электролитический раствор в каждой отдельной емкости. С помощью спринцовки жидкость выкачивается и отправляется в мерную емкость. После чего в банку заливается аналогичное количество нового электролита, который в готовом виде можно приобрести в магазине. Данная операция выполняется с каждой банкой, после чего аккумулятор необходимо зарядить в течение 30 минут, чтобы раствор перемешался. Затем после двухчасовой паузы повторно измеряем показатели плотности. При необходимости нужно повторить коррекцию электролита. Важно помнить, что разность плотности в банках не должна превышать 0.01 г/см3.

Бывают ситуации, когда показатель плотности падает ниже значения 1.18 г/см3. В таких случаях вышеописанная технология не поможет восстановить работоспособность батареи – необходима полная замена электролитического раствора.

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

Существует еще один способ, которым следует поделиться. Он требует меньших трудозатрат и больше времени. Суть процесса проста – необходимо поставить батарею на зарядку, выставив минимальный ток (не более 1A). Достигнув полного заряда, аккумуляторная батарея начнет «кипеть». При этом дистиллированная вода будет активно испаряться. Уровень жидкости в корпусе постепенно снизится. Вместо испарившейся воды, доливаем электролит номинальной плотности. Процесс очень длительный, однако, за несколько суток можно добиться необходимого результата.

Как заменить электролит в аккумуляторе

С помощью замены электролита в аккумуляторе владелец автомобиля может значительно продлить рабочий ресурс АКБ. Замена потребует наличие следующих компонентов:

  • Стеклянная линейка с узкой горловиной
  • Емкость с дистиллятом
  • Электролит необходимой плотности
  • Зарядное устройство
  • Ареометр
  • Пищевая сода
  • Средства защиты: (перчатки, фартук, очки)
  • Резиновая груша
  • Чистая ветошь.

Снятый с машины аккумулятор, тщательно протираем чистой ветошью, удаляя с поверхности грязь и пыль. Рекомендуется производить замену при комнатной температуре. После демонтажа крышек с банок производится откачка раствора. Переворачивать АКБ категорически запрещено, ведь химический осадок, скопившийся на дне, способен вызвать короткое замыкание в пластинах, после чего батарея придёт в негодность. Для удаления остатков электролита необходимо на дне каждой банки просверлить небольшое отверстие, через которое вытекут остатки жидкости.

Теперь в пустые банки заливается дистиллят, чтобы тщательно промыть внутренности батареи. Далее необходимо запаять отверстия специальным пластиком стойким к воздействию кислот. С помощью стеклянной воронки заливаем до необходимого уровня новый электролит, после чего аккумулятор ставится на зарядку. Для восстановления оптимальной емкости источник питания следует разрядить и снова зарядить. Заряженная полностью батарея должна выдавать напряжение 12.7 В. Процесс замены окончен, аккумулятор можно устанавливать на автомобиль.

Использованный электролит необходимо правильно утилизировать. Для этой цели потребуется сода, которая является щелочью и способна нейтрализовать разрушительное действие серной кислоты. В емкость с раствором высыпаем половину пачки соды и наблюдаем бурную химическую реакцию. После окончания бурления получившуюся субстанцию можно вылить в канализацию.

И напоследок совет: своевременно проверяйте плотность электролита своего аккумулятора и регулярно заряжайте батарею. Тогда источник питания «отблагодарит» своего хозяина длительной и бесперебойной работой.

Как мы доберемся до следующего крупного прорыва в области аккумуляторных батарей — Quartz

Вы читаете эксклюзивную статью Quartz, доступную для всех читателей в течение ограниченного времени.
Чтобы разблокировать доступ ко всем Quartz, станьте участником.

Электрические самолеты могут быть будущим авиации. Теоретически они будут намного тише, дешевле и чище, чем те самолеты, которые есть у нас сегодня. Электрические самолеты с дальностью полета 1 000 км (620 миль) на одной зарядке могут использоваться сегодня для половины всех рейсов коммерческих самолетов, сокращая глобальные выбросы углерода авиации примерно на 15%.

То же самое и с электромобилями. Электромобиль — это не просто более чистая версия своего кузена, извергающего загрязнения. По сути, это лучший автомобиль: его электродвигатель мало шумит и молниеносно реагирует на решения водителя. Зарядка электромобиля обходится намного дешевле, чем оплата эквивалентного количества бензина. Электромобили могут быть построены с небольшим количеством движущихся частей, что делает их обслуживание дешевле.

Так почему же электромобили уже не повсюду? Это связано с тем, что батареи дороги, поэтому первоначальная стоимость электромобиля намного выше, чем у аналогичной модели с бензиновым двигателем.И если вы не водите много, экономия на бензине не всегда компенсирует более высокие первоначальные затраты. Короче говоря, электромобили по-прежнему не экономичны.

Точно так же современные батареи не обладают достаточной энергией по весу или объему для питания пассажирских самолетов. Нам все еще нужны фундаментальные прорывы в аккумуляторных технологиях, прежде чем это станет реальностью.

Портативные устройства с батарейным питанием изменили нашу жизнь. Но есть еще много вещей, которые могут вывести из строя батареи, если бы только более безопасные, более мощные и энергоемкие батареи могли быть сделаны дешево.Никакой закон физики не исключает их существования.

И все же, несмотря на более чем два столетия тщательного изучения с момента изобретения первой батареи в 1799 году, ученые до сих пор не до конца понимают многие основы того, что именно происходит внутри этих устройств. Что мы действительно знаем, так это то, что, по сути, есть три проблемы, которые необходимо решить, чтобы батареи действительно снова изменили нашу жизнь: мощность, энергия и безопасность.

Не существует универсального литий-ионного аккумулятора

Каждая батарея имеет два электрода: катод и анод.Большинство анодов литий-ионных аккумуляторов изготовлено из графита, но катоды изготавливаются из различных материалов, в зависимости от того, для чего будет использоваться аккумулятор. Ниже вы можете увидеть, как разные материалы катода меняют работу батарей по шести параметрам.

Проблема питания

В просторечии люди используют термины «энергия» и «мощность» как синонимы, но при разговоре об аккумуляторах важно различать их. Мощность — это скорость, с которой может высвобождаться энергия.

Батарея, достаточно мощная для запуска и удержания в воздухе коммерческого реактивного самолета на расстояние 1000 км, требует большого количества энергии, чтобы высвободиться за очень короткое время, особенно во время взлета. Таким образом, дело не только в накоплении большого количества энергии, но и в способности очень быстро извлекать эту энергию.

Решение проблемы энергоснабжения требует от нас заглянуть в черный ящик коммерческих батарей. Будет немного занудно, но терпи меня. Новые аккумуляторные технологии часто преувеличиваются, потому что большинство людей не вникают в детали.

Самая передовая химия батарей, которая у нас есть, — это литий-ионные. Большинство экспертов сходятся во мнении, что никакая другая химия не сможет подорвать ионно-литиевый сплав еще как минимум десять лет или больше. Литий-ионный аккумулятор имеет два электрода (катод и анод) с сепаратором (материал, который проводит ионы, но не электроны, предназначен для предотвращения короткого замыкания) в середине и электролит (обычно жидкий) для обеспечения обратного потока ионов лития и вперед между электродами. Когда батарея заряжается, ионы перемещаются от катода к аноду; когда батарея питает что-то, ионы движутся в противоположном направлении.

Представьте себе две буханки нарезанного хлеба. Каждая буханка — это электрод: левый — катод, а правый — анод. Предположим, что катод состоит из пластинок никеля, марганца и кобальта (NMC) — одного из лучших в своем классе — и что анод состоит из графита, который по сути представляет собой слоистые листы или пластинки атомов углерода. .

В разряженном состоянии, то есть после того, как из него была истощена энергия, в буханке NMC между каждым ломтиком находятся ионы лития. Когда батарея заряжается, каждый ион лития извлекается из промежутков между пластинами и вынужден проходить через жидкий электролит.Сепаратор действует как контрольно-пропускной пункт, гарантирующий, что только ионы лития проходят через графитовую буханку. При полной зарядке в катодной буханке батареи не останется ионов лития; все они будут аккуратно зажаты между ломтиками графитового хлеба. По мере того как энергия батареи расходуется, ионы лития возвращаются к катоду, пока на аноде не останется ни одного. Вот тогда и нужно снова зарядить аккумулятор.

Емкость аккумулятора определяется, по сути, тем, как быстро происходит этот процесс.Но не так-то просто увеличить скорость. Слишком быстрое извлечение ионов лития из катодной буханки может привести к появлению дефектов на ломтиках и, в конечном итоге, их разрушению. Это одна из причин, почему чем дольше мы пользуемся смартфоном, ноутбуком или электромобилем, тем хуже время автономной работы. Каждая зарядка и разрядка заставляют буханку немного ослабевать.

Над решением проблемы работают разные компании. Одна из идей — заменить слоистые электроды чем-то более прочным.Например, 100-летняя швейцарская компания по производству аккумуляторов Leclanché работает над технологией, в которой используется фосфат лития-железа (LFP), имеющий структуру «оливина», в качестве катода, и оксид титаната лития (LTO), который имеет Структура «шпинель», как анод. Эти структуры лучше справляются с потоком ионов лития в материал и из него.

Leclanché в настоящее время использует свои аккумуляторные элементы в автономных складских вилочных погрузчиках, которые можно зарядить до 100% за девять минут. Для сравнения: лучший нагнетатель Tesla может зарядить автомобильный аккумулятор Tesla примерно до 50% за 10 минут.Leclanché также внедряет свои батареи в Великобритании для быстрой зарядки электромобилей. Эти батареи находятся на зарядной станции, медленно потребляя небольшое количество энергии в течение длительного периода времени из сети, пока они не будут полностью заряжены. Затем, когда автомобиль пристыкован, аккумуляторы док-станции быстро заряжают аккумулятор автомобиля. Когда машина уезжает, аккумулятор станции снова начинает заряжаться.

Такие усилия, как шоу Лекланше, можно изменить с химическим составом батарей, чтобы увеличить их мощность. Тем не менее, никто еще не построил аккумулятор, достаточно мощный, чтобы быстро доставить энергию, необходимую коммерческому самолету для преодоления гравитации.Стартапы стремятся строить самолеты меньшего размера (вмещающие до 12 человек), которые могли бы летать на относительно менее энергоемких батареях, или электрические гибридные самолеты, где реактивное топливо выполняет тяжелую работу, а батареи — накатом.

Но на самом деле в этой сфере нет ни одной компании, которая могла бы приблизиться к коммерциализации. Кроме того, технический скачок, необходимый для полностью электрического коммерческого самолета, вероятно, займет десятилетия, — говорит Венкат Вишванатан, эксперт по аккумуляторным батареям в Университете Карнеги-Меллона.

Reuters / Alister Doyle

Двухместный электрический самолет словенской фирмы Pipistrel стоит у ангара в аэропорту Осло, Норвегия.

Энергетическая проблема

Tesla Model 3, самая доступная модель компании, стоит от 35 000 долларов. Он работает от батареи на 50 кВтч, что стоит примерно 8750 долларов, или 25% от общей стоимости автомобиля.

Это все еще удивительно доступно по сравнению с тем, что было не так давно. По данным Bloomberg New Energy Finance, средняя мировая стоимость литий-ионных аккумуляторов в 2018 году составляла около 175 долларов за киловатт-час, что ниже почти 1200 долларов за киловатт-час в 2010 году.

Министерство энергетики США подсчитало, что как только стоимость аккумуляторных батарей упадет ниже 125 долларов за кВтч, владение и эксплуатация электромобиля будет дешевле, чем бензиновый автомобиль в большинстве регионов мира. Это не означает, что электромобили победят автомобили с бензиновым двигателем во всех нишах и сферах — например, для грузовиков дальнего следования еще нет электрического решения. Но это переломный момент, когда люди начнут отдавать предпочтение электромобилям просто потому, что в большинстве случаев они будут иметь более экономичный смысл.

Один из способов добиться этого — увеличить удельную энергию батарей — втиснуть больше кВтч в батарейный блок, не снижая его цены. Теоретически это может сделать специалист по производству аккумуляторов, увеличив плотность энергии катода или анода, либо того и другого.

Катод с наибольшей энергоемкостью на пути к коммерческой доступности — это NMC 811 (каждая цифра в номере представляет собой соотношение никеля, марганца и кобальта, соответственно, в смеси). Это еще не идеально. Самая большая проблема заключается в том, что он может выдержать лишь относительно небольшое количество жизненных циклов заряда-разряда, прежде чем перестанет работать.Но эксперты прогнозируют, что отраслевые исследования и разработки должны решить проблемы NMC 811 в течение следующих пяти лет. В этом случае батареи, использующие NMC 811, будут иметь более высокую плотность энергии на 10% или более.

Однако увеличение на 10% — это не так уж и много в общей картине.
И хотя серия инноваций за последние несколько десятилетий подтолкнула энергетическую плотность катодов еще выше, аноды — это самые большие возможности в области плотности энергии.

Графит был и остается главным анодным материалом.Он дешевый, надежный и относительно энергоемкий, особенно по сравнению с современными катодными материалами. Но он довольно слаб, если сопоставить его с другими потенциальными материалами анода, такими как кремний и литий.

Кремний, например, теоретически намного лучше поглощает ионы лития в виде графита. Вот почему ряд производителей аккумуляторов пытаются добавить кремний вместе с графитом в свои конструкции анодов; Генеральный директор Tesla Илон Маск сказал, что его компания уже делает это в своих литий-ионных батареях.

Большим шагом была бы разработка коммерчески жизнеспособного анода, полностью сделанного из кремния. Но у этого элемента есть особенности, которые затрудняют это. Когда графит поглощает ионы лития, его объем не сильно меняется. Однако кремниевый анод по тому же сценарию набухает в четыре раза по сравнению с исходным объемом.

К сожалению, вы не можете просто сделать корпус больше, чтобы приспособиться к этому вздутию, потому что расширение разрушает то, что называется «межфазной границей твердого электролита», или SEI, кремниевого анода.

SEI можно рассматривать как своего рода защитный слой, который анод создает для себя, подобно тому, как железо образует ржавчину, также известную как оксид железа, для защиты от элементов: когда вы оставляете кусок недавно кованое железо снаружи, оно медленно реагирует с кислородом воздуха, образуя ржавчину. Под слоем ржавчины остальная часть железа не постигает та же участь и, таким образом, сохраняет структурную целостность.

В конце первого заряда батареи электрод образует собственный слой «ржавчины» — SEI, отделяющий неэродированную часть электрода от электролита.SEI предотвращает потребление электрода дополнительными химическими реакциями, гарантируя, что ионы лития могут течь как можно более плавно.

Но с кремниевым анодом SEI ломается каждый раз, когда батарея используется для питания чего-либо, и восстанавливается каждый раз, когда батарея заряжается. И во время каждого цикла зарядки расходуется немного кремния. В конце концов, силикон рассеивается до такой степени, что батарея перестает работать.

За последнее десятилетие несколько стартапов Кремниевой долины работали над решением этой проблемы.Например, подход Sila Nano заключается в заключении атомов кремния в наноразмерную оболочку с большим количеством пустого места внутри. Таким образом, SEI формируется снаружи оболочки, а расширение атомов кремния происходит внутри нее, не разрушая SEI после каждого цикла заряда-разряда. Компания, оцениваемая в 350 миллионов долларов, заявляет, что ее технология будет использоваться в устройствах уже в 2020 году.

Enovix, с другой стороны, применяет особую технологию производства, чтобы подвергнуть 100% кремний анод огромному физическому давлению, заставляя его поглощать меньше ион лития и, таким образом, ограничивает расширение анода и предотвращает разрушение SEI. У компании есть инвестиции от Intel и Qualcomm, и она также ожидает, что к 2020 году ее батареи будут в устройствах.

Эти компромиссы означают, что кремниевый анод не может достичь своей теоретической высокой плотности энергии. Однако обе компании заявляют, что их аноды работают лучше, чем графитовые. Третьи стороны в настоящее время тестируют аккумуляторы обеих фирм.

Tesla

В 2020 году новый Tesla Roadster должен стать первым электромобилем, который может проехать 1000 км (620 миль) без подзарядки.

Проблема безопасности

Все молекулярные переделки, направленные на накопление большего количества энергии в батареях, могут происходить за счет безопасности. С момента своего изобретения литий-ионный аккумулятор вызывает головные боли из-за того, как часто он воспламеняется. Например, в 1990-х годах канадская компания Moli Energy начала продавать литий-металлические батареи для использования в телефонах. Но в реальном мире его батареи начали воспламеняться, и Moli был вынужден отозвать свой заказ и, в конечном итоге, объявить о банкротстве. (Некоторые из его активов были куплены тайваньской компанией, и она до сих пор продает литий-ионные батареи под торговой маркой E-One Moli Energy.) Совсем недавно смартфоны Samsung Galaxy Note 7, которые были сделаны на современных литий-ионных аккумуляторах, начали взрываться в карманах людей. В результате отзыв продукции в 2016 году обошелся южнокорейскому гиганту в 5,3 миллиарда долларов.

Современные литий-ионные батареи по-прежнему сопряжены с определенными рисками, поскольку в них почти всегда используются легковоспламеняющиеся жидкости в качестве электролита. Одна из прискорбных (для нас, людей) причуд природы заключается в том, что жидкости, способные легко переносить ионы, также имеют более низкий порог возгорания.Одно из решений — использовать твердые электролиты. Но это означает другие компромиссы. Конструкция батареи может легко включать жидкий электролит, который контактирует с каждым элементом электродов, что позволяет эффективно переносить ионы. С твердыми телами намного сложнее. Представьте, что вы бросаете пару кубиков в чашку с водой. А теперь представьте, что те же самые кости бросают в чашку с песком. Очевидно, что вода коснется гораздо большей площади поверхности игральных костей, чем песок.

До сих пор коммерческое использование литий-ионных батарей с твердыми электролитами ограничивалось приложениями с низким энергопотреблением, такими как датчики, подключенные к Интернету.Усилия по наращиванию объемов твердотельных батарей, то есть не содержащих жидкий электролит, можно в общих чертах разделить на две категории: твердые полимеры при высоких температурах и керамика при комнатной температуре.

Твердые полимеры при высоких температурах

Полимеры представляют собой длинные цепочки молекул, связанных вместе. Они очень распространены в повседневном использовании — например, одноразовые пластиковые пакеты изготавливаются из полимеров. Когда некоторые типы полимеров нагреваются, они ведут себя как жидкости, но без воспламеняемости жидких электролитов, используемых в большинстве батарей. Другими словами, они обладают высокой ионной проводимостью, как жидкий электролит, без каких-либо рисков.

Но у них есть ограничения. Они могут работать только при температуре выше 105 ° C (220 ° F), что означает, что они не подходят, например, для смартфонов. Но их можно использовать, например, для хранения энергии от сети в домашних батареях. По крайней мере две компании — SEEO (США) и Bolloré (Франция) — разрабатывают твердотельные батареи, в которых в качестве электролита используются высокотемпературные полимеры.

Керамика при комнатной температуре

За последнее десятилетие два класса керамики — LLZO (оксид лития, лантана и циркония) и LGPS (литий, германий, сульфид фосфора) — показали почти такую ​​же хорошую проводимость ионов при комнатной температуре. как жидкости.

Toyota, а также стартап из Кремниевой долины QuantumScape (который в прошлом году привлек 100 млн долларов от Volkswagen) работают над внедрением керамики в литий-ионные батареи. Включение крупных игроков в пространство свидетельствует о том, что прорыв может быть ближе, чем многие думают.

«Мы очень близки к тому, чтобы увидеть что-то реальное [с использованием керамики] через два или три года», — говорит Вишванатан из Карнеги-Меллона.

Акт о балансе

Аккумуляторы — это уже большой бизнес, и их рынок продолжает расти.Все эти деньги привлекают множество предпринимателей с еще большим количеством идей. Но стартап с аккумулятором — сложная ставка — он терпит неудачу даже чаще, чем компании-разработчики программного обеспечения, которые известны своей высокой частотой отказов. Это потому, что инновации в области материаловедения — это сложно.

На данный момент химики, занимающиеся аккумуляторными батареями, обнаружили, что, когда они пытаются улучшить одну характеристику (например, плотность энергии), им приходится идти на компромисс с другой характеристикой (например, безопасностью). Такой баланс означает, что прогресс на каждом фронте был медленным и чреват проблемами.

Но если внимательнее присмотреться к проблеме — Йет-Мин Чан из Массачусетского технологического института считает, что сегодня в США в три раза больше ученых, занимающихся аккумуляторными батареями, чем всего 10 лет назад, — шансы на успех возрастут. Потенциал аккумуляторов остается огромным, но, учитывая предстоящие задачи, лучше относиться к каждому заявлению о новых аккумуляторах с хорошей долей скептицизма.

Прорыв в аккумуляторных батареях дает толчок развитию электрических полетов и электромобилей дальнего действия — ScienceDaily

В поисках перезаряжаемой батареи, способной приводить электромобили (EV) на сотни миль без подзарядки, ученые попытались заменить графитовые аноды, которые в настоящее время используются в батареях электромобилей с металлическими литиевыми анодами.

Но хотя металлический литий увеличивает дальность действия электромобиля на 30-50%, он также сокращает срок службы батареи из-за дендритов лития, крошечных древовидных дефектов, которые образуются на литиевом аноде в течение многих циклов зарядки и разрядки. Что еще хуже, дендриты замыкают элементы в батарее, если они контактируют с катодом.

На протяжении десятилетий исследователи полагали, что твердые, твердые электролиты, например, сделанные из керамики, будут лучше всего предотвращать прохождение дендритов через клетку. Но проблема этого подхода, как многие обнаружили, заключается в том, что он не мешает дендритам в первую очередь формироваться или «зарождаться», как крошечные трещины на лобовом стекле автомобиля, которые со временем распространяются.

Теперь исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) в сотрудничестве с Университетом Карнеги-Меллона сообщили в журнале Nature Materials о новом классе мягких твердых электролитов, изготовленных как из полимеров, так и из керамики. — которые подавляют дендриты на этой ранней стадии зародышеобразования, прежде чем они смогут размножаться и вызвать выход батареи из строя.

Эта технология является примером междисциплинарного сотрудничества Berkeley Lab на объектах пользователей с целью разработки новых идей для сборки, определения характеристик и разработки материалов и устройств для твердотельных батарей.

Технологии твердотельного накопления энергии, такие как твердотельные литий-металлические батареи, в которых используется твердый электрод и твердый электролит, могут обеспечить высокую плотность энергии в сочетании с превосходной безопасностью, но эта технология должна преодолевать различные материалы и проблемы обработки.

«Наша технология подавления дендритов имеет большое значение для индустрии аккумуляторов», — сказал соавтор Бретт Хелмс, научный сотрудник Molecular Foundry лаборатории Беркли. «С его помощью производители батарей могут производить более безопасные литий-металлические батареи с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы».

Хелмс добавил, что литий-металлические батареи, изготовленные с новым электролитом, также могут использоваться для питания электрических самолетов.

Мягкий подход к подавлению дендритов

Ключом к созданию этих новых мягких твердых электролитов было использование мягких полимеров с собственной микропористостью, или PIM, поры которых были заполнены наноразмерными керамическими частицами.Поскольку электролит остается гибким, мягким, твердым материалом, производители аккумуляторов смогут изготавливать рулоны литиевой фольги с электролитом в качестве ламината между анодом и сепаратором аккумулятора. По словам Хелмса, эти подузлы с литиевыми электродами, или LESA, являются привлекательной заменой традиционного графитового анода, позволяя производителям батарей использовать свои существующие сборочные линии.

Чтобы продемонстрировать свойства нового композитного электролита PIM по подавлению дендритов, команда Хелмса использовала рентгеновские лучи в Advanced Light Source лаборатории Беркли для создания 3D-изображений границы раздела между металлическим литием и электролитом, а также для визуализации литиевого покрытия и снятия изоляции для до 16 часов при сильном токе.Непрерывно плавный рост лития наблюдался, когда присутствовал новый композитный электролит PIM, в то время как в его отсутствие интерфейс проявлял явные признаки ранних стадий роста дендритов.

Эти и другие данные подтвердили предсказания новой физической модели электроосаждения металлического лития, которая учитывает как химические, так и механические характеристики твердых электролитов.

«В 2017 году, когда считалось, что вам нужен твердый электролит, мы предложили новый механизм подавления дендритов с мягким твердым электролитом», — сказал соавтор Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения и преподаватель. в Институте энергетических инноваций Скотта при Университете Карнеги-Меллона, который руководил теоретическими исследованиями этой работы.«Замечательно найти материальную реализацию этого подхода с помощью композитов PIM».

Лауреат программы IONICS Агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA-E), компания 24M Technologies, интегрировала эти материалы в батареи большого формата для электромобилей и самолетов eVTOL (электрические вертикальные взлет и посадка).

«Несмотря на то, что для электромобилей и eVTOL предъявляются уникальные требования к мощности, технология композитного твердого электролита PIM кажется универсальной и обеспечивает высокую мощность», — сказал Хелмс.

Tesla и наука, лежащая в основе недорогой батареи электромобиля следующего поколения на миллион миль

Сотрудник устанавливает аккумуляторную батарею под автомобиль Tesla Model S при окончательной сборке на заводе Tesla Motors.

Джаспер Джуинен | Bloomberg | Getty Images

Будущее автомобильной промышленности может быть сведено к разнице, которую делает одна буква: R. То есть разница между литий-ионными батареями, которые используются в современных электромобилях Tesla и других компаний, и скоро появятся на рынке литий-железо-фосфатные батареи.

В то время как Tesla Илона Маска рассказывала о разработке новых аккумуляторных технологий в рамках подготовки к первому в истории компании Battery Day для инвесторов, Уолл-стрит гудит о том, какие изменения могут иметь батареи следующего поколения. Ожидается, что автомобили с литий-ионными аккумуляторами, также используемыми в мобильных телефонах, в ближайшие несколько лет уступят место легковым и грузовым автомобилям, изготовленным из фосфата лития-железа и других химических веществ. Это сократит расходы, увеличит запас хода автомобиля до 400 миль или более без подзарядки и позволит батареям прослужить до 1 миллиона миль.

Сокращение собственных затрат Tesla и стимулирование массового внедрения электромобилей остаются критически важными приоритетами для Tesla, о чем говорится в сообщении Маска сотрудникам в понедельник, в котором говорится, что выйти на уровень безубыточности сейчас будет непросто.

Новая технология изменит опыт владения автомобилем, будь то Tesla или автомобиль конкурентов, таких как General Motors, которая также работает над новыми технологиями аккумуляторов, считают аналитики. В частности, чрезвычайно долгий срок службы батарей, которые вскоре появятся на рынке, вероятно, будет означать, что батареи сохранят свою стоимость достаточно хорошо, чтобы их можно было перепродать, когда владельцы продают свои автомобили, возможно, для использования для хранения солнечной электроэнергии для домов.А долгий срок службы аккумуляторов следующего поколения может позволить использовать их в компаниях по совместному использованию автомобилей, которым требуются автомобили, выдерживающие почти непрерывное использование.

«Если вы говорите о батареях, которые могут работать вдвое дольше при той же цене, это полностью меняет математику для потребителя», — говорит аналитик Wedbush Securities Дэн Айвз. «Железо-фосфатные батареи более безопасны, и они могут иметь вторую или третью жизнь в качестве хранилища электроэнергии».

Маск недавно заявил, что его День батареи ориентировочно запланирован на сентябрь, месяц и день, на которые Tesla недавно перенесла свое ежегодное собрание акционеров.Изначально оба мероприятия были запланированы на июнь.

«Мы хотим оставить захватывающие новости на этот день, но мы будем рассказывать много интересных новостей», — сказал Маск в отчете компании о прибылях и убытках за первый квартал. «Я думаю, что это будет один из самых захватывающих дней в истории Tesla».

Компания не ответила на запросы о комментариях. Внешний технический консультант Tesla, Джефф Дан, профессор Университета Далхаузи в Канаде, эксперт по аккумуляторным батареям и накопителям энергии при спонсорской поддержке исследований Tesla, отказался от комментариев.

Если вы говорите о батареях, которые могут работать в два раза дольше при той же цене, это полностью меняет математику для потребителя.

Дэн Айвз

Аналитик Wedbush Securities

Ширли Мэн, ученый-материаловед и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, который руководит школьным центром устойчивой энергетики и энергетики, заявила, что усилия по сокращению использования кобальта продолжаются в течение Уже несколько десятилетий, и Tesla добилась значительных успехов с помощью Дана. Но Мэн сказал, что одним из основных преимуществ создания батарей из кобальта является то, насколько легко они позволяют создавать сложные химические структуры.

«Если мне нужно научить старшеклассника делать батарею, с кобальтом это будет проще; он всегда работает. Без кобальта процесс синтеза становится намного сложнее», — сказала она.

Литий-железофосфат, тем временем, никогда не доказывал свою эффективность в условиях ограниченного пространства электромобиля — он изначально был разработан для рынка сетевых аккумуляторов из-за своего профиля плотности энергии.Но его химический состав подходит для быстрой зарядки и рентабельности, потому что он не зависит от кобальта.

Мэн, который работал над химией аккумуляторов и разработками с крупными автомобильными компаниями, включая Mercedes-Benz, GM и Nissan, а также с Maxwell Technologies, запуском аккумуляторов, приобретенным Tesla в 2019 году, сказал, что эксперты по аккумуляторным батареям очень любопытны. узнайте о прорыве, достигнутом Теслой, и она действительно считает, что компания может поднять профиль литий-железо-фосфатного подхода на рынке электромобилей. Технология аккумуляторов когда-то пыталась совершить успешный переход от накопителей энергии к автомобилям в Fisker Karma, раннем, но в конечном итоге провалившемся конкуренте электромобилей, произведенном Fisker Automotive в 2012 году.

«Я искренне верю, что Tesla планирует вернуть это обратно, «Сказал Мэн.

Почему отказ от кобальта является ключевым

Ключевое отличие литий-железо-фосфатных батарей состоит в том, что в них не требуется использовать кобальт, редкий и дорогой элемент, который составляет большую часть высокой стоимости аккумуляторов для электромобилей, CFRA Research аналитик Гарретт Нельсон сказал.

Цены на кобальт резко упали во время глобального экономического спада, снизившись с 95 000 долларов за тонну в 2018 году до 30 000 долларов в этом году, но он остается ключевым фактором снижения стоимости аккумуляторов.

«Кобальт — безусловно, самый дорогой элемент в литий-ионной батарее», — сказал Нельсон.

Консервирование кобальта — один из важнейших факторов снижения стоимости аккумуляторов ниже порогового уровня в 100 долларов за кВт · ч, что является приблизительным показателем для того, чтобы сделать электромобили такими же дешевыми, как и те, которые приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания, — сказал Джеймс Фрит, глава отдела хранения энергии в компании. Bloomberg New Energy Finance в Лондоне.По его словам, современные батареи стоят около 147 долларов за киловатт-час по сравнению с 1000 долларов в 2010 году и 381 долларом в 2015 году.

Tesla недавно подписала новое долгосрочное соглашение с сырьевым гигантом Glencore на поставку кобальта для своих заводов по производству аккумуляторов в Шанхае и Берлине.

Кобальт, который также является центром новой гонки горняков по добыче полезных ископаемых со дна океана, долгое время был проблемой для крупных технологических компаний, не только Tesla, но и Apple, которым кобальт нужен для аккумуляторов своих телефонов.Этот элемент также стал политически чувствительным вопросом, поскольку некоторые из крупнейших поставок кобальта поступают из Демократической Республики Конго, где обвинения в использовании смертоносного детского труда в горнодобывающей промышленности привлекли внимание Apple, Tesla, Google и других технологических компаний в недавнем международном исследовании. иск.

Менг предупредил, что существует предел для повышения цен за счет сокращения только кобальта, и это потому, что разница в ценах на кобальт и никель в последние годы сузилась. Основная технология аккумуляторов электромобилей Tesla — это NCA (на основе химии никель-кобальт-алюминия). Большая часть автомобильной промышленности использует химический состав батарей NMC (никель-марганец-кобальт). Но поскольку никель является важной частью обоих подходов, сокращение одного лишь кобальта не может привести к постоянным ступенчатым изменениям в ценах.

«Будет сложно опуститься ниже 100 долларов за киловатт», — сказал Мэн о современной химии никель-кобальт. «Тесла понял, что нельзя просто избавиться от кобальта».

Она сказала, что современные аккумуляторные технологии, включая NMC, по-прежнему претендуют на то, чтобы достичь порога в миллион миль, но не смогут сделать это на рентабельной основе с сегодняшними концентрациями никеля.Цена на никель в настоящее время составляет примерно от одной трети до половины цены кобальта. Лабораторные исследования показывают, что в случае фосфата лития-железа, для которого не требуется никель или кобальт, существует возможность снизить цены до 80 долларов за кВт · ч.

Tesla и китайский рынок

Новая химия может снизить цены на батареи для электромобилей до 60–80 долларов за кВтч, сказал Айвз. Bloomberg NEF ожидает, что цены превысят 100 долларов к 2023 или 2024 году и 60 долларов к 2030 году, сказал Фрит.

«В этот момент у вас есть выбор, как автопроизводитель или потребитель», — сказал Фрит.«Вы можете выбрать батарею большего размера, которая позволит вам продвинуться дальше (между зарядками). Или вы можете получить батарею, оптимизированную для более длительного жизненного цикла».

Ключевым новым поставщиком Tesla является китайский производитель аккумуляторов Contemporary Amperex Technology , или CATL, которая также работает с Volkswagen. Председатель CATL недавно заявил, что, согласно отчету Bloomberg, компания готова производить батареи на срок до 16 лет, или 1,2 миллиона миль.

В июне министерство правительства Китая объявило, что Tesla получил разрешение на создание Tesla Model 3 с литий-железо-фосфатной батареей.

Хотя никаких публичных заявлений о поставщике аккумуляторов сделано не было, аккумуляторы CATL считаются причиной, по которой Tesla может делать седаны Model 3 более дешевыми для китайского рынка, чем для продаж в США, сказал Айвс.

Баннеры выстроились на дороге, ведущей к мероприятию на производственном предприятии Tesla в Шанхае 7 января 2019 года.

Цилай Шен | Bloomberg | Getty Images

Другие автопроизводители также вводят новшества в области аккумуляторов, но они еще не полностью исключают кобальт.

В GM аккумуляторы, появляющиеся сейчас, сокращают содержание кобальта примерно до 4,5% от аккумулятора с 18%, с большим количеством марганца и никеля, а также небольшим количеством алюминия, что составляет разницу.

Хотя дальнейшее сокращение кобальта, используемого в батареях, не является революционным изменением, которое предлагает фосфат лития-железа, эти усилия требуют десятилетий работы, и GM думает о том, чего можно достичь в следующие несколько лет. — отметил Мэн.

Сокращение производства кобальта позволит GM преодолеть порог в 100 долларов за кВт · ч, обеспечивая гибкое производство, позволяющее компании лучше адаптировать аккумуляторы к различным потребностям автомобилей, грузовиков и внедорожников, сообщил инвестору Энди Ури, ведущий архитектор аккумуляторов для электромобилей GM. конференция в марте.

«Мы далеко не подошли к нижней части кривой стоимости аккумуляторов», — сказал Ори.

Изменения, которые приводит в движение нарушение барьера в 100 долларов за кВт · ч, могут быть кардинальными.

Наиболее очевидным является то, что стоимость электромобилей, которые недавно достигли паритета с бензиновыми автомобилями и внедорожниками в некоторых сегментах роскошных ниш, могут сравняться с ценами на двигатели внутреннего сгорания примерно к 2023 году, сказал Фрит из Bloomberg.

Электромобили

также могут стать более полезными по мере увеличения их диапазона и более выгодным предложением, поскольку батареи должны иметь стоимость при перепродаже, возможно, для хранения бытовой солнечной энергии, поскольку они служат дольше, чем автомобили, с которыми они продаются, сказал Айвс.

Радикальное изменение в праве собственности на автомобили

Самая радикальная идея заключается в том, что эти батареи могут даже изменить характер владения автомобилем, позволив им служить в качестве робо-такси, которые накапливают мили, перевозя пассажиров намного быстрее, чем автомобили личного пользования, и Эту идею исполнительный директор GM Мэри Барра поддержала в марте.

Но эта и некоторые другие идеи, вероятно, слишком высоки, — сказал Бретт Смит, директор по технологиям Центра автомобильных исследований в Анн-Арборе, штат Мичиган.

Индустрия роботов-такси, которую Маск временами представлял как основу долгосрочного видения Tesla, а аналитики, такие как Адам Джонас из Morgan Stanley, считали ее центральной в бычьей версии акций Tesla, больше зависит от программного обеспечения. По словам Смита, это больше, чем время автономной работы. Роботакси могут повлиять на владение личным автомобилем только тогда, когда системы, позволяющие избегать препятствий, таких как пешеходы, достаточно надежны, чтобы работать в большом масштабе, сказал он.

«Есть много проблем, чтобы добраться туда», — сказал он.«Было бы феноменально, если бы это сработало, но это далеко».

Батареи также могут иметь меньшую разницу в дальности действия для обычных водителей, чем думают быки, сказал Смит. Как и Фрит, он отмечает, что даже новые химические продукты все еще страдают. уменьшение их запаса хода в холодную погоду, когда автомобильный обогреватель интенсивно используется.

Но Смит сказал, что новые батареи, вероятно, будут иметь одно большое значение, которое стимулирует потребительское восприятие электромобилей: улучшение восприятия их надежности и сделает покупку менее экзотической потребителям, увеличивая 2% -ную долю электромобилей на рынке новых автомобилей в 2019 году.

Этот шаг может быть аналогичен движению Hyundai по увеличению доли рынка в середине 2000-х годов, когда он начал предлагать 100000-километровую гарантию на новые автомобили. Потребители в США купили почти на 50% больше Hyundais в 2005 году, чем в 2002 году, и к 2011 году бренд удвоил свою долю рынка. Батарея на миллион миль может помочь электромобилям развеять опасения по поводу их короткого пробега и высокой стоимости замены батареи, так же как и длительные гарантии помогли Hyundai По его словам, они потеряли репутацию компании, занимающейся ненадежным контролем качества.

«Это вне всякого сомнения будет сигналом того, что технология появилась», — сказал Смит.«Это то, что сделала Hyundai».

Мэн предупредил, что ученые, в отличие от руководителей компаний, предпочитают занижать обещания и перевыполнять их. «Я вижу множество прорывов, и мы уже на несколько шагов впереди. У нас есть путь », — сказала Мэн. Но она добавила, говоря о генеральных директорах:« Они верят, что могут сделать это в больших масштабах. Я не уверен, что мы там ».

В лаборатории становится ясно, что можно сделать аккумулятор, который является долгоживущим активом, а технология аккумуляторов следующего поколения может достичь потенциала на миллион миль в следующие пять лет, сказал Мэн.Это изменит правила игры не только для электромобилей, но и для рынка хранения энергии в энергосистемах, для обеспечения которого изначально была разработана технология литий-фосфатного железа. Существенное увеличение производства принесет пользу уравнению затрат на обоих рынках.

«Мы не хотим переоценивать и разочаровывать, но это действительно вполне реально», — сказала она. «Я надеюсь, что мы доберемся до этого раньше, чем в 2025 году. Литий-железо-фосфат и его модернизированные версии будут играть важную роль в будущем электромобилей и коренным образом изменят крупномасштабные накопители энергии.«

Зарядить автомобильный аккумулятор за 5 минут? Это план.

Анна Томашевска, инженер-химик из Имперского колледжа Лондона, которая недавно стала соавтором обзорной статьи по быстрой зарядке литий-ионных аккумуляторов, говорит, что одним из возможных решений проблемы литиевого покрытия является нанесение литиевого покрытия. добавить кремний в анод. Кремний дешев, его много, и он может изменить кристаллическую структуру анода таким образом, что нанесение литиевого покрытия менее вероятно. «Кремний особенно популярен среди производителей, поскольку он также может улучшить энергоемкость батареи. », — добавляет Томашевска.

Действительно, многие компании, включая Tesla, добавили кремний или оксид кремния в графитовые аноды, чтобы выжать немного больше энергии из своих литий-ионных элементов. Но Enevate, компания по хранению энергии из Южной Калифорнии, хочет убрать графит с рынка. В течение последних 15 лет компания совершенствовала XFC или литий-ионную батарею с чрезвычайно быстрой зарядкой с анодом из чистого кремния.

Ранее в этом году исследователи компании объявили, что их аккумуляторы последнего поколения можно зарядить до 75 процентов всего за пять минут — без ущерба для плотности энергии.«Мы можем получить быструю зарядку без потери плотности энергии, потому что мы используем недорогой подход на основе чистого кремния», — говорит Бен Парк, основатель и технический директор Enevate.

Компании, производящие аккумуляторные батареи, хорошо известны тем, что объявляют о прорыве в производительности экспериментальных элементов, которые никогда не выходят на рынок. Но что отличает технологию Enevate, по словам Джарвиса Тоу, исполнительного вице-президента компании, это то, что ее анодный материал может быть легко интегрирован в существующие процессы производства батарей.Тоу говорит, что Enevate уже ведет переговоры с производителями литий-ионных аккумуляторов о начале интеграции анода Enevate в коммерческие батареи. Первыми приложениями для быстрой зарядки аккумуляторов будут электроинструменты, но Enevate работает с производителями автомобилей, чтобы включить их в электромобили уже в 2024 году.

Другие компании также стремятся вывести на рынок химические составы анодов с быстрой зарядкой. StoreDot, израильская компания по хранению энергии, разрабатывает аккумулятор для электромобиля, который, как они ожидают, будет заряжаться менее чем за 10 минут.А в прошлом месяце исследователи из английского стартапа по производству аккумуляторов Echion заявили, что создали литий-ионную батарею, которая может заряжаться всего за шесть минут с помощью анода, сделанного из смешанного оксида ниобия, который был наноинженерным для эффективной транспортировки ионов лития. «Мы разработали материал с особой кристаллической структурой, — говорит Жан де ла Верпильер, генеральный директор и основатель Echion. «Вы можете думать об этом как об этих маленьких туннелях в молекулярном масштабе, которые позволяют ионам лития очень быстро перемещаться в анод.”

Эти изготовленные на заказ батареи XFC еще не поступили из лаборатории в реальный мир. Производство литий-ионных аккумуляторов в больших масштабах является сложной задачей, и производителей нужно убеждать добавлять новые материалы на свои сборочные линии. Вот почему такие компании, как Echion и Enevate, уделяют первоочередное внимание разработке анодных материалов, которые можно «добавить» в существующие процессы производства батарей. Оба говорят, что ведут переговоры с производителями аккумуляторов об интеграции их анодного материала в коммерческие элементы.«Мы не пытаемся изобретать велосипед», — добавляет де ла Верпильер. «Переход от лабораторных исследований к продукту — это сложно, но это не черная магия».

Но для создания дешевой батареи XFC может вообще не потребоваться новый химический состав анода. В NREL Кейзер и его коллеги сосредоточены на оптимизации графитовых анодов, которые уже широко используются в электромобилях. Кейзер говорит, что команда использует компьютерные модели для оптимизации маршрутов, по которым ионы лития проходят через анод, и для влияния на этот маршрут, изменяя размер и форму частиц графита.

Нанотехнологические анодные структуры сложно реализовать в масштабе, но команда Кейзера также изучает решения для батарей XFC, которые вообще не предполагают изменения структуры или химического состава анода батареи. Например, интеллектуальные алгоритмы могут быть реализованы на зарядных станциях, чтобы гарантировать, что аккумулятор никогда не будет перегружен энергией во время зарядки, что может привести к литиевому покрытию. В некоторой степени Tesla уже это делает. Зарядные станции и автомобили взаимодействуют друг с другом, поэтому зарядная станция обеспечивает необходимое количество энергии для возраста и марки заряжаемого автомобиля.

Эксклюзив: секретные батареи Tesla нацелены на переработку математики для электромобилей и электросети

Норихико Широузу, Пол Линерт

(Рейтер) — Производитель электромобилей Tesla Inc TSLA.O планирует представить новый недорогой, длинный -жизни батареи в седане Model 3 в Китае в конце этого года или в начале следующего, что, как ожидается, приведет к приведению стоимости электромобилей в соответствие с бензиновыми моделями и позволит батареям электромобилей иметь вторую и третью жизнь в электросети.

ФОТО ФАЙЛА: Китайские автомобили Tesla Model 3 во время доставки на завод в Шанхае, Китай, 7 января 2020 года.REUTERS / Aly Song / File Photo

В течение нескольких месяцев генеральный директор Tesla Илон Маск дразнил инвесторов и конкурентов, обещая показать значительные достижения в области аккумуляторных технологий во время «Дня батареи» в конце мая.

Новые недорогие батареи, рассчитанные на миллион миль пробега и позволяющие рентабельно продавать электрические Tesla по той же цене или дешевле, чем бензиновый автомобиль, — лишь часть повестки дня Маска, сообщили Reuters люди, знакомые с планами.

Обладая глобальным парком из более чем 1 миллиона электромобилей, которые могут подключаться к сети и совместно использовать электроэнергию, цель Tesla — достичь статуса энергетической компании, конкурируя с такими традиционными поставщиками энергии, как Pacific Gas & Electric PCG_pa .A и Tokyo Electric Power 9501.T, сообщили эти источники.

Новая батарея «на миллион миль», лежащая в основе стратегии Tesla, была разработана совместно с китайской Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL) 300750.SZ и использует технологию, разработанную Tesla в сотрудничестве с командой академических экспертов по батареям, нанятых Маском. люди, знакомые с усилием, сказали.

В конце концов, улучшенные версии батареи с большей плотностью энергии и емкостью хранения и даже более низкой стоимостью будут представлены в дополнительных автомобилях Tesla на других рынках, включая Северную Америку, сообщили источники.

План Tesla по запуску новой батареи первым в Китае и ее более широкая стратегия по репозиционированию компании ранее не сообщались. В Tesla от комментариев отказались.

В новых батареях Tesla будут использоваться такие инновации, как химический состав батарей с низким содержанием кобальта и без кобальта, а также использование химических добавок, материалов и покрытий, которые снизят внутреннее напряжение и позволят батареям сохранять больше энергии в течение более длительных периодов, сообщили источники.

Tesla также планирует внедрить новые высокоскоростные, полностью автоматизированные процессы производства аккумуляторов, предназначенные для снижения затрат на рабочую силу и увеличения производства на крупных «терафабриках», примерно в 30 раз превышающих размер обширной «гигафабрики» в Неваде — стратегия, обнародованная в конце апреля. Аналитикам Маск.

Tesla работает над переработкой и восстановлением таких дорогих металлов, как никель, кобальт и литий, через свою дочернюю компанию Redwood Materials, а также над новыми приложениями «второй жизни» для аккумуляторов электромобилей в сетевых системах хранения, таких как та, которую построила Tesla. в Южной Австралии в 2017 году. Автопроизводитель также заявил, что хочет поставлять электроэнергию потребителям и предприятиям, но не предоставил подробностей.

Reuters эксклюзивно в феврале сообщило, что Tesla ведет предварительные переговоры об использовании литий-железо-фосфатных батарей CATL, в которых не используется кобальт, самый дорогой металл в батареях электромобилей.

CATL также разработала более простой и менее дорогой способ упаковки аккумуляторных элементов, называемый «ячейка-упаковка», который исключает средний этап связывания элементов в пакеты. Ожидается, что Tesla будет использовать эту технологию, чтобы снизить вес и стоимость батареи.

Источники сообщили, что CATL также планирует поставить Tesla в Китай в следующем году улучшенную никель-марганцево-кобальтовую батарею с длительным сроком службы, катод которой на 50% состоит из никеля и только на 20% из кобальта.

Tesla теперь совместно с Panasonic 6752 производит никель-кобальт-алюминиевые батареи (NCA). T на «гигафабрике» в Неваде и покупает батареи NMC у LG Chem 051910.KS в Китае. В Panasonic от комментариев отказались.

В совокупности достижения в области аккумуляторных технологий, стратегия расширения способов использования аккумуляторов электромобилей и крупномасштабная автоматизация производства нацелены на одну и ту же цель: переосмысление финансовой математики, которая до сих пор делала покупку электромобиль дороже для большинства потребителей, чем автомобили внутреннего сгорания с выбросами углерода.

«Нам нужно действительно добиться резкого роста производства аккумуляторов и продолжать повышать стоимость киловатт-часа аккумуляторов — это очень важно и чрезвычайно сложно», — сказал Маск инвесторам в январе. «Нам нужно довести производство аккумуляторов до сумасшедших уровней, которые люди даже не могут себе представить сегодня».

Tesla сообщала о операционной прибыли три квартала подряд, в результате чего цена ее акций в этом году выросла почти вдвое. Тем не менее, амбициозные планы Маска по расширению зависят от увеличения прибыли и объема продаж.

Ряд технических достижений, достигнутых Tesla и CATL в области химии и дизайна аккумуляторов, возник в небольшой исследовательской лаборатории Университета Далхаузи в Галифаксе, Новая Шотландия. Лабораторией с 1996 года руководит Джефф Дан, пионер в разработке литий-ионных аккумуляторов для электромобилей и энергосистем.

Дан и его команда начали эксклюзивное пятилетнее исследовательское партнерство с Tesla в середине 2016 года, но эти отношения начались как минимум с 2012 года.

Среди важнейших вкладов лаборатории Дана: химические добавки и нанотехнологические материалы литий-ионные батареи более прочные и устойчивые к повреждениям от стресса, такого как быстрая зарядка, что продлевает срок их службы.

Стоимость не содержащих кобальта литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей CATL упала ниже 80 долларов за киловатт-час, а стоимость аккумуляторных элементов упала ниже 60 долларов за киловатт-час, сообщили источники. Аккумуляторы CATL NMC с низким содержанием кобальта стоят около 100 долларов США за кВтч.

Руководители автомобильной промышленности заявили, что 100 долларов за кВтч для аккумуляторных блоков — это уровень, на котором электромобили достигают примерного паритета с конкурентами внутреннего сгорания.

Эксперт по аккумуляторным батареям Ширли Мэн, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, сказала, что элементы NMC могут стоить всего 80 долларов за кВт · ч, если учесть переработку и восстановление ключевых материалов, таких как кобальт и никель.Железо-фосфатные батареи, которые более безопасны, чем NMC, могут найти вторую жизнь в стационарных сетевых системах хранения, снижая первоначальную стоимость этих батарей для покупателей электромобилей.

Для сравнения: новые батареи с низким содержанием кобальта, совместно разрабатываемые General Motors Co GM.N и LG Chem, не достигнут такого уровня затрат до 2025 года, согласно источнику, знакомому с работой компаний.

GM отказался комментировать свои плановые затраты. Ранее в этом году было заявлено только, что планируется «снизить стоимость аккумуляторных элементов ниже 100 долларов за кВт-ч» без указания графика.

Репортаж Норихико Широузу в Пекине и Пола Линерта в Детройте; редактирование Джо Уайта и Эдварда Тобина

Tesla представляет новый дизайн батареи электромобиля, но Маск преуменьшает значение приложения

для подключения автомобиля к электросети.

Краткое описание погружения:

  • Tesla во вторник представила новую конструкцию аккумуляторной батареи для электромобилей (EV), отличающуюся улучшением плотности, стоимости киловатт-часа и эффективности производства, но компания также предупредила, что до массового производства новых аккумуляторов еще два-три года. .
  • Эксперты говорят, что новый дизайн может снизить цены на батареи со 127 долларов за кВтч в 2019 году до 56 долларов за кВтч. По словам соучредителя и генерального директора Tesla Илона Маска, это позволит компании произвести в ближайшие три года электромобиль стоимостью 25000 долларов.
  • Но хотя ожидается, что электромобили быстро завоюют долю рынка и существенно увеличат нагрузку на коммунальные системы, Маск, похоже, преуменьшает их потенциал в качестве сетевых активов. Отвечая на вопрос о возможностях Tesla по подключению транспортных средств к электросети (V2G), он сказал, что стационарное хранилище, по-видимому, лучше подходит для коммунальных целей.

Анализ погружений:

День батареи

Tesla был широко разрекламирован и долгождан, но накануне Маск заглянул в Twitter, чтобы снизить ожидания.

«Важное примечание о завтрашнем дне Tesla Battery Day», — написал он. «Это влияет на долгосрочное производство, особенно Semi, Cybertruck & Roadster, но то, что мы объявляем, не достигнет серьезного массового производства до 2022 года».

Маск также отметил, что компания планирует «увеличивать, а не сокращать закупки аккумуляторных элементов» у Panasonic, LG и других производителей аккумуляторов, в то время как она продолжает наращивать собственное производство и все еще видит «значительную нехватку» аккумуляторов в 2022 году и далее.

Акции Tesla упали примерно на 7,6% на предпродажных торгах.

Хотя улучшенные батареи могут не быть широко доступны в течение многих лет, они представляют собой «существенный прогресс», как сказал Бен Прохазка, национальный директор Коалиции электрификации.

Новая батарея 4680, названная в честь ее размера, будет способна хранить 380 Втч / кг, что на 54% больше, чем у аккумуляторов Panasonic 2170, используемых в настоящее время в Tesla Model 3, сообщил Прохазка в электронном письме.Стоимость киловатт-часа снизится примерно на 56%.

В конце концов, Маск выразил надежду, что Tesla будет производить 20 миллионов автомобилей в год, поскольку спрос на электромобили возрастет. Ожидается, что более широкое внедрение электромобилей будет стимулировать спрос на электрические сети, но Маск, похоже, преуменьшил способность подключаемых к электросети автомобилей предоставлять некоторые услуги в сети или обеспечивать электроэнергией дома.

Вопросы о полезности V2G

«От транспортного средства к электросети звучит хорошо, но я думаю, что на самом деле его полезность намного ниже, чем думают люди», — сказал Маск.«Очень немногие люди на самом деле будут использовать возможности подключения автомобиля к сети», — сказал он, отчасти потому, что автомобили не подключены постоянно.

«Я думаю, что для свободы действий людей будет лучше, если Powerwall и автомобиль будут раздельными», — сказал Маск, имея в виду стационарный жилой накопитель Tesla. Объедините местную батарею с солнечной генерацией, и «вы фактически станете своим собственным коммунальным предприятием», — сказал он.

Будущие поколения силовой электроники Tesla обеспечат возможности V2G в Северной Америке, по словам старшего вице-президента Tesla по силовым агрегатам и энергетике Дрю Баглино, который также выступил на мероприятии.Но потребуется дополнительное оборудование, чтобы автомобили могли обеспечивать электроэнергию в доме.

Автомобили будущего «по крайней мере будут способны осуществлять двунаправленные потоки энергии для целей участия в энергетическом рынке, но даже для этого важно помнить, что ваш автомобиль не подключен к сети 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, поэтому это отчасти непредсказуемо», — сказал Баглино. «Он будет иметь ценность, но не то же самое, что и стационарный аккумулятор».

«Несмотря на большое количество электромобилей, которые появятся в сети в течение следующего десятилетия, все еще неясно, в какой степени электромобили в роли V2G будут играть важную роль в будущей энергосистеме», — сказал Роджер Люкен, старший юрист The Brattle Group.

«Илон отметил, что электромобили — гораздо менее надежный сетевой актив, чем аккумуляторные батареи для коммунальных служб, поскольку они не всегда подключены к электросети», — сказал Люкен в электронном письме. «Зарядка от автомобиля к сети также требует, чтобы клиенты участвовали и были готовы предоставить коммунальному предприятию или другой третьей стороне доступ к аккумуляторной батарее их автомобиля».

Улучшения стационарного хранения, также

Tesla: новый дизайн аккумуляторных батарей для электромобилей и производственные планы могут не иметь немедленных последствий для коммунальных предприятий, но это может измениться в будущем, по словам Ханджиро Амброуза, исследователя из Калифорнийского университета в Дэвисе.

«Путь к успеху очевиден, но предстоит еще много работы», — сказал Эмброуз. На данный момент, по его словам, электромобили будут в основном использоваться для регулирования сетей и оказания услуг, поскольку их стоимость остается высокой. Но потенциал V2G «становится все более многообещающим с каждым днем», поскольку новое поколение батарей может быть более надежным и динамически управляемым, чтобы минимизировать деградацию.

«Мы по-прежнему увидим, что батареи действительно нужны, чтобы иметь возможность использовать преимущества рыночной структуры», — сказал Амброуз. «Они должны иметь возможность каким-то образом накапливать стоимость, чтобы воспользоваться той мощностью, которую они могут предоставить энергосистеме.«

По словам Джеймса Фрита, главы отдела хранения энергии в BloombergNEF, из мероприятия Tesla Battery Day было несколько новостей, связанных с более крупными приложениями.

«Интересный вывод о стационарных хранилищах заключается в том, что Маск подчеркнул, что Tesla будет использовать батареи на основе литий-фосфата железа (LFP) для стационарных приложений, поскольку плотность энергии не является проблемой», — сказал Фрит в электронном письме. «Это имеет смысл, особенно когда мы переходим к периоду, когда стационарный накопитель используется больше для« сдвига энергии », чем для регулирования частоты.«

Переключение энергии — зарядка от сети, когда цены на электроэнергию низкие или возобновляемые источники энергии сокращаются, а затем разгрузка, когда цены выше — это приложение, более подходящее для химии LFP, сказал Фрит, «которое обеспечивает более длительный цикл жизни и меньшее количество сырья. стоимость и меньшее количество потенциальных ограничений на поставку сырья ».

Как долго служат аккумуляторы для электромобилей?

Срок службы электрических и гибридных батарей больше, чем вы думаете.

По мере того, как все больше электромобилей заполняют желанные места в дилерских центрах, вытесняют автомобили с бензиновым двигателем и выезжают на дороги, одним из наиболее актуальных вопросов, связанных с этой новой технологией автомобильных аккумуляторов, является: «Как долго работают аккумуляторы электромобилей?» Тем не менее, десять лет спустя этот вопрос актуален и сегодня. Когда в гибридных автомобилях начали расти хоккейные клюшки, часто задавали вопрос: «На сколько хватает заряда батарей Prius?» Тем не менее, аккумуляторная технология значительно эволюционировала со времени появления первых электромобилей, что сделало их более желанной и полезной альтернативой бензиновым автомобилям.

История аккумуляторных батарей для электромобилей

Более десяти лет назад Toyota Prius становилась самой популярной моделью гибридных автомобилей, и считается, что гибридные электромобили стали популярными. В то время типичное время автономной работы электромобиля было не таким хорошим, как сегодня, и многие гибриды испытали разряд аккумулятора после примерно 100000 миль езды. Этого больше не происходит, потому что химический состав подключаемых гибридных аккумуляторов и технология упаковки ячеек в электромобилях значительно улучшились.

Например, Toyota Prius теперь использует литий-ионные батареи, которые являются шагом вперед по сравнению с никель-металлогидридными батареями, которые у них были, когда Prius был изначально доступен. Типичный срок службы аккумулятора гибридного автомобиля с быстрой зарядкой теперь почти вдвое превышает мощность и запасы энергии. Кроме того, агентство Bloomberg New Energy Finance недавно обнаружило, что средневзвешенная цена на литий-ионный аккумулятор составляет 176 долларов США за кВт · ч, а стоимость упала на 85% в реальном выражении с 2010 года из-за технологических усовершенствований, приводящих к устойчивости к более высоким температурам и более высоким температурам. плотность энергии на уровне материала катода, элемента и аккумуляторной батареи.

Благодаря этим значительным улучшениям мы настоятельно рекомендуем воздерживаться от покупки подержанных гибридов раннего возраста. Вы можете подумать, что экономите деньги, но если вам придется заменить аккумулятор, ремонт может стоить вам дороже, чем стоит машина на самом деле.

Ожидаемый срок службы батареи электромобиля

Владельцы электромобилей впервые хотят узнать подробности о времени автономной работы электромобиля и его вариантах. Лучшие данные получены от электромобилей, которые были на дорогах в течение нескольких лет, таких как Tesla Model S, Nissan Leaf первого поколения и BMW i3.Многие владельцы Tesla сообщили о пробеге более 160 000 миль на своих оригинальных батареях без проблем, и аналогичные отчеты поступали от клиентов электромобилей BMW. В частности, опрос владельцев Tesla включал 350 водителей электромобилей, у которых общая емкость аккумулятора снизилась на 5% после 50000 миль, но после этого сохранялась большая емкость, и ожидается, что емкость по-прежнему будет составлять 90% после примерно 185000 миль и 80% емкости. после 500 000 км. По данным Федерального управления шоссейных дорог Министерства транспорта США, средний американский водитель проезжает 13 476 миль в год, а это означает, что, если вы похожи на большинство водителей, ваши аккумуляторы Tesla могут быть у вас более 20 лет.

Гарантия на аккумулятор

EV — от 100000 миль до Forever

Nissan Leaf первого поколения является еще одним источником полезных данных. В мае 2019 года Nissan изучил схемы вождения и зарядки почти 40 000 владельцев Leaf в Европе. Изучив пройденное расстояние и влияние на состояние аккумулятора, Nissan пришел к выводу, что аккумулятор Leaf прослужит дольше всего автомобиля как минимум на 10 лет. Франсиско Карранса, управляющий директор Renault-Nissan Energy Services, считает, что аккумуляторов Leaf хватит на 22 года вождения.

Данных о BMW i3 не так много. Но, как ни странно, один водитель из Нью-Джерси проехал 70 000 миль на своем i3 всего за три года. Общая полезная мощность этой версии i3 составляла 18,8 киловатт-часов. После 70000 миль и примерно 1000 полных циклов зарядки — от полного заряда до пустого и обратно — i3 потерял 0,8 кВтч емкости. Это потеря 1,6 процента, в результате чего остается 98,4 процента его использования.

Учитывая эти данные, неудивительно, что автопроизводители чувствуют себя комфортно с батареями для электромобилей с гарантией восемь лет и 100 000 миль пробега.Фактически, федеральные правила требуют соблюдения этих условий для аккумулятора электромобиля. Калифорния поднимает ставки, требуя, чтобы гарантия защищала аккумуляторные батареи электромобиля на расстоянии до 150 000 миль, что больше, чем гарантия, предлагаемая на другие компоненты автомобиля. Это показывает, что производители электромобилей очень уверены в ожидаемом сроке службы батареи электромобилей.

Скоро появятся аккумуляторы для электромобилей на миллион миль

Между тем, в мае 2020 года эксперты по аккумуляторным батареям в General Motors заявили, что они «почти закончили» разработку нового химического состава аккумуляторов, позволяющего продлить срок службы элементов электромобиля на 1 миллион миль.Спустя несколько недель Tesla, как сообщается, работает над новым химическим составом аккумуляторных батарей, а также производит аккумуляторную батарею для электромобилей, способную проехать 1 миллион миль.

Для обозревателей отрасли это не удивительно. Рецепты состава аккумуляторов электромобилей — обычно смеси никеля, кобальта и марганца — постоянно совершенствуются, чтобы снизить стоимость, повысить плотность энергии и продлить срок службы аккумуляторов. Литий-железо-фосфатные элементы (батарея LiFePO4) недавно получили широкую известность из-за их потенциального использования в батарее на миллион миль.

Независимо от своих характеристик, аккумуляторные элементы для электромобилей упакованы в очень сложную систему. Отдельные ячейки объединяются в модули, которые затем объединяются в пакеты. В случае повреждения будут заменены отдельные модули, а не весь пакет. Таким образом, хотя аккумуляторные блоки дороги — от 10 000 до 15 000 долларов за замену целиком, — отдельные модули намного дешевле и их легче заменить.

Кроме того, аккумуляторные блоки управляются программными средствами управления, также известными как система управления аккумулятором (BMS).Одна из основных функций BMS — следить за тем, чтобы батарея никогда не разряжалась полностью и никогда не заряжалась полностью. Эти циклы — от нуля до 100 процентов — могут сократить срок службы батареи, поэтому «полезная» емкость аккумуляторной батареи электромобиля составляет всего около 80-90 процентов от его общих киловатт-часов.

Даже когда приборная панель электромобиля показывает, что аккумулятор заряжен на 100 процентов, буфер все равно остается. Точно так же, когда аккумулятор кажется пустым, его доступной емкости больше. Многие электромобили имеют функции приборной панели, которые позволяют водителям ограничивать зарядку до 80 процентов (полезной емкости).Это дополнительная мера для использования еще большего продлевающего жизнь буфера.

Сохраняйте спокойствие и в зоне наилучшего восприятия

Практически вся зарядка электромобиля происходит дома. Средняя ежедневная поездка из дома и обратно составляет менее 40 миль. В результате, в обычный день батарея электромобиля разряжается почти до половины (после 40 миль) и снова восстанавливается. Другими словами, это мягкая зарядка, которая практически не влияет на срок службы батареи. Есть несколько других факторов, которые могут повлиять на срок службы батареи, например очень жаркая погода и отрицательные температуры.Отдельные водители могут сыграть свою роль в увеличении срока службы аккумулятора своего автомобиля. Вот несколько советов по экономии заряда аккумулятора.

• Не позволяйте батарее оставаться полностью разряженной в течение длительного времени.

• Если возможно, припаркуйте машину в тени, а не под палящим солнцем.

• Постарайтесь не использовать быструю зарядку постоянным током несколько раз в день в качестве регулярной процедуры. Это нормально для случайных поездок.

Хотя это некоторые передовые практики для владельцев электромобилей, автопроизводители не рассчитывают, что каждый покупатель будет следовать этим правилам.Они используют лучшую химию, продуманную конструкцию системы и логику своей системы управления батареями, так что батареи электромобилей служат столько же (или дольше), чем остальная часть автомобиля.

Если вы думаете о покупке электромобиля или гибридного электромобиля, не беспокойтесь о сроке службы аккумулятора. Технология автомобильных аккумуляторов для электромобилей значительно улучшилась за последнее десятилетие, и количество миль и гарантии производителя указывают на то, что ожидаемый срок службы аккумулятора становится менее важной проблемой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *