Как делают аккумуляторы: Из чего состоит аккумулятор

Содержание

Как создают аккумуляторные батареи / Хабр

Практически все современные гаджеты объединяет одна деталь — в них есть аккумуляторная батарея. И её ёмкость остаётся одним из главных критериев при выборе устройства. Мы живем в эру мобильности, и требования к аккумуляторам растут с каждым годом.

Батареи для ноутбуков (и многие другие) состоят из энергетических элементов, скомпонованных в связанные друг с другом ячейки. Ноутбуки, как и большая часть других мобильных устройств, работают на литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторах.

Мало кто задумывается о том, как сложно создать аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям времени. Сегодня вы узнаете, как их производят в промышленных масштабах… начиная с химических элементов.

Li-ion — литий-ионные


Широко распространённый литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катода из алюминиевой фольги и анода из медной), разделенных пористым сепаратором, пропитанным жидким электролитом. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.


Типичная литий-ионная перезаряжаемая батарея состоит из положительного электрода (зеленый), отрицательного электрода (красный) и разделяющим их слоем сепаратора (желтый). Ионы лития (Li +, синий) перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод). Во время зарядки происходит обратный процесс, ионы лития переносятся к аноду. Источник

Литий-ионный аккумулятор обладает высокой энергоплотностью, но быстро разряжается при использовании на морозе и может быть взрывоопасен при перезаряде выше 4,2 В. Если вы проколете литий-ионную батарею и создадите короткое замыкание, она загорится и возникнет действительно сильный огонь, который нельзя легко потушить с помощью обычного огнетушителя. Именно поэтому многие такие аккумуляторы оснащают специальной защитой.

Li-po — литий-полимерные


Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) представляет собой усовершенствованную конструкцию литий-ионного аккумулятора. В таком аккумуляторе в качестве электролита используется не жидкость, а сухой полимерный материал (синтетический пластик). В отличие от Li-ion, Li-po безопаснее, может отдавать сильные токи и, благодаря полимерному материалу, может быть какой угодно толщины и формы.

Li-po и технологии


Ноутбук, оснащенный литий-полимерным аккумулятором, поддерживает в 3 раза больше циклов зарядки (то есть служит в 3 раза дольше), чем ноутбук со стандартным литий-ионным аккумулятором.

Эффективность энергопотребления достигается не только за счет химических свойств батареи. Если ноутбук остается подключенным к зарядке, когда аккумулятор уже полностью заряжен, это может привести к ухудшению рабочих характеристик аккумулятора и, соответственно, к сокращению срока его службы. Это может также стать причиной набухания аккумулятора из-за внутреннего накопления газов, вызванного окислением, а значит и деформированию или повреждению ноутбука. Дополнительные программные технологии позволяют установить предельный уровень заряда 60%, 80% или 100%, чтобы продлить срок службы батареи и уменьшить вероятность ее набухания.

Ноутбуки также оснащаются механизмом быстрой зарядки, с помощью которого аккумулятор заряжается за несколько десятков минут чуть более чем наполовину.

Li-po vs Li-ion

Положительные и отрицательные электроды Li-po и Li-ion имеют сходный химический состав. Основное различия между двумя видами батарей заключается в способе их компоновки. С литий-ионной технологией для оболочки можно выбрать только жесткий металлический корпус, в то время как литий-полимерная технология позволяет использовать мягкую оболочку для корпуса (пластиковая или алюминиевая фольга). При толщине до 3 мм Li-po имеет преимущество в емкости. При толщине более 3 мм Li-ion дает существенную выгоду в цене.

Существуют и другие виды аккумуляторов на основе лития: LiFePO4 — литий-железо-фосфатные, LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные, и другие. Отличаются они различными добавками, улучшающими характеристики батареи. Однако в основе большей части новых экспериментов лежит всё тот же металл, пришедший на смену некогда популярным никель-кадмиевым и никель-металлгидридным аккумуляторам.

Литий



Очень легкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета.

Первые работы в области создания перезаряжаемого аккумулятора на основе лития были начаты в 1912 году, но до 1970-х эксперименты не выходили за пределы лабораторий из-за нестабильности лития. В 1980-х на основе технологий, разработанных в Оксфордском университете, стали появляться первые промышленные литиевые аккумуляторные батареи, которые быстро перегревались и выходили из строя. Только в 1991 году был создан аккумулятор, в котором металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.
Литий снискал заслуженную популярность за счет своих особых свойств. Это один из самых легких металлов в периодической таблице, который действительно помогает сохранять большие объемы энергии в небольшом объеме и при незначительном весе. Однако популярность лития сегодня может привести к исчерпанию этого металла в будущем.

Добыча лития — это трудоемкий процесс даже в тех регионах, где металла много. На протяжении десятилетий коммерческое производство лития основывалось на минеральных рудных источниках, таких как сподумен, петалит и лепидолит. Однако извлечение лития из руды вдвое превышает стоимость производства из соляных растворов.

Основные залежи лития, пригодные для активной разработки, находятся в Южной Америке и Китае. На территории России больше всего лития содержится в слюде, сопровождающей месторождения редкоземельных металлов. До недавнего времени добыча лития из слюды стоила слишком дорого, но в 2017 году ученые НИТУ «МИСиС» представили установку, сделавшую добычу соединений лития из бедной руды вдвое дешевле.

Большая часть лития сегодня добывается из естественных водяных линз соляных озер, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития, калий и натрий. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается.

Извлечение лития



Солончак Уюни содержит около 100 миллионов тонн лития, или от 50 до 70% его мировых запасов

.

Крупнейший источник лития находится в Боливии — это солончак Уюни, высохшее соленое озеро, расположенное на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь 10 588 км². Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Хлорид лития, находящийся здесь в огромных количествах, пригоден для добычи из него лития, а раньше использовался в качестве замены обычной соли. Употреблять в пищу его перестали после открытия токсических эффектов.


Литиевый соляной пруд в Аргентине.

Для извлечения лития соляные растворы сначала перекачивают на поверхность в специальные пруды, где под воздействием солнца в течение нескольких месяцев происходит медленное испарение. Когда хлорид лития в испарительных прудах достигает оптимальной концентрации, раствор перекачивают на восстановительную установку, где фильтрацией удаляют из смеси нежелательные примеси.

Преобразование лития в металл производится в электролитической ячейке. Хлорид лития смешивается с хлоридом калия в соотношении 55% к 45% для того, чтобы произвести расплавленный эвтектический электролит. Далее электролизом расплава при температуре 600 °C получают расплавленный литий, который поднимается на поверхность электролита.

Другие химические элементы



Составляющие стоимости Li-ion батареи.

Внутри литий-ионного аккумулятора может использоваться несколько материалов для катодов. Первоначально основным компонентом катода был кобальт, но он имеет ограниченную доступность в природе и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Сегодня кобальт частично замещается никелем, а также смесью кобальта, никеля и марганца.

Безопасная и долговечная батарея нуждается в надежном электролите, который может выдерживать существующее напряжение и высокие температуры и имеет длительный срок хранения, обеспечивая высокую подвижность ионов лития. Растворы электролита состоят из органических растворителей, соли LiPF6 (гексафторфосфат лития) и различных добавок.

Электролит высокой чистоты играет ключевую роль в транспортировке положительных ионов лития между катодом и анодом. Электролитные добавки улучшают стабильность, предотвращая деградацию раствора. Состав электролитов варьируется в зависимости от используемых анодных и катодных материалов, однако выбор электролита часто подразумевает компромисс между воспламеняемостью и электрохимическими характеристиками.

Полимерные электролиты представляют собой ионно-проводящие полимеры. Они часто смешиваются в композитах с керамическими наночастицами, что приводит к более высокой проводимости и устойчивости к более высоким напряжениям.

В литий-ионных батареях в качестве токоприемников используется разнообразная металлическая фольга — медная, никелевая или фольга из каталитической меди. Как правило, медная фольга ставится в качестве отрицательного электрода для коллектора анодного тока, а алюминиевая фольга применяется в качестве положительного электрода для катодного токосъемника.


Строение Li-po батареи

Анод состоит из смеси графита и лития (возможно также использование интерметаллидов или кремния), в то время как катод объединяет литий и другие металлы (материалы катода требуют чрезвычайно высокой чистоты и должны быть почти полностью очищены от нежелательных металлических примесей — железа, ванадия и серы).

Отделяет катод от анода сепараторный материал из полипропилена, полиэтилена или другого схожего полимерного материала. Сепараторы большинства батарей состоят из очень простых пластиковых пленок, которые имеют правильный размер пор, чтобы позволить ионам перемещаться, блокируя при этом другие элементы. В случае жидкого электролита сепаратор представляет собой вспененный материал, который пропитывается электролитом и удерживает его на месте.

Процесс производства батареи


Основы для анода и катода поставляются на завод в виде черного порошка, и для неподготовленного глаза они почти неотличимы друг от друга. Порошок очень мелкой фракции, чтобы достичь максимальной эффективной площади поверхности электродов. Форма частиц также важна. Предпочтительны гладкие сферические крупицы с закругленными краями, поскольку острые кромки или шелушащиеся поверхности чувствительны к высоким электрическим нагрузкам.

Аноды и катоды в литиевых батареях имеют одинаковую форму и выполняются по аналогичным процессам на идентичном оборудовании. Но поскольку загрязнение между анодным и катодным материалами приведет к разрушению батареи, то для предотвращения контакта материалов их обычно обрабатываются в разных цехах.

Первая стадия производства заключается в смешивании материалов электродов и нанесении суспензии на поверхность фольги. Активные электродные материалы покрываются с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемник, проводящий ток внутри и снаружи ячейки. Затем фольга с материалами сушится, разрезается на узкие полоски и сворачивается в несколько слоев. Это требует постоянного контроля, поскольку любые заусенцы на краях полосок фольги могут привести к внутренним коротким замыканиям в ячейках.

В процессе сборки батареи сепаратор зажимают между анодом и катодом. После помещения батареи в корпус ее заполняют электролитом и запечатывают. Это должно выполняться в «сухой комнате», так как электролит реагирует с водой. Влага приведет к разложению электролита с выбросом токсичных газов.


Электроды помещают в корпус, оставляя отверстие для добавления электролита/

Как только сборка ячейки будет завершена, она должна пройти хотя бы один контролируемый цикл зарядки/разрядки. Процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Только после прохождения теста батарея покинет завод и отправится дальше.

* * *

В будущем, несомненно, появятся новые виды аккумуляторов. Возможно, тогда литий останется в прошлом. Пока же есть еще множество возможностей для улучшения характеристик существующих аккумуляторных батарей.

Компания «Тубор»: производство лучших автомобильных аккумуляторов

Компания TUBOR

Это российский производитель аккумуляторных батарей.  Наличие команды единомышленников и профессионалов,  инновационных технологий и современного завода по производству стартерных и тяговых аккумуляторных батарей TUBOR, оснащенного современным оборудованием, на котором производятся собственные торговые марки аккумуляторов TUBOR и TITAN, позволяет нам сохранять звание флагмана аккумуляторного рынка уже более 17 лет. TUBOR — официальный поставщик аккумуляторных батарей на конвейер крупнейших мировых автопроизводителей.

История

Предприятие TUBOR учреждено в 1999 году. Совместно с лидером отрасли Tudor (Европа) — ведущего европейского производителя аккумуляторных батарей, имеющего  заводы в Испании, Италии, Португалии, Франции, Финляндии, Швеции,  был осуществлен подбор оборудования, технологий и обучение российского персонала для создания совместного технологического предприятия TUBOR, производящего продукцию, удовлетворяющую потребности автопроизводителей стран Европы и Азии. Впоследствии  Tudor прекратил самостоятельную деятельность и вошел в состав корпорации Exide Technologies (США).
Аккумуляторный завод TUBOR находится в городе Бор Нижегородской области на территории общей площадью  около 5  га. Производственные помещения предприятия занимают более 12000 м².
Компания «Тубор» — признанный лидер по производству всех типов АКБ. Сочетание высокого профессионализма персонала, технологичного производства полного цикла и богатого опыта позволяют создавать лучшие автомобильные аккумуляторы, востребованные как в частном сегменте, так и среди крупных автоконцертов на территории России и СНГ.

Мы обеспечиваем высокое качество нашей продукции и непрерывно развиваемся: совершенствуем технологии, расширяем ассортимент и зоны дистрибуции. Сегодня мы с уверенностью можем предложить лучшие автомобильные аккумуляторы собственных марок TITAN и TUBOR.

Наша главная цель – удовлетворять потребности наших клиентов и поставлять надежные, долговечные АКБ: стартерных, стартерно-тяговых, тяговых, ИБП.  Клиентоориентированный сервис, индивидуальный подход и безупречное качество продукции позволили нам стать флагманом аккумуляторного рынка в 1999 году и удерживать лидерские позиции!

Компания «Тубор» — это лучшие автомобильные аккумуляторы, реализуемые на комфортных и выгодных условиях!

Электромобили спровоцировали борьбу за металлы

Прогнозируемый рост мирового спроса на электромобили заставляет автопроизводителей озаботиться наличием сырья для выпуска аккумуляторов. К нему относятся литий, никель, кобальт, графит и редкоземельные металлы. Поэтому производители электромобилей и аккумуляторов стремятся обеспечить их поставки, договариваясь с горнодобывающими компаниями.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в прошлом году в мире было 2 млн электромобилей. К 2040 г. их число достигнет минимум 40 млн, прогнозирует МЭА. И крупнейшие горнодобывающие компании уже начали менять свой бизнес, чтобы обеспечить поставку материалов для литий-ионных аккумуляторов. Нынешний год должен стать «переломным моментом» для электромобилей, заявила BHP Billiton.

В сентябре китайский автопроизводитель Great Wall Motor подписал соглашение с австралийской Pilbara Minerals об обеспечении себе поставок лития на пять лет. В октябре другая австралийская горнодобывающая компания, Galaxy Resources, сообщила, что ведет переговоры о долгосрочных поставках лития с несколькими производителями автомобилей и аккумуляторов. В их число входит Panasonic, выпускающая аккумуляторы для Tesla. «Это подчеркивает, какое стратегическое значение для мировой автомобильной промышленности приобретает доступ к крупным, надежным и высококачественным источникам материалов для аккумуляторов в странах с низким риском», – заявил гендиректор Pilbara Кен Бринсден.

Спекулянты тоже не остаются в стороне, так как эти металлы сильно дорожают; их возросшая активность на рынке еще больше толкает цены вверх. Инвесткомпания Cobalt 27 уже закупила более 2000 т кобальта. Этот металл подорожал более чем на 190% за последние полтора года. Обеспечить поставки кобальта труднее всего, поскольку 65% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго (ДРК), одну из беднейших стран мира. По прогнозам аналитиков UBS, спрос на кобальт удвоится к 2020 г. примерно до 200 000 т в год. Поэтому потребуются новые проекты, чтобы избежать его дефицита в долгосрочной перспективе. «Без кобальта из ДРК вообще нельзя будет говорить о производстве электромобилей – вот насколько рынку нужно больше этого металла», – утверждает Саймон Мурс из Benchmark Mineral Intelligence.

Литий хоть и более доступен, но в ближайшие годы тоже может возникнуть нехватка его предложения. Спрос на литий вырастет в четыре раза до 779 000 т к 2025 г., по оценкам Goldman Sachs. Но удовлетворить его будет трудно, так как «многие проекты, которые были анонсированы с фанфарами, не смогли привлечь достаточного финансирования», отмечают аналитики банка. Литий сейчас добывается в горах Австралии и пустынях Южной Америки. Но не все его запасы пригодны для производства аккумуляторов, отмечает гендиректор Neo Lithium Вальдо Перес. Например, у Боливии огромные запасы лития, но они содержат много примесей магния. Поэтому «Боливия определенно не подходит», говорит Перес.

Главную неопределенность для сырьевых рынков представляет то, какой будет технология выпуска аккумуляторов. Их производители сокращают использование кобальта из-за высокой цены и проблем с поставками. В сентябре британская Johnson Matthey заявила, что разработала более эффективные аккумуляторы с использованием лития и никеля и меньшим содержанием кобальта. Как отмечает инвестбанк Liberum, никель помогает повысить мощность аккумуляторов и при этом стоит в шесть раз дешевле кобальта, а его предложение примерно в 20 раз выше. По прогнозам Мурса из Benchmark Mineral Intelligence, спрос на никель вырастет с 75 000 т в 2016 г. до 400 000 т к 2025 г.

В долгосрочной перспективе производители аккумуляторов намерены изменить их конструкцию. Британская Dyson планирует выйти на рынок электромобилей к 2020 г. с помощью твердотельных аккумуляторов, которые должны хранить и отдавать больше энергии. Toyota тоже стремится начать использовать твердотельные аккумуляторы в своих автомобилях в начале 2020-х гг. Они заменят аккумуляторы с жидким электролитом.

«Всем хочется в будущем иметь чудесные химические вещества, не связанные с этими редкими материалами, но сейчас они недоступны, – говорит Стивен Айриш из британской Hyperdrive, занимающейся аккумуляторами. – Все задаются вопросом, произойдет ли революция в производстве аккумуляторов. Но на самом деле речь идет о серии постепенных улучшений».

Перевел Алексей Невельский

Вред литиевых аккумуляторов: влияние на окружающую среду

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-02-2022

Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.

Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы. На самом деле все не так идеально, как хотелось бы. Вред от производства литиевых аккумуляторов для одного электрокара, в соответствии некоторым исследованиям, сопоставим с тем, что выбрасывает в атмосферу обычный автомобиль на двигателе внутреннего сгорания в течение нескольких лет. Не в последнюю очередь это связано с тем, насколько много элементов питания используется в автомобиле.

Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.

Как аккумуляторы влияют на окружающую среду

Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов. К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.

 

Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.

Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.

Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым. Тем не менее, даже при таком раскладе электромобиль будет по меньшей мере вдвое экологичнее. Это не в последнюю очередь связано с низким КПД двигателей внутреннего сгорания, который даже не достигает и 50%. Хотя, и у электрокаров КПД не идеальный, плюс аккумулятор подвержен саморазряду даже при отсутсвии нагрузки. Это как бензобак, который немного протекает. Энергетическая отрасль претерпевает серьезное развитие и все больший процент энергии вырабатывается за счет возобновляемых источников (солнце, ветер и вода). Вместе с этим, соответственно, снижается косвенный вред от эксплуатации аккумуляторов.

Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.

Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека. Существует множество случаев самовозгорания аккумуляторов, которые могут привести к пожару. Чаще всего воспламенение связано с резким повышением температуры из-за замыкания электродов. К сожалению, далеко не всегда замыкание происходит из-за физического воздействия на аккумулятор. Причиной тому может стать техническая недоработка (многим известен случай массового возгорания смартфонов Samsung Galaxy Note 7) или сложные внутренние процессы в ходе старения.

Что мы можем сделать

Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.

Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.

Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.

Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.

Аккумуляторные заводы России — полный список производителей

Предприятия по выпуску аккумуляторов относятся к одной из важных отраслей российского промышленного комплекса, продукция которой находит применение в самых разных видах хозяйственной деятельности и деятельности вооруженных сил. Она необходима на всех видах гражданского и военного транспорта, в военной и вычислительной технике, при эксплуатации бытовых приборов, средств связи, для создания систем бесперебойного и автономного питания.

От основания первого аккумуляторного завода в России в 1897 году и до настоящего времени аккумуляторная промышленность проделала большой путь. Сегодняшние предприятия обладают высоким производственным и развитым научным потенциалом, позволяющим разрабатывать и производить разнообразные виды аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Аккумуляторы представляют собой химические накопители энергии, выделяющейся в результате химической реакции, и позволяющие использовать ее для работы различных приборов, делая их мобильными и независимыми от постоянных источников электроэнергии. Особенно широко применяются они в сотовой связи и автомобильном транспорте. Крупные предприятия отрасли оснащены современными автоматизированными линиями, позволяющими изготавливать аккумуляторы самого разного назначения, конструкции и размеров.

Кроме изготовления аккумуляторов и аккумуляторных батарей, предприятия отрасли занимаются разработкой новых и современных их видов. Также на аккумуляторных заводах производится восстановление, зарядка, сборка и утилизация использованных аккумуляторов.

Продукция предприятий: аккумуляторы серебряно-цинковые, литиевые, кислотные, никель-металлогидридные, щелочные, свинцово-кислотные, гелиевые, никель-цинковые; по материалу корпуса карболитовые, пластиковые; по особенностям эксплуатации: обслуживаемые и необслуживаемые.

По предназначению: промышленные, стартерные, тяговые, батареи аккумуляторов для тепловозов, аккумуляторы в источниках бесперебойного питания (ИБП), стационарные батареи для систем телекоммуникации, для компрессорных станций газопроводов, других энергетических объектов, разные виды аккумуляторов для сотовой связи, бытовых приборов, для источников аварийного электроснабжения.

Сведения об оригинальных аккумуляторах iPhone

Если вам необходимо заменить аккумулятор iPhone, важно, чтобы ремонт осуществлял сертифицированный технический специалист с применением оригинального аккумулятора Apple. Литий-ионные аккумуляторы — чувствительные компоненты, которые следует изготавливать и обслуживать с особым вниманием.

Замену аккумулятора должны осуществлять только технические специалисты, прошедшие обучение обслуживанию продукции Apple, которые используют оригинальные запасные части и инструменты Apple. Такие услуги предлагают авторизованные сервисные центры компании Apple и независимые поставщики услуг по ремонту, использующие оригинальные запасные части Apple. Не пытайтесь заменить аккумулятор iPhone самостоятельно. Необученные технические специалисты могут не соблюдать надлежащие процедуры ремонта и техники безопасности, что может стать причиной неправильной замены или ремонта. В результате аккумулятор может быть поврежден, а это вызовет его перегрев и может стать причиной травм.

В зависимости от своего местоположения вы можете заменить аккумулятор iPhone (по гарантии или без) в магазине Apple Store или авторизованном сервисном центре компании Apple, кроме того, можно отправить iPhone в ремонтный центр Apple. Независимые поставщики услуг ремонта* также предлагают оригинальные запасные части для негарантийной замены аккумулятора, выполняемой обученными техническими специалистами.

Обратитесь за обслуживанием аккумулятора.

Кроме того, если поставщик услуг использует неоригинальные аккумуляторы, есть вероятность, что:

  • установленный аккумулятор плохо спроектирован или изготовлен;
  • установлен ранее использованный аккумулятор;
  • установлен поврежденный аккумулятор;
  • установлен не подходящий для этой модели iPhone аккумулятор.

Любой из указанных выше случаев может стать причиной недостаточной емкости аккумулятора, ненадлежащей установки или проблем с производительностью. Использование неоригинальных аккумуляторов также может привести к неожиданному поведению после установки, обновления программного обеспечения устройства или во время зарядки. Использование неоригинальных аккумуляторов также может вызвать проблемы безопасности.

Оригинальные аккумуляторы спроектированы для работы с ОС iOS, включая предоставление сведений об уровне заряда и состоянии аккумулятора. Поэтому после ремонта с использованием неоригинального аккумулятора вы не сможете получать сведения о состоянии аккумулятора.

* Независимые поставщики услуг ремонта предлагают негарантийный ремонт iPhone и Mac. У них имеется доступ к оригинальным запасным частям Apple, инструментам, программам обучения, руководствам по обслуживанию, средствам диагностики и ресурсам.

АКБ Тюмень ПРЕМИУМ / Tyumen PREMIUM

Аккумуляторы премиум-класса, предназначенные для работы с автомобилями любой ценовой категории.

Тюмень PREMIUM – это новейшие аккумуляторы с увеличенным временем использования и возможностью холодного пуска. Они имеют защиту от глубоких разрядов и частых циклов заряда-разряда. 

В чем заключается преимущество Тюмень ПРЕМИУМ.

Использование технологий DSP (Double-Side Pasting) увеличивает срок службы работы аккумулятора примерно на треть. АКБ имеют низкий показатель саморазряда, ведь в их производстве используется серебро. Аккумуляторы могут перенести как сильные перепады температур, так и долгое время неиспользования. 

Если правильно рассчитать мощность аккумулятора, он станет для вас отличным источником питания всей бортовой системы автомобиля. К тому же, наши АКБ полностью необслуживаемые и не требуют постоянного подливания воды.  

Являются ли наши аккумуляторы безопасными.

Аккумуляторы типа Тюмень ПРЕМИУМ являются одними из самых безопасных на рынке. Они имеют защиту от коротких замыканий. Инновационный полипропиленовый корпус защищает их от пожара. Полная герметичность швов сохраняет аккумулятор от вибраций любой силы. Выступы на нижней части корпуса предотвращают АКБ от нежелательных контактов с другими частями двигателя.

Где производятся аккумуляторы.

Тюменский аккумуляторный завод, выпускающий данные АКБ – это крупнейшие производитель аккумуляторов в России. На своих площадках он выпускает аккумуляторы отличного качества, которым доверяют миллионы водителей. В 2017 году Tyumen PREMIUMзаняли второе место в ТОП 10 лучших автомобильных аккумуляторов, а в номинации цена/качество первое.

Насколько широк модельный ряд PREMIUM.

Каждый автолюбитель сможет выбрать себе аккумулятор по вкусу. Емкость батареи разнится от 50 до 230 а/ч. Также Вы можете выбрать АКБ с прямой или обратной полярностью. Наши аккумуляторы подходят как для легковых, так и для грузовых автомобилей. Выбрав Tyumen PREMIUM вы будете уверены в качестве своего АКБ.

Где можно купить наши аккумуляторы.

В нашем магазине Вы можете с легкостью подобрать аккумулятор под ваш автомобиль и заказать его за считанные минуты. На все АКБ распространяется гарантия сроком в один год. Если у Вас возникли трудности с выбором нужного товара, Вы можете проконсультироваться с нашими специалистами, заказав обратный звонок во вкладке сверху. 

Если Вы не живёте в Тюмени, мы доставим аккумулятор в выбранный вами город. Ознакомиться со всем модельным рядом вы можете у нас на сайте или же в нашей розничной сети.

Что внутри батареи

Главная » Что внутри батареи?

Что внутри батареи?

Обычная батарея требует 3 частей для создания электричества:

  • Анод — отрицательная сторона батареи
  • Катод — положительная сторона аккумулятора
  • Электролит — химическая паста, которая разделяет анод и катод и преобразует химическую энергию в электрическую

Внутри каждой батареи есть восстанавливаемые ресурсы, независимо от ее типа

Возьмем, к примеру, одноразовую щелочную батарейку.Это неперезаряжаемые батареи типа AAA, AA, C, D, 9 вольт и различных размеров таблеточных элементов.

В среднем 25% батареи состоит из стали (корпус). Знаете ли вы, что сталь можно перерабатывать бесконечно? Наш механический процесс позволяет восстановить 100% стали в каждой батарее для повторного использования.

Батарея на 60% состоит из комбинации таких материалов, как цинк (анод), марганец (катод) и калий. Все эти материалы являются земными элементами. Эта комбинация материалов на 100% регенерируется и повторно используется в качестве микроэлемента при производстве удобрений для выращивания кукурузы.

Остальные 15% по весу составляют бумага и пластик (этикетка и защитная крышка). Эти материалы отправляются на производство энергии из отходов для производства электроэнергии.

Когда вы перерабатываете свои щелочные батареи в Raw Materials Company, вы можете быть уверены, что 100% каждой батареи используется повторно, и никакие материалы не будут выброшены на свалку.

 

 

Вы живете в Онтарио, Канада?  

Если это так, вы можете поискать ближайший к вам магазин по переработке аккумуляторов.Просто введите свой почтовый индекс или название города в наш инструмент поиска. Если вы живете за пределами Онтарио, обратитесь в местный муниципалитет, чтобы найти ближайший к вам пункт утилизации.


Спасибо

Мы получили ваше сообщение и ответим вам в ближайшее время.

Быстрые ссылки

Для вашего удобства, вот список важных ссылок, связанных с этой страницей.


Знаете ли вы?

Использованные аккумуляторы составляют менее 1% всех отходов, обнаруженных на муниципальных свалках.Этот 1% аккумуляторов отвечает за 88% всех токсичных тяжелых металлов, обнаруженных на свалке.

Узнайте больше о нашей технологии и о том, как вместе мы превращаем отходы в ценный ресурс.

Что такое батарея? — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 22

Введение

Батареи представляют собой набор из одной или нескольких ячеек, химические реакции которых создают поток электронов в цепи.Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода (сторона «-»), катода (сторона «+») и электролита (вещество, которое химически реагирует с анодом и катодом).

Когда анод и катод батареи подключены к цепи, между анодом и электролитом происходит химическая реакция. Эта реакция заставляет электроны течь по цепи и возвращаться к катоду, где происходит другая химическая реакция.Когда материал в катоде или аноде расходуется или больше не может использоваться в реакции, батарея не может производить электричество. В этот момент ваша батарея «умерла».

Батарейки, которые необходимо выбрасывать после использования, называются первичными батареями . Батареи, которые можно перезаряжать, называются вторичными батареями .

Литий-полимерные батареи, например, можно перезаряжать

Без батарей ваш квадрокоптер был бы привязан к стене, вам пришлось бы вручную заводить машину, а ваш контроллер Xbox должен был бы быть все время подключен к сети (как в старые добрые времена).Батареи предлагают способ хранения электрической потенциальной энергии в портативном контейнере.

Батарейки бывают разных форм, размеров и химического состава.

Изобретение современной батареи часто приписывают Алессандро Вольта. На самом деле все началось с удивительного происшествия, связанного с вскрытием лягушки.

Чему вы научитесь

В этом руководстве будут подробно рассмотрены следующие темы:

  • Как были изобретены батареи
  • Из каких частей состоит батарея
  • Как работает аккумулятор
  • Общие термины, используемые для описания батарей
  • Различные способы использования батарей в цепях

Предлагаемая литература

Есть несколько понятий, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться перед тем, как начать читать это руководство:


Хотите изучить различные батареи?

Мы вас прикроем!

Щелочная батарея 9В

В наличии ПРТ-10218

Это ваши стандартные 9-вольтовые щелочные батареи от Rayovac.Даже не думайте пытаться перезарядить их. Используйте их с…

1

История

Срок Батарея

Исторически слово «батарея» использовалось для описания «серии подобных объектов, сгруппированных вместе для выполнения определенной функции», как в артиллерийской батарее. В 1749 году Бенджамин Франклин впервые использовал этот термин для описания серии конденсаторов, которые он соединил вместе для своих экспериментов с электричеством.Позже этот термин будет использоваться для любых электрохимических элементов, соединенных вместе с целью обеспечения электроэнергии.

Батарея лейденской банки «конденсаторы», соединенные вместе
(Изображение предоставлено Alvinrune из Викисклада)

Изобретение батареи

В один роковой день в 1780 году итальянский физик, врач, биолог и философ Луиджи Гальвани препарировал лягушку, прикрепленную к медному крючку. Когда он коснулся лягушачьей лапки железным скальпелем, та дернулась.Гальвани предположил, что энергия исходит от самой ноги, но его коллега-ученый Алессандро Вольта считал иначе.

Вольта предположил, что импульсы лапок лягушки на самом деле были вызваны различными металлами, пропитанными жидкостью. Он повторил эксперимент, используя ткань, смоченную в рассоле, вместо трупа лягушки, что привело к аналогичному напряжению. Вольта опубликовал свои открытия в 1791 году, а позже в 1800 году создал первую батарею, вольтов столб.

Вольтов столб состоял из стопки цинковых и медных пластин, разделенных тканью, пропитанной соляным раствором

Стопка

Volta страдала от двух основных проблем: из-за веса стека электролит вытекал из ткани, а особые химические свойства компонентов приводили к очень короткому сроку службы (около часа).Следующие двести лет уйдут на совершенствование конструкции Вольты и решение этих проблем.

Исправления в Вольтовом столбе

Уильям Круикшенк из Шотландии решил проблему утечки, положив гальваническую батарею на бок, чтобы сформировать «корытообразную батарею».

Батарея желоба решила проблему утечки вольтовой батареи

Вторая проблема, короткий срок службы, была вызвана разложением цинка из-за примесей и образованием пузырьков водорода на меди.В 1835 году Уильям Стерджен обнаружил, что обработка цинка ртутью предотвращает деградацию.

Британский химик Джон Фредерик Дэниелл использовал второй электролит, который реагировал с водородом, предотвращая отложения на медном катоде. Двухэлектролитная батарея Даниэля, известная как «ячейка Даниэля», станет очень популярным решением для обеспечения энергией зарождающихся телеграфных сетей.

Коллекция клеток Даниэля 1836 года

Первая аккумуляторная батарея

В 1859 году французский физик Гастон Планте создал батарею из двух скрученных листов свинца, погруженных в серную кислоту.При реверсировании электрического тока через батарею химический состав вернется в исходное состояние, создав таким образом первую перезаряжаемую батарею.

Позже, в 1881 году, Камилла Альфонс Фор улучшила конструкцию Планте, превратив свинцовые листы в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, и свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет.
(Изображение предоставлено Эмилианом Робертом Виколом из Wikimedia Commons)

Сухая камера

Вплоть до конца 1800-х годов электролит в батареях находился в жидком состоянии.Это делало транспортировку батарей очень осторожным делом, и большинство батарей никогда не предназначалось для перемещения после подключения к цепи.

В 1866 году Жорж Лекланше создал батарею, используя цинковый анод, катод из диоксида марганца и раствор хлорида аммония в качестве электролита. В то время как электролит в элементе Лекланше все еще был жидким, химический состав батареи оказался важным шагом на пути к изобретению сухого элемента.

Карл Гасснер придумал, как создать электролитную пасту из хлорида аммония и гипса.Он запатентовал новую «сухую» батарею в 1886 году в Германии.

Эти новые сухие элементы, обычно называемые «цинково-угольными батареями», производились массово и пользовались огромной популярностью до конца 1950-х годов. Хотя углерод не используется в химической реакции, он выполняет важную роль электрического проводника в угольно-цинковой батарее.

-> 3-вольтовая угольно-цинковая батарея 1960-х годов
(Изображение предоставлено PhFabre из Викисклада) <-

В 1950-х годах Льюис Урри, Пол Марсал и Карл Кордеш из компании Union Carbide (позже известной как «Eveready», а затем «Energizer») заменили электролит хлорида аммония щелочным веществом на основе химического состава батареи, сформулированного Вальдемаром. Юнгнера в 1899 г.Щелочные сухие батареи могли удерживать больше энергии, чем угольно-цинковые батареи того же размера, и имели более длительный срок хранения.

Щелочные батареи

приобрели популярность в 1960-х годах, обогнали цинко-угольные батареи и с тех пор стали стандартными первичными элементами для потребительского использования.

-> Щелочные батареи бывают разных форм и размеров
(Изображение предоставлено Aney~commonswiki из Викисклада) <-

Аккумуляторы 20-го века

В 1970-х годах COMSAT разработал никель-водородную батарею для использования в спутниках связи.Эти батареи хранят водород в газообразной форме под давлением. Многие искусственные спутники, такие как Международная космическая станция, по-прежнему используют никель-водородные батареи.

Исследования нескольких компаний с конца 1960-х годов привели к созданию никель-металлогидридной (NiMH) батареи. NiMH аккумуляторы были выпущены на потребительский рынок в 1989 году и стали более дешевой альтернативой перезаряжаемым никель-водородным элементам.

Asahi Chemical из Японии создала первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году.В конце 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов был создан мягкий гибкий корпус, что привело к появлению «литий-полимерных» или «LiPo» аккумуляторов.

Химические реакции в литий-полимерном аккумуляторе практически такие же, как и в литий-ионном аккумуляторе

Очевидно, что было изобретено, произведено и устарело намного больше химических элементов аккумуляторов. Если вы хотите узнать больше о современных и популярных технологиях аккумуляторов, ознакомьтесь с нашим руководством по технологиям аккумуляторов.

Компоненты

Аккумуляторы

состоят из трех основных компонентов: анода , катода и электролита . Сепаратор часто используется для предотвращения соприкосновения анода и катода, если электролита недостаточно. Для хранения этих компонентов аккумуляторы обычно имеют какой-нибудь кожух .

Хорошо, большинство аккумуляторов на самом деле не разделены на три равные секции, но вы поняли.Лучшее поперечное сечение щелочной ячейки можно найти в Википедии.

И анод, и катод относятся к типам электродов . Электроды — это проводники, по которым электричество входит или выходит из компонента в цепи.

Анод

Электроны вытекают из анода в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет в анод.

На батареях анод помечен как отрицательная (-) клемма

В батарее химическая реакция между анодом и электролитом вызывает накопление электронов в аноде.Эти электроны хотят двигаться к катоду, но не могут пройти через электролит или сепаратор.

Катод

Электроны текут в катод в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет из катода.

На батареях катод обозначен как положительная (+) клемма

В батареях химическая реакция внутри или вокруг катода использует электроны, произведенные в аноде.Единственный способ для электронов добраться до катода — через цепь, внешнюю по отношению к батарее.

Электролит

Электролит – это вещество, часто жидкое или гелеобразное, способное переносить ионы между химическими реакциями, протекающими на аноде и катоде. Электролит также препятствует потоку электронов между анодом и катодом, так что электроны легче проходят через внешнюю цепь, а не через электролит.

-> Щелочные батареи могут вытекать из своего электролита, гидроксида калия, при воздействии сильного нагрева или обратного напряжения
(Изображение предоставлено Вильямом Дэвисом из Викисклада) <-

Электролит имеет решающее значение в работе аккумулятора.Поскольку электроны не могут пройти через него, они вынуждены путешествовать по электрическим проводникам в виде цепи, соединяющей анод с катодом.

Сепаратор

Сепараторы представляют собой пористые материалы, препятствующие соприкосновению анода и катода, что может вызвать короткое замыкание в аккумуляторе. Сепараторы могут быть изготовлены из различных материалов, включая хлопок, нейлон, полиэстер, картон и синтетические полимерные пленки. Сепараторы химически не реагируют ни с анодом, ни с катодом, ни с электролитом.

В гальваническом столбе использовалась ткань или картон (разделитель), пропитанные солевым раствором (электролитом), чтобы держать электроды друг от друга

Ионы в электролите могут быть положительно заряжены, отрицательно заряжены и могут иметь различные размеры. Могут быть изготовлены специальные сепараторы, которые пропускают одни ионы, но не пропускают другие.

Корпус

Большинству батарей нужен способ содержать химические компоненты. Корпуса, также известные как «корпуса» или «оболочки», представляют собой просто механические конструкции, предназначенные для удержания внутренних частей батареи.

Эта свинцово-кислотная батарея имеет пластиковый корпус

Корпуса аккумуляторов могут быть изготовлены практически из чего угодно: пластика, стали, пакетов из мягкого полимерного ламината и так далее. В некоторых батареях используется проводящий стальной корпус, электрически соединенный с одним из электродов. В случае обычного щелочного элемента АА стальной корпус соединен с катодом.

Операция

Для работы батарей обычно требуется несколько химических реакций.По крайней мере, одна реакция происходит на аноде или вокруг него, и одна или несколько реакций происходят на катоде или вокруг него. Во всех случаях реакция на аноде производит дополнительные электроны в процессе, называемом окислением , а реакция на катоде использует дополнительные электроны во время процесса, известного как восстановление .

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и электроны могут течь от анода к катоду. Эти электроны обеспечивают химические реакции на аноде и катоде.

По сути, мы разделяем определенный вид химической реакции, реакцию восстановления-окисления или окислительно-восстановительную реакцию, на две отдельные части. Окислительно-восстановительные реакции происходят, когда электроны переносятся между химическими веществами. Мы можем использовать движение электронов в этой реакции, чтобы течь за пределы батареи, чтобы питать нашу цепь.

Окисление анода

Эта первая часть окислительно-восстановительной реакции, окисление, происходит между анодом и электролитом и производит электроны (обозначены как e ).

В некоторых реакциях окисления образуются ионы, например, в литий-ионном аккумуляторе. В других химических реакциях расходуются ионы, как в обычной щелочной батарее. В любом случае ионы могут свободно проходить через электролит, а электроны — нет.

Катодное восстановление

Другая половина окислительно-восстановительной реакции, восстановление, происходит на катоде или вблизи него. Электроны, образующиеся в результате реакции окисления, расходуются при восстановлении.

В некоторых случаях, например, в литий-ионных батареях, положительно заряженные ионы лития, образующиеся в ходе реакции окисления, расходуются при восстановлении.В других случаях, например, в щелочных батареях, при восстановлении образуются отрицательно заряженные ионы.

Электронный поток

В большинстве батарей некоторые или все химические реакции могут происходить, даже если батарея не подключена к электрической цепи. Эти реакции могут повлиять на срок годности батареи.

По большей части реакции будут происходить в полную силу только тогда, когда электрическая проводящая цепь замкнута между анодом и катодом. Чем меньше сопротивление между анодом и катодом, тем больше электронов может протекать и тем быстрее происходят химические реакции.

Создание короткого замыкания в аккумуляторе (в данном случае даже случайного) может быть опасным. Известно, что литий-ионные батареи перегреваются и даже дымят или загораются при наличии короткого замыкания.

Мы можем пропустить эти движущиеся электроны через различные электрические компоненты, известные как «нагрузка», чтобы сделать что-то полезное. На моушн-графике в начале этого раздела мы зажигаем виртуальную лампочку нашими движущимися электронами.

Разряженная батарея

Химические вещества в батарее в конечном итоге достигнут состояния равновесия. В этом состоянии химические вещества больше не будут реагировать, и в результате батарея больше не будет генерировать электрический ток. В этот момент аккумулятор считается «разряженным».

Первичные элементы должны быть утилизированы, когда батарея разряжена. Вторичные элементы можно перезаряжать, и это достигается путем подачи обратного электрического тока через батарею.Перезарядка происходит, когда химические вещества выполняют еще одну серию реакций, чтобы вернуть их в исходное состояние.

Терминология

Люди часто используют общий набор терминов, когда говорят о напряжении батареи, емкости, возможностях источника тока и так далее.

Сотовый

Элемент относится к одному аноду и катоду, разделенным электролитом, используемым для получения напряжения и тока. Аккумулятор может состоять из одной или нескольких ячеек.Например, одна батарея типа АА представляет собой одну ячейку. Автомобильные аккумуляторы содержат шесть ячеек по 2,1 В каждая.

Обычная 9-вольтовая батарея содержит шесть щелочных элементов 1,5 В, установленных друг над другом

Первичный

Первичные клетки содержат химию, которую нельзя обратить. В результате батарея должна быть выброшена после того, как она мертва.

Среднее

Вторичные элементы можно перезарядить и вернуть их химический состав в исходное состояние.Эти элементы, также известные как «перезаряжаемые батареи», можно использовать много раз.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение батареи – это напряжение, указанное производителем.

Например, щелочные батареи AA указаны как имеющие напряжение 1,5 В. В этой статье от Mad Scientist Hut показано, что их протестированные щелочные батареи начинаются с напряжения около 1,55 В, а затем постепенно теряют напряжение по мере разрядки. В этом примере номинальное напряжение «1,5 В» относится к максимальному или начальному напряжению батареи.

Этот аккумуляторный блок Storm для квадрокоптеров показывает кривую разрядки их LiPo элементов, начиная с 4,2 В и падая примерно до 2,8 В по мере разрядки. Номинальное напряжение, указанное для большинства литий-ионных и LiPo элементов, составляет 3,7 В. В этом случае номинальное напряжение «3,7 В» относится к среднему напряжению батареи в течение цикла ее разрядки.

Емкость

Емкость аккумулятора — это мера количества электрического заряда, который он может отдать при определенном напряжении. Большинство аккумуляторов рассчитаны на ампер-часы (Ач) или миллиампер-часы (мАч).

Этот аккумулятор LiPo рассчитан на 1000 мАч, что означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 1 часа, прежде чем он будет считаться разряженным.

Большинство графиков разряда батареи показывают напряжение батареи как функцию емкости, например, эти тесты батареи AA от PowerStream. Чтобы выяснить, имеет ли батарея достаточную емкость для питания вашей схемы, найдите минимальное допустимое напряжение и найдите соответствующее значение в мАч или Ач.

C-рейтинг

Многие аккумуляторы, особенно мощные литий-ионные аккумуляторы, обозначают ток разряда как «C-Rate», чтобы более четко определить атрибуты аккумулятора.C-Rate — это скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора.

1С — это величина тока, необходимая для разрядки аккумулятора за 1 час. Например, батарея емкостью 400 мАч, обеспечивающая ток 1С, будет обеспечивать 400 мА. 5С для той же батареи будет 2 А.

Большинство аккумуляторов теряют емкость при повышенном потреблении тока. Например, этот информационный график продукта от Chargery показывает, что их аккумулятор LiPo имеет меньшую емкость мАч при более высоких показателях C-Rate.

ПРИМЕЧАНИЕ: Общий совет гласит, что вы должны заряжать аккумуляторы LiPo при температуре 1С или меньше.


В Массачусетском технологическом институте есть фантастическое руководство по спецификациям аккумуляторов и терминологии, которое идет гораздо дальше этого обзора.

Использование

Одноэлементный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот фотонный аккумуляторный экран питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

Серия

Чтобы увеличить напряжение между клеммами батареи, вы можете соединить элементы последовательно. Серия означает укладку элементов встык, соединяя анод одного с катодом следующего.

Соединяя аккумуляторы последовательно, вы увеличиваете общее напряжение. Добавьте напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере последовательно соединены четыре элемента по 1,5 В.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий комплект аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве устройств бытовой электроники, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель для двух батарей типа АА может повысить номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или LiPo аккумуляторы последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальную схему, известную как «балансир», чтобы обеспечить постоянное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжения одного элемента достаточно для нагрузки, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном соединении батарей! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какие-либо перепады напряжения, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и возгоранию.

В этом примере четыре элемента по 1,5 В соединены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельная

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения для батарей, включенных параллельно, одинаков, так как может произойти короткое замыкание.

В этом примере общее напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных батареях, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием букв «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше — 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные батареи, соединенные последовательно и параллельно.

Ресурсы и дальнейшее продвижение

К этому моменту вы уже должны понимать, как были изобретены батареи и как они работают. Батареи — это один из способов обеспечения электроэнергией вашего проекта, и они могут быть невероятно полезны, если вам нужен портативный источник питания.

Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах, вот еще несколько руководств:

Хотите увидеть батареи в действии? Взгляните на эти проекты, в которых используются разные батареи в разных конфигурациях:

Беспроводная связь Саймона Сплозиона

В этом учебном пособии демонстрируется одна из многих техник «взлома» Саймона. Мы расскажем, как взять ваш Simon Says Wireless.

Как сделать аккумулятор за 7 шагов

От смартфонов до электромобилей и даже Tesla Powerwall — аккумуляторы питают нашу современную жизнь.Но задумывались ли вы когда-нибудь, что внутри этих устройств, которые позволяют нам отправлять смайлики, ездить по городу и делать многое другое? Если это так, посетите Advanced Battery Facility в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), одну из немногих экспериментальных лабораторий по производству аккумуляторов, открытых для публики.

Объект позволяет ученым тестировать все виды новых материалов, включая литий, серу, натрий и магний, чтобы продлить срок службы батарей и сохранить больше энергии.Испытания помогают ученым из национальных лабораторий, университетов и промышленности найти более мощные и безопасные замены самой распространенной на сегодняшний день перезаряжаемой батарее — литий-ионной.

В Advanced Battery Facility ученые тестируют новые материалы, собирая их в экспериментальные батареи размером с мобильный телефон, которые называются «карманными ячейками», потому что они заключены в вакуумный пластиковый пакет. Как и в полноразмерных батареях, в каждой ячейке-мешочке есть три основные части: два электрода и разделяющий их электролит.

Когда батарея накапливает, а затем высвобождает электричество, крошечные заряженные частицы перемещаются между каждым электродом и вперед, проходя по пути через электролит. Этот процесс обеспечивает электричество, необходимое нам для просмотра видео с кошками на наших телефонах, поездок по городу на электромобилях и даже для хранения возобновляемой энергии, когда не светит солнце или не дует ветер.

Так как же собрать все эти детали? Вот семь наиболее важных этапов процесса, который занимает около двух недель:

  1. Электродная суспензия: Порошки, содержащие активные материалы в электродах, такие как литий, смешиваются в большой миске со связующими материалами, которые действуют как клей для создания того, что ученые называют суспензией или липким тестом.
  2. Покрытие электрода: Затем суспензия распределяется на очень длинный (до нескольких сотен футов) кусок фольги, который медленно прокатывается при высокой температуре (до 300 градусов по Фаренгейту), чтобы запечь электрод в твердое тело.
  3. Штамповка электрода: Рулон обожженного электрода разрезается на более мелкие части, которые помещаются под сверхострую прямоугольную форму. Внезапным движением матрица быстро давит на лист электрода и вырезает отдельный элемент батареи электродов.
  4. Укладка электродов в штабель: Автоматическая машина использует всасывание для захвата и высвобождения листов вырезанного электродного материала и заворачивания изолирующего слоя между каждым листом. В результате получается стопка электродов размером с кредитную карту, которая выплевывается из машины поворотом металлического рычага.
  5. Изготовление пакетов: Специальный влагостойкий барьерный материал прессуется для создания прямоугольных форм. В полученную форму вставляется стопка электродов, чтобы создать ячейку-мешочек.
  6. Впрыск электролита: Жидкий электролит впрыскивается в открытый аккумуляторный отсек.
  7. Герметизация аккумулятора: Пропитанный электролитом пакет аккумулятора запаивается и помещается в вакуумную камеру, которая удаляет лишний воздух из пакета.

Ячейки мешочка затем подвергаются испытаниям, непрерывно заряжаются и разряжаются в камерах с контролируемой средой, которые имитируют экстремальные температуры от 20 до -140 градусов по Фаренгейту.

Если тестовый пакетный элемент работает хорошо, его уникальная комбинация различных материалов может позволить всем нам продлевать и улучшать нашу жизнь.Когда обнаруживается многообещающая смесь аккумуляторов, National Labs работает с частными компаниями, чтобы лицензировать технологию, которую компании превращают в продукт, который можно вывести на рынок, чтобы все мы могли его купить и извлечь из этого выгоду.

Примечание редактора. Этот пост представляет собой сокращенную версию статьи, написанной Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией, одной из 17 национальных лабораторий Министерства энергетики. Узнайте больше о работе PNNL по хранению энергии на батареях для электромобилей и энергосистемы.

Как хранение энергии может произвести революцию в промышленности в ближайшие 10 лет

Что может изменить десятилетие. В 2010 году наши телефоны и компьютеры питались от батареек. К концу десятилетия они начнут питать наши автомобили и дома.

За последние десять лет всплеск производства литий-ионных аккумуляторов привел к снижению цен до такой степени, что — впервые в истории — электромобили стали коммерчески жизнеспособными с точки зрения как стоимости, так и производительности.Следующий шаг и то, что определит следующее десятилетие, — это хранилище коммунального масштаба.

По мере того, как неотложность климатического кризиса становится все более очевидной, аккумуляторы являются ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии. Солнечная энергия и ветер играют большую роль в выработке электроэнергии, но без эффективных методов хранения энергии природный газ и уголь необходимы в то время, когда солнце не светит или ветер не завывает. И поэтому крупномасштабное хранение играет важную роль, если общество хочет уйти от мира, зависящего от ископаемого топлива.

По оценкам UBS, в течение следующего десятилетия затраты на хранение энергии снизятся на 66-80%, а мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов. Попутно будут расти и развиваться целые экосистемы, чтобы поддерживать новую эру электричества с батарейным питанием, и последствия этого будут ощущаться во всем обществе.

Изменение электросети

Если электромобили будут расти быстрее, чем ожидалось, то, например, пиковый спрос на нефть может быть достигнут раньше, чем ожидалось, в то время как большее количество экологически чистой энергии изменит структуру электросети.

В недавней записке для клиентов аналитики Cowen заявили, что в энергосистеме «в следующие десять лет произойдет больше изменений, чем за предыдущие 100 лет».

Растущий рынок хранения энергии предлагает множество инвестиционных возможностей, особенно с учетом того, что государственные субсидии и нормативные акты способствуют переходу на экологически чистую энергию. Но, как и на других высококонкурентных рынках, таких как производство полупроводников в 1990-х годах, производство аккумуляторов не всегда приносило инвесторам максимальную прибыль. Ряд аккумуляторных компаний обанкротились, что подчеркивает тот факт, что продукт, изменяющий общество, может не вознаграждать акционеров.

«В конце концов, это дойдет до некоторых лидеров отрасли, которые заработают немного денег», — сказал Джо Оша из JMP Securities. «Я думаю, что все эти компании проделают хорошую работу по снижению цен для производителей [электромобилей] в течение следующих 5-10 лет. обработать.»

Тем не менее, несмотря на то, что инвестировать в компании, занимающиеся исключительно производством аккумуляторов, может быть сложно, есть возможности нацелиться на компании, которые выиграют от перехода к миру с низким уровнем выбросов углерода.Например, Sunrun — крупнейшая компания по производству солнечной энергии для жилых помещений в Соединенных Штатах, а NextEra Energy — одна из крупнейших в стране компаний по производству возобновляемых источников энергии, которая в настоящее время строит хранилище коммунального масштаба.

Поскольку ученые изменяют химический состав батарей, а компании делают ставки на то, что может стать следующей революционной технологией, Дэн Голдман, основатель венчурной компании Clean Energy Ventures, ориентированной на чистые технологии, сказал, что такие области, как инновационные системы управления батареями, являются хорошим ставка для инвесторов, поскольку они могут работать с любой аккумуляторной технологией.

«Использование огромных экономических возможностей, лежащих в основе перехода к элементам управления и энергетическим системам на основе батарей», требует, чтобы не только планировщики, политики и регуляторы, но и инвесторы «использовали экосистемный подход к развитию этих рынков», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в . Прорывные аккумуляторы: обеспечение эры чистой электрификации .

Батарейки: новая звезда науки

Технология батарей в ее простейшем виде насчитывает более двух столетий.Само слово является общим термином, поскольку батареи бывают всех форм и размеров: свинцово-кислотные, никель-железные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и т. д.

Литий-ионные батареи — что само по себе может быть общим термином — были впервые разработаны в 1970-х годах и впервые коммерциализированы Sony в 1991 году для портативного видеомагнитофона компании. Теперь их можно найти во всем: от айфонов до медицинских устройств, от самолетов до международной космической станции.

Возможно, лучшим свидетельством той роли, которую эти батареи сыграли в современном обществе, является то, что в этом году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею.

«За последние десятилетия эта разработка [литий-ионных аккумуляторов] развивалась быстрыми темпами, и мы можем ожидать еще много важных открытий в технологии аккумуляторов», — заявила в октябре Шведская королевская академия наук. «Эти будущие прорывы, несомненно, приведут к дальнейшим улучшениям в нашей жизни не только для нашего удобства, но и в отношении глобальной и местной окружающей среды и, в конечном итоге, устойчивости всей нашей планеты».

Электромобили: вперед

Tesla была первой автомобильной компанией, выпустившей на рынок электромобиль с батарейным питанием, когда она представила Roadster в 2008 году.Автопроизводители ранее возились с гибридными моделями, но, как правило, полностью электрические автомобили их не интересовали, учитывая высокую стоимость производства.

Но за последнее десятилетие вкусы потребителей изменились, и по мере усиления надзора со стороны регулирующих органов — особенно в Европе — автопроизводителям приходилось идти в ногу со временем.

Практически все автопроизводители сейчас предлагают или планируют предлагать полностью электрические или, по крайней мере, гибридные модели автомобилей. В ноябре Ford представил свой полностью электрический Mustang Mach-E, который является частью плана компании стоимостью 11 миллиардов долларов по разработке 40 полностью электрических и гибридных моделей к 2022 году, а в марте Volkswagen увеличил свою цель по выпуску электромобилей до 70 новых моделей к 2028 году. по сравнению с предыдущей целью 50.

Цены на аккумуляторные батареи для электромобилей обычно рассчитываются по стоимости киловатт-часа. За последние десять лет цены упали, поскольку производство достигло эффекта масштаба. По данным BloombergNEF, сейчас они стоят около 156 долларов за киловатт-час, что на 85% меньше, чем в 2010 году, когда они стоили 1100 долларов плюс/кВтч. А продолжающееся производство и повышение эффективности должны привести к тому, что к 2024 году цены упадут ниже цены в 100 долларов за кВтч, считает BloombergNEF, что важно, поскольку это консенсус отрасли относительно того, когда электромобили достигнут ценового паритета с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания.

«Хотя концепция электромобилей не нова, в этом автомобильном цикле отличается наличием надежных и недорогих аккумуляторов, которые обладают отличными энергетическими и энергетическими характеристиками в практичном форм-факторе», — сказал аналитик Cowen Джеффри Осборн. последнее примечание для клиентов.

Рабочие на линии по производству литий-ионных аккумуляторов для электромобилей (EV) на заводе в Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай.

Reuters

Мировые продажи подключаемых электромобилей, включая электромобили с батарейным питанием и подключаемые гибридные электромобили, достигли 1.98 миллионов в 2018 году, по данным Международного энергетического агентства, в результате чего общее количество электромобилей на дорогах превысило 5,1 миллиона. Это все еще очень небольшая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей, находящихся на дорогах сегодня, но ожидается, что их число будет продолжать расти. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году 57% продаж новых легковых автомобилей будут электромобилями, что увеличит общий парк электромобилей до 30%.

В настоящее время Tesla является крупнейшим в мире производителем электромобилей, и, хотя она еще не получила годовой прибыли, она сообщала о прибыли ежеквартально, в том числе в последнем квартале.Компания оказалась несколько поляризованной с точки зрения инвестирования, учитывая частые невыполнения поставленных задач и иногда неустойчивое поведение генерального директора Илона Маска.

Но компании удалось снизить цену на свой аккумулятор. Отчасти это связано с гигафабрикой Tesla в Спарксе, штат Невада, которая работает почти с максимальной эффективностью, а также с тем, что варианты хранения компании для жилых и коммунальных помещений помогают распределить фиксированные затраты на производство аккумуляторов. Компания также воспользовалась государственными субсидиями и оптимизировала операции на своей гигафабрике.

Литий-ионные аккумуляторные элементы

Томохиро Осуми | Блумберг | Getty Images

Аккумуляторная батарея является ключевым отличием электромобилей, поскольку запас хода автомобиля определяется количеством накопленной энергии, а также определяет, сколько времени требуется транспортному средству для зарядки.

В недавней заметке Credit Suisse говорится, что важно отдать должное компании Tesla за разработку аккумуляторов. Фирма имеет низкий рейтинг акций, но заявила, что автопроизводитель имеет «преимущество перед другими автопроизводителями в области электрификации», среди прочего, благодаря плотности энергии его батареи.

Компактная модель Tesla Model 3 стоит от 39 990 долларов, не считая экономии от государственных субсидий и газа, а это означает, что она все еще значительно дороже, чем компактные автомобили, работающие на газе. Еще одна проблема, которую автопроизводителям придется решать в будущем, — это больший запас хода на одной зарядке и более быстрое время зарядки, что препятствует широкому внедрению.

Но с учетом снижения стоимости аккумуляторов электромобили S&P Global Platts заявили, что они могут стать конкурентоспособными в странах с высокими ценами на нефть уже в ближайшие два-три года.

«Tesla вывела на рынок бренд, и это действительно помогло всей отрасли, — сказал Остин Девани, директор IHS Markit по глобальным неорганическим веществам. «Вы доберетесь до того, что карманная сторона начнет привлекать больше людей к электромобилям, поэтому вы увидите увеличение уровня проникновения в ближайшие годы».

Инвестиционные возможности в цепочке поставок аккумуляторов

Основная причина того, что электромобили с питанием от аккумуляторов все еще относительно дороги, — это стоимость сырья, необходимого для их производства.Помимо лития, для литий-ионных аккумуляторов необходимы другие минералы, такие как кобальт и графит, а также такие металлы, как никель, алюминий и марганец.

Электромобили теперь опережают бытовую электронику по спросу на литий. По данным S&P Global Platts, несмотря на растущий спрос на минерал, цены резко упали за последнее десятилетие после того, как наращивание производства превысило более медленные, чем ожидалось, продажи электромобилей. Фирма заявила, что ожидает, что спрос со стороны транспортного и энергетического секторов почти утроится в течение следующих пяти лет, и что по мере нарастания импульса спрос может превысить предложение.»

Химическая компания Albemarle может стать одним из бенефициаров растущего спроса, поскольку у нее есть предприятия по производству лития по всему миру, в том числе в Силвер-Пик, штат Невада, и Салар-де-Атакама, Чили. В прошлом году количество аналитиков с Уолл-стрит, которые имеют рейтинг покупки акций, упало с 80% до 52%. самых интригующих историй 3-5 лет.Его цель в 83 доллара на 15% выше, чем сейчас торгуются акции. Соляные бассейны и завод по переработке литиевого рудника Soquimich (SQM) на солончаке Атакама в северной части Чили, 10 января 2013 г.

Ivan Alvarado | Reuters

На рынке доминируют азиатские компании, такие как Panasonic, CATL, LG Chem и китайская BYD, почти 25% которой принадлежит Berkshire Hathaway Уоррена Баффета.

Panasonic сотрудничает с Tesla, а LG Chem производит батареи, в частности, для General Motors и Ford.

В декабре GM и LG Chem объявили, что к 2023 году они инвестируют до 2,3 миллиарда долларов в создание совместного предприятия в Огайо по производству аккумуляторных элементов для электромобилей. «Новый объект поможет нам масштабировать производство и значительно повысить рентабельность и доступность электромобилей», — заявила генеральный директор и председатель GM Мэри Барра на мероприятии для СМИ, посвященном новому заводу.

Девани сказал, что мы достигли своего рода «переломного момента», когда материальные игроки могут увидеть паритет в ценах на батареи и пакеты. «Пять лет назад… электромобили были чем-то вроде новинки… потребитель не всегда обращал внимание на преимущества, сегодня они есть».

Питание вашего телефона для питания вашего дома

Спрос на более крупные и качественные аккумуляторы для питания электромобилей имеет волновой эффект, в том числе в домашних хранилищах энергии. Это особенно верно, поскольку падение цен на солнечную энергию в сочетании с государственными субсидиями побудило потребителей переключиться на возобновляемые источники энергии.

В ноябрьской записке для клиентов Оша из JMP сказал, что SunRun, которая предлагает варианты солнечной энергии и хранения, выглядит готовой к «отличному 2020 году», отчасти из-за потенциала роста бизнеса компании по хранению.

«Внедрение накопителей заметно как в RUN, так и во всей отрасли — бытовые батареи превратились из редкости во все более распространенную часть новой бытовой солнечной установки», — сказал он.

Tesla — еще одна компания, предлагающая солнечную энергию и аккумуляторы с аккумулятором Powerwall, который, по словам аналитика Baird Бен Калло, в настоящее время является «недооцененной» частью компании, но он ожидает, что он станет «большим направлением деятельности по мере увеличения маржи и развертывания растут.

Tesla Powerwall 2

Источник: Tesla

Хотя обе эти компании также предлагают солнечные установки, другие компании, такие как Enphase Energy, предлагают батареи, которые интегрируются с существующими солнечными системами. год, после роста на 465%.

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, обеспечивают все больше и больше энергии для сети. Но до тех пор, пока не будет разработано эффективное хранилище энергии, эти прерывистые источники будут продолжать полагаться на ископаемое топливо.

Проект по хранению солнечной энергии и энергии Лаваи на острове Кауаи, Гавайи.

Проще говоря, электрическая сеть обычно работает в настоящее время так, что используемая энергия вырабатывается всего несколько мгновений назад. Запасов не так много, поэтому спрос и предложение всегда должны быть в равновесии.

Но по мере того, как цены на аккумуляторы падают, все больше и больше коммунальных предприятий интегрируют литий-ионные аккумуляторы в свои системы. В настоящее время они в основном используются для замены так называемых пиковых электростанций — электростанций, обычно работающих на природном газе, которые используются только в периоды пикового спроса. Они также начинают заменять дизельные генераторы в местах с постоянной потребностью в электроэнергии, например, в больницах.

Правительственные стимулы и снижение затрат на солнечную и ветровую энергию также повышают жизнеспособность аккумулирования энергии.

«10 лет назад аккумуляторы были желательными в плане решения проблемы более широкого проникновения возобновляемых источников энергии в электрическую сеть, и сегодня я думаю, что вы можете увидеть линию прямой видимости в течение следующих 10 лет, чтобы это стремление стало реальностью», Об этом CNBC заявил управляющий директор Ultra Capital Кристиан Ханельт. Он добавил, что у коммунальных компаний есть естественное преимущество, поскольку они разбираются в передающей сети и знают, где они могут извлечь выгоду.

Компания NextEra Energy является одним из крупнейших в стране поставщиков возобновляемой энергии, включая предложения по хранению энергии.В недавней записке для клиентов Credit Suisse назвал это одной из своих лучших инвестиционных идей, основанной на «сильном влиянии NextEra на быстрорастущую отрасль возобновляемых источников энергии» и «ведущем в мире крупномасштабном бизнесе по развитию возобновляемых источников энергии». Другие имена, предлагающие накопители энергии, включают EnerSys из Пенсильвании, а также Pinnacle West Capital Corporation, которая в феврале объявила о планах добавить 850 мегаватт аккумуляторов в Аризоне в течение следующих 5 лет.

В настоящее время крупнейшая установка литий-ионных аккумуляторов находится в Южной Австралии и питается от Tesla.Он имеет мощность 100 мегаватт, что, согласно сайту, позволяет ему снабжать электроэнергией 30 000 домов при диспетчеризации на пиковой мощности. В ноябре французская компания Neoen, управляющая площадкой, объявила о 50-процентном расширении, в результате чего мощность увеличится до 150 МВт.

Чиновники и рабочие собираются возле комплекса, в котором расположен Hornsdale Power Reserve с самой большой в мире ионно-литиевой батареей производства Tesla, во время официального запуска возле южно-австралийского города Джеймстаун.

Дэвид Грей | Reuters

Производители и операторы оборудования для возобновляемых источников энергии, а также химические компании и компании, производящие материалы, также могут выиграть, если хранение сделает ветровую и солнечную энергию более доступной.Осборн отметил, что потребуется новое программное обеспечение, чтобы помочь коммунальным компаниям понять потребности в электроэнергии, поскольку возобновляемые источники энергии и электромобили получают энергию из сети.

«Мы рассматриваем внедрение интеллектуальных технологий в электросети как одну из следующих больших волн расходов на ИТ и новую инвестиционную тему, которая, вероятно, будет актуальна в течение следующих 10–20 лет. Масштабируйте интеграцию программного обеспечения, используя датчики связи по сети», — сказал он.

Следующее десятилетие

Затраты, которые остаются высокими, являются одной из причин, препятствующих всплеску интеграции литий-ионных аккумуляторов в сети. Еще один фактор заключается в том, что этот конкретный тип батареи не обязательно лучше всего подходит для хранения энергии в течение более длительных периодов времени. Также известно, что они загораются, и есть проблемы с некоторыми необходимыми компонентами, такими как кобальт, почти половина которого поступает из Конго. Вторичная переработка и воздействие добычи металлов на окружающую среду — еще одна проблема, за которой стоит следить.

Миллиарды долларов тратятся на поиск альтернатив. Твердотельные батареи, в которых, например, вместо жидких электролитов используется натрий, являются одним из возможных вариантов, как и проточные батареи, в которых для хранения энергии используются резервуары с электролитами. Но ни один из этих вариантов пока не является жизнеспособным.

Хотя точный тип батареи, которая победит, неизвестен, несомненно то, что батареи будут играть еще большую роль в питании нашей жизни в будущем.

«Крупные инвестиции в производство аккумуляторов и неуклонный прогресс в технологиях привели к коренным изменениям в том, как мы будем питать нашу жизнь и организовывать энергетические системы уже к 2030 году», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в Breakthrough Batteries: Powering the Energy. Эпоха чистой электрификации .

— CNBC’s Майкл Блум , Нейт Раттнер и Майкл Вэйланд предоставил репортаж.

Откуда берутся батарейки? И куда они идут?

Аэрофотоснимок добычи полезных ископаемых под открытым небом.

Каждый день вы используете аккумулятор определенного типа. Ваш телефон работает от перезаряжаемой литий-ионной батареи, как и большинство других ваших электронных устройств. Материнская плата вашего компьютера содержит неперезаряжаемый литиевый элемент типа «таблетка», известный как батарея CMOS.Двигатель внутреннего сгорания вашего автомобиля запускается от перезаряжаемой аккумуляторной батареи, обычно свинцово-кислотной. Список можно продолжить.

Батареи имеют ограниченный срок службы. Аккумуляторы AirPods будут работать от 18 месяцев до трех лет. В 2020 году во всем мире было продано 233 миллиона настоящих беспроводных наушников, и ожидается, что в 2021 году будет продано на 33% больше. Мы можем ожидать, что более 450 миллионов из этих аккумуляторов выработают свой ресурс к концу 2023 года, а затем еще больше. И это только наушники.

Всемирный экономический форум Литий-ионные батареи, размещенные на мировом рынке (уровень ячеек, метрические тонны).

Литий-ионные аккумуляторы уже используются в бытовой электронике, например в наушниках, а также в электромобилях. Bloomberg New Energy Finance (BNEF) прогнозирует, что к 2030 году доля электромобилей в продажах составит 34% по сравнению с 4% в 2020 году. Этот быстрый рост спроса приводит к адаптации добычи и производства на начальном этапе.

Вам может быть интересно, является ли такой рост устойчивым и как мы справимся со всеми отходами. Это то, что мы здесь, чтобы выяснить.

Откуда берутся батарейки?

Итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первую настоящую батарею в 1800 году.В 1859 году Гастон Планте изобрел первую аккумуляторную батарею. Литий-ионные аккумуляторы не появлялись на рынке до 1980 года. И потребовалось еще 11 лет, прежде чем они были впервые коммерциализированы Sony.

Эта безопасная, компактная и энергоемкая батарея положила начало мобильной революции, питая видеокамеры, ноутбуки, смартфоны и большинство другой портативной бытовой электроники, которую мы знаем сегодня. В 2019 году ученые, изобретшие литий-ионный аккумулятор, получили Нобелевскую премию по химии.

Давайте углубимся в материальный состав литий-ионных аккумуляторов, который превратил их в эти мощные двигатели перемен.

Из чего сделаны батареи?

Батарея представляет собой набор из одной или нескольких ячеек. Каждая заполненная электролитом ячейка содержит два электрода, каждый с токосъемником, которые расположены на противоположных концах батареи, с сепаратором между ними. Замыкание цепи между электродами запускает серию электрохимических реакций, которые создают электрический ток и разряжают батарею. Хотя основные компоненты и процессы одинаковы во всех типах аккумуляторов, материалы сильно различаются.

ScienceDirect Схематическая диаграмма типичной литий-ионной батареи (а) и весовые проценты ее основных компонентов (б).

Давайте посмотрим на компоненты, которые обычно находятся в перезаряжаемой литий-ионной батарее:

  • Анод: литий, хранящийся в углеродных структурах, в последнее время в графите
  • Катод: оксид лития-никеля, оксид лития-кобальта и/или оксид лития-марганца
  • Токосъемники: медь, алюминий
  • Электролит (жидкий): соли лития и органические растворители, обычно алкилкарбонаты
  • Сепаратор: синтетические полимеры, особенно мембраны на основе полиолефинов

Откуда берутся материалы для изготовления батарей?

Хотя большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, материалы, из которых они производятся, разбросаны по всему миру.Вот наиболее распространенные источники этих материалов:

Материал Природные резервы Топ-продюсеры (2020) Извлечение
Материал

Литий

Природные резервы

Глобал: 80747 Тонн
Боливия (26%)
Аргентина (26%)
%)
Чили (12%)
Австралия (8%)
Китай (6%)

Ведущие производители (2020)

Австралия (49%)
Чили (22%)
Китай (17%)
Аргентина ( 8%)

Извлечение

Извлекается из природного рассола в подземных озерах (Южная Америка) или месторождений полезных ископаемых в твердых породах (Австралия).


Материал

графит


Натуральный резервут Глобал: 800 млн. Тонн
Турция (28%)
Китай (22%)
Бразилия (22%)
Мозамбик (8%)
Топ-продюсеры (2020)

Китай (62%)
Мозамбик (11%)
Бразилия (9%)
Турция (<1%)

Добыча

Добыча из метаморфических пород.

Материал

Никель

Природные запасыГлобальные: 94 млн тонн Ведущие производители (2020 г.) Индонезия (30%)
Филиппины (13%)
Россия (11%)
Добыча

Добыча из латеритов и сульфидных месторождений.Никель также встречается в марганцевых корках и конкрециях на дне океана.

Материал

Кобальт

Природные запасы

Мировые (наземные): 25 миллионов тонн
Мировые (океаническое дно): 120 миллионов тонн
Куба (7%)
Россия (4%)

Ведущие производители (2020)

Конго (68%)
Россия (4,5%)
Австралия (4%)

Добыча

Обычно побочный продукт никеля или добычи меди.

Марганец

Марганец

Природные резервуары: 1,3 млрд. Тонн
Южная Африка (40%)
Бразилия (20%)
Австралия (18%)
Габон (5%)
Топ-продюсеры 2020)

Южная Африка (28%)
Австралия (18%)
Габон (15%)
Бразилия (6%)

Добыча

Добывается из руды и в основном используется в производстве стали.

Материал

Медь

Природные заповедники

Всего (установлено): 2.1 миллиард тонн
В мире (неизвестно): ок. 3,5 млрд тонн
Чили (23%)
Перу (11%)
Австралия (10%)
Китай (3%)

Ведущие производители (2020)

Чили (29%)
Перу (11%)
Китай (9%)

Добыча

Добывается по всему миру, в том числе на рудниках США в Аризоне, Юте, Нью-Мексико, Неваде, Монтане, Мичигане и Миссури.

Материал

Алюминий (бокситы)

Природные запасы

В мире: от 55 до 75 миллиардов тонн бокситов
Африка (32%)
Океания (23%) и Южная Америка Азия (18%)

Ведущие производители (2020)

Австралия (30%)
Гвинея (22%)
Китай (16%)

бокситы, руда, добываемая из верхнего слоя почвы.

Все добытые полезные ископаемые проходят переработку, часто в странах, отличных от их происхождения.

Горнодобывающая промышленность не является непосредственным источником органических растворителей и синтетических полимеров, содержащихся в литий-ионных батареях, хотя их основные компоненты извлекаются из земли. Вот упрощенная сводка их производства:

  • Алкилкарбонаты, такие как диэтилкарбонат, синтезируются из фосгена, газа, и спиртов, таких как этанол или метанол.
  • Мембраны на основе полиолефинов синтезируются из полимеров, полученных из нефти или природного газа.

Какие проблемы с добычей материалов?

Вся добыча полезных ископаемых имеет социальные и экологические последствия. Добыча кобальта в Демократической Республике Конго, например, часто связана с нечеловеческими условиями, а также рабским и детским трудом. Следовательно, такие производители, как Tesla, стремятся использовать литий-ионные батареи без кобальта. Хотя источники добычи других полезных ископаемых могут иметь меньше социальных последствий, они по-прежнему требуют разрушения окружающей среды, истощают водные ресурсы и способствуют загрязнению воздуха, воды и почвы.

Горнодобывающая промышленность разрушает окружающую среду, истощает водные ресурсы и способствует загрязнению воздуха, воды и почвы.

Извлечение материала — это только первый шаг. Для обработки таких минералов, как литий, обычно требуются токсичные химикаты. Нефтеперерабатывающие заводы обычно утилизируют отходы в хвостохранилищах или прудах-испарителях. Отсюда ядовитые жидкости могут просачиваться в окружающую среду, загрязняя почву и воду. Даже обработанная вода может содержать следы минералов, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на людей и животных.

ScienceDirect Относительные показатели воздействия литий-ионных аккумуляторов на основе оксида лития-марганца (LMO) или фосфата лития-железа (LFP).

Несмотря на то, что многие материалы, используемые в литий-ионных батареях, имеются в изобилии, их не всегда легко извлечь. По мере истощения запасов природных ресурсов горнодобывающим предприятиям придется использовать менее благоприятные источники, что только усилит негативное воздействие добычи и переработки и может привести к увеличению судоходных путей. В конце концов, цены на ресурсы заставят производителей переключаться на другие химические составы аккумуляторов, например, с оксида лития-марганца на фосфат лития-железа.

К сожалению, проблема не только в производстве.

Куда девать батарейки?

Слишком много аккумуляторов по-прежнему попадает на свалку, хотя это зависит от их типа. В то время как 90% свинцово-кислотных аккумуляторов перерабатываются, по оценкам экспертов, только около 5% литий-ионных аккумуляторов в настоящее время перерабатываются. Многие другие прячутся в ящиках или оказываются в мусорном ведре. Это проблема.

Почему нельзя выбрасывать батарейки в мусор

Литий-ионные аккумуляторы

могут вызвать возгорание при воздействии тепла, механических воздействий или других отходов.После воздействия элементы, содержащиеся в батареях, могут попасть в окружающую среду и загрязнить почву и грунтовые воды. Хотя это не должно представлять проблемы на хорошо управляемом домашнем объекте, экспортируемый мусор может оказаться на более щадящей свалке. Рича и др. обратите внимание, что «больший риск представляет собой потерю ценных материалов».

Waste360 Сообщения о пожарах на предприятиях по переработке отходов и переработке отходов в США и Канаде в период с февраля 2016 г. по апрель 2020 г.

Достаточно концентрированные природные ресурсы лития, кобальта, никеля и других элементов исчерпаны.Как обсуждалось выше, их добыча имеет необратимые последствия. К тому времени, когда эти материалы попадают в наши гаджеты, мы платим высокую социальную и экологическую цену за ущерб, нанесенный их цепочкам поставок.

Вскоре спрос на некоторые материалы превысит объем добычи. Одно недавнее исследование прогнозирует, что спрос на литий и кобальт может превысить производство уже в 2025 году. Если затем принять во внимание, что в среднем электроды отработанных литий-ионных аккумуляторов содержат больше лития, чем природные руды, вы быстро придете к выводу, что даже разряженные батареи имеют ценность.

Поскольку спрос превышает возможности добычи, переработка превращается из этического обязательства в экономически выгодную альтернативу и, возможно, в необходимость.

Где потребители могут безопасно утилизировать батареи?

Аккумуляторы

являются основным компонентом бытовой электроники, такой как смартфоны, ноутбуки или наушники. Когда батарея умирает, это часто означает конец жизни устройства. Это особенно верно для настоящих беспроводных наушников, таких как AirPods. Во многих случаях вам придется утилизировать весь гаджет, а не только аккумулятор.

iFixit Литий-ионные батареи, содержащиеся в AirPods, практически невозможно извлечь.

Многие производители предлагают программы утилизации электронных отходов. Если у вас есть старый iPhone, Apple может обменять его на кредит в магазине. Магазины электроники, такие как Best Buy , будут бесплатно принимать товары и перерабатывать их. Если вам нужно утилизировать использованные бытовые батареи, Агентство по охране окружающей среды рекомендует искать на Earth911 местного поставщика услуг по переработке. Наконец, Call2Recycle предлагает пункты приема аккумуляторов и мобильных телефонов по всей территории США.С.

Что происходит с батареями, возвращенными на переработку?

Двумя наиболее распространенными методами переработки литий-ионных аккумуляторов являются пирометаллургия, процесс, основанный на нагревании, и гидрометаллургия, выщелачивание металлов химическими веществами. Каждый метод переработки имеет свой собственный набор проблем.

Пирометаллургия представляет собой энергоемкий комплекс операций, при котором образуются токсичные газы и могут быть извлечены только некоторые элементы; литий и алюминий, например, теряются в шлаке, побочном продукте твердых отходов.Гидрометаллургия работает при гораздо более низких температурах и имеет более высокую скорость восстановления, но это гораздо более сложный процесс, в котором используются ядовитые химикаты, которые создают собственную проблему удаления отходов. Чтобы максимизировать извлечение ресурсов, эти два метода часто используются в тандеме, но все же извлекают не более 50% исходных материалов для аккумуляторов, поскольку они, как правило, сосредоточены на наиболее ценных металлах и пренебрегают другими.

ScienceDirect Общая схема методов и процессов переработки отработанных литий-ионных аккумуляторов.

Усовершенствованные процессы рециркуляции на основе гидрометаллургии обещают значительно приблизить коэффициент извлечения к 100%. Li-Cycle — одна из первых компаний, которая сосредоточилась исключительно на переработке литий-ионных аккумуляторов. Его процесс включает в себя децентрализованную разборку батарей на их основные строительные блоки с последующим измельчением в инертные продукты. Оттуда такие материалы, как пластик, медь и алюминий, попадают в местные потоки вторичной переработки. Оставшийся промежуточный продукт, влажный мелкий порошок, называемый черной массой, отправляется в центральный узел, где он очищается для извлечения ценных материалов, таких как графит, кобальт, никель, литий и медь.По оценкам Li-Cycle, она может восстановить до 95 % материалов без отвода на свалку, без сточных вод и без прямых выбросов.

Аккумуляторы должны войти в круговую экономику

Производство перезаряжаемых батарей из добытых полезных ископаемых имеет социальные и экологические последствия, а природные ресурсы ограничены. Поскольку спрос на эту технологию продолжает расти, как производители, так и потребители должны активизировать свою деятельность по переработке отходов. Производителям необходимо придумать конструкции, облегчающие извлечение батарей, их разборку и извлечение отдельных материалов.Между тем, потребители должны ответственно утилизировать отработавшие батареи или старую электронику, чтобы убедиться, что они попадают в подходящие потоки вторичной переработки.

Забирая аккумуляторы со свалки, мы можем восстановить ценные материалы и повторно использовать их для дальнейшего производства. По мере того, как мы увеличиваем объемы переработки, мы снизим нашу зависимость от природных ресурсов. Это ворота в экономику замкнутого цикла.

Как работают батареи? | Полное руководство по хранению энергии

Аккумуляторы – неотъемлемая часть современного мира.Они позволяют нам носить с собой энергию и питать наши устройства без необходимости привязываться к розетке или шнуру. Однако существует такой растущий спрос на накопители энергии и аккумуляторы, которые служат дольше и питают более энергоемкие устройства, что могут возникнуть проблемы с их будущим.

Присоединяйтесь к нам, чтобы узнать, как работают батареи, из чего они сделаны, а также о потенциальных проблемах безопасности и производительности.

Как работают батареи?  

Батареи — это устройства, используемые для хранения химической энергии, которая может быть преобразована в полезную и портативную электрическую энергию.Они допускают свободный поток электронов в виде электрического тока, который можно использовать для питания устройств, подключенных к аккумуляторному источнику питания. Батареи уравновешивают этот поток электронов, используя раствор электролита, который находится в контакте с электродами на положительном и отрицательном концах — маленькие знаки «плюс» и «отрицательный», которые вы видите на всех батареях.

Хотя это общий метод работы батарей, существует несколько различных способов их работы. К ним относятся электрохимические, которые производят электричество с использованием электролита и двух разных металлов, взвешенных внутри, что позволяет электронам течь от отрицательного конца к положительному концу, создавая ток.

Из чего сделаны батареи?  

Типичная батарея состоит из стального корпуса и смеси цинка с марганцем и калием или графита. Кроме того, остальные компоненты выполнены из пластика и бумаги снаружи. Это относится к обычным бытовым батареям, таким как щелочные версии AA, AAA, C, D и 9-вольтовые версии, а также к батареям в корпусе, например, в вашем телефоне или автомобиле.

Как изготавливаются батареи?  

Стальной контейнер образует корпус батареи, в котором находятся электроды, анод (отрицательная клемма) и катод (положительная клемма).Положительная сторона батареи сделана из колец диоксида марганца и графита. Отрицательная сторона изготовлена ​​из цинковой пасты, находящейся внутри сепаратора, который не позволяет электродам соприкасаться друг с другом. Это единственное, что предотвращает короткое замыкание внутри аккумулятора.

Когда были изобретены батареи?  

Первый экземпляр «настоящей» батареи создал итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году. Вольта использовал медь и цинк, укладывая их в столбики, разделенные кусками ткани, пропитанными рассолом (соленой водой).Затем к обоим концам столбов были подключены провода, которые давали стабильный и непрерывный ток.

Что касается современных батарей, то первая свинцово-кислотная батарея была создана в 1859 году. Эти батареи до сих пор используются почти во всех автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Они также были началом тенденции к перезаряжаемым батареям.

Сегодня аккумуляторы невероятно разнообразны. Они варьируются по размеру от достаточно больших, чтобы хранить энергию солнечных ферм, до достаточно маленьких, чтобы поместиться в электронных часах, и многие батареи теперь перезаряжаемые.

Какие существуют типы батарей?  

источник

Существует две основные категории батарей: перезаряжаемые, такие как в телефонах и ноутбуках, и неперезаряжаемые, такие как типичные батареи в пультах дистанционного управления телевизора. Однако в каждой из этих категорий есть несколько типов батарей, изготовленных из разных материалов и обладающих разными свойствами.

Неперезаряжаемые батареи  

Существует три основных типа неперезаряжаемых батарей: угольно-цинковые, щелочные и литиевые.Щелочные батареи являются наиболее популярным типом, в то время как литиевые батареи также распространены, хотя обычно предпочтительны близкородственные литий-ионные батареи из-за их перезаряжаемой природы. Цинк-угольные батареи проще всего сконструировать, но они наименее применимы к современным устройствам.

Цинк-угольные батареи  

Это были первые коммерческие «сухие» аккумуляторы, в которых все было заключено в корпус и не нужно было беспокоиться о влажных частях. Они используются в фонариках и других устройствах уже почти 150 лет.

Щелочные батареи  

Это типичная батарейка, которую вы найдете дома, например, в пульте от телевизора или в настенных часах. Они бывают стандартных AA, AAA, C, D и 9-вольтовых.

Аккумуляторы

Аккумуляторы раньше были похожи на неперезаряжаемые аккумуляторы, и их обычно снимали, чтобы поместить в зарядное устройство. Сегодня почти все перезаряжаемые батареи остаются подключенными к электронным устройствам, пока они заряжаются через кабель, как и любой телефон, ноутбук или беспроводные наушники.

Ионно-литиевые аккумуляторы

— популярный выбор для устройств, которым необходимо удерживать заряд в течение длительного времени, но они также подвержены взрыву, поскольку их содержимое легко воспламеняется. Таким образом, никелевые батареи являются более безопасным выбором, даже если они не обеспечивают такой же мощности. Свинцово-кислотные батареи также очень полезны для более крупных устройств или машин, таких как транспортные средства или портативные устройства для хранения электроэнергии.

Никель-кадмиевые батареи  

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы в заряженном состоянии содержат гидроксид никеля в положительном электроде и кадмий в отрицательном электроде.Эти батареи обеспечивают очень высокие токи и могут быстро перезаряжаться.

Никель-металлогидридные батареи   Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы

в заряженном состоянии содержат гидроксид никеля в положительном электроде и металлический сплав в отрицательном электроде. Это довольно стабильный и надежный тип аккумуляторной батареи.

Литий-ионные аккумуляторы   Литий-ионные аккумуляторы

содержат анод (отрицательный электрод) и катод (положительный электрод), каждый из которых служит в качестве носителя для ионов лития, которые обеспечивают длительную энергию.

Свинцово-кислотные аккумуляторы  

Свинцово-кислотные аккумуляторы — старейшая форма перезаряжаемых аккумуляторов. Чаще всего они используются в автомобильных двигателях и больших портативных зарядных устройствах.

Батареи переменного или постоянного тока?  

Батареи используют электричество постоянного тока, как и все электронные устройства, которые они питают. Даже если подается переменный ток, он преобразуется в постоянный, как только поступает в устройство. Типичные бытовые батареи подают на устройства около 1,5 вольт постоянного тока.

Являются ли батареи конденсаторами?  

Батареи и конденсаторы различаются по одному основному признаку: батареи хранят заряд химически, а конденсаторы хранят заряд электрически. Это хранение является важным отличием, поскольку химические реакции способны накапливать больше энергии, что делает батареи более полезными в повседневных ситуациях.

Конденсаторы являются пассивными компонентами цепи, а не активными, и они имеют более низкую плотность энергии, чем батареи. Из-за этого у конденсаторов скорость зарядки и разрядки выше — они мгновенно разряжаются при снижении напряжения, в то время как батареи могут работать в течение длительного периода времени при постоянном напряжении.

Могут ли батареи намокнуть?  

источник

Батареи не должны намокать или даже подвергаться воздействию воды. Как только вода попадает в батарею, ее чрезвычайно трудно удалить из-за предохранительного клапана, который есть в типичных батареях. Это сделано для того, чтобы предотвратить утечку жидких химикатов, составляющих внутреннюю часть батареи.

Автомобильные аккумуляторы

, с другой стороны, обычно без проблем промокают. Это потому, что они специально разработаны, чтобы вода не попадала внутрь — они защищены прочным водонепроницаемым корпусом.

Можно ли перерабатывать батареи?  

Вообще говоря, большинство типов батарей можно легко переработать. Тем не менее, некоторые батареи перерабатываются легче, чем другие. Сюда входят свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы, которые перерабатываются почти в 90% случаев. Существует несколько способов утилизации аккумуляторов — обязательно зайдите на сайт Earth 911, чтобы найти одобренные пункты утилизации рядом с вами, и на веб-сайте EPA, чтобы узнать, как утилизировать бытовые аккумуляторы.

Какие проблемы с батареями?  

Помимо потенциального воздействия на окружающую среду свинца и других химических веществ, содержащихся в батареях, эти же материалы могут вызывать ожоги и иные повреждения кожи и глаз.Кроме того, токсичные металлы, содержащиеся во многих батареях, например, содержащие никель и кадмий, являются известными канцерогенами для человека. Кроме того, некоторые из наихудших воздействий на окружающую среду, связанные с батареями, происходят на стадии производства во время добычи и переработки.

Могут ли батареи взорваться?  

Да, если батареи оставить рядом с постоянным источником тепла, они потенциально могут взорваться. Это справедливо в основном для щелочных батарей и свинцово-кислотных батарей. Это может произойти даже с ионно-литиевыми батареями в сотовых телефонах, которые взрываются во время зарядки и перегреваются.

Могут ли батареи замерзнуть?  

Батарейки могут замерзнуть, но температура их замерзания намного ниже, чем у воды. Полностью заряженный аккумулятор не замерзнет примерно до -92°F (-69°C). Однако, когда батареи заряжены всего на 40%, они замерзнут примерно при -16°F (-27°C). Важно держать батареи в сильно заряженном состоянии, чтобы предотвратить нежелательное замерзание.

Разрешены ли батареи в самолетах?  

Батареи разрешены к перевозке в самолетах, но это зависит от того, как вы их упаковываете, а также от типа батареи.Обычные сухие батареи, такие как типичные бытовые батареи (AA, AAA, C, D или 9-вольтовые), можно упаковывать как в ручной клади, так и в зарегистрированных сумках. Однако, по данным TSA, запасные неустановленные литиевые батареи не допускаются в самолетах. Они разрешены только в том случае, если они установлены на рабочих устройствах, таких как ноутбуки или телефоны.

Какая батарея самая опасная?  

По большому счету, литий-ионные аккумуляторы являются наиболее опасными типами аккумуляторов. Во многом это связано с тем, что единственное, что предотвращает короткое замыкание, — это тонкая пластинка из полипропилена (разновидность пластика).Это скольжение не позволяет каждому электроду соприкасаться с другим, а если оно нарушено, электроды соприкасаются, что создает много тепла. Объедините это с тем фактом, что эти батареи заполнены легковоспламеняющимся раствором электролита, и это рецепт опасности. Это может привести к взрывам, которые повредят ваши устройства или, что еще хуже, вашу кожу.

Опасны ли батареи для окружающей среды?  

источник

Аккумуляторы имеют сложные отношения с окружающей средой.По мере того, как мы движемся к замене ископаемого топлива чистой энергией, аккумуляторы являются неотъемлемой частью этого процесса. Однако воздействие добычи лития на окружающую среду само по себе становится серьезной проблемой.

Крайне важно уменьшить воздействие на окружающую среду, которое в конечном итоге вызвано потребностью во все большем и большем количестве энергии. Тот факт, что мы отказываемся от ископаемого топлива, не решает проблему сразу — нам нужно убедиться, что мы не создаем те же проблемы с растущим кризисом полезных ископаемых, связанным с производством аккумуляторов.

Такие компании, как Tara Energy, находятся в авангарде предоставления ответственной энергии, которая уравновешивает воздействие на окружающую среду на всех фронтах. Энергию ветра можно хранить в батареях, но если батареи сводят на нет положительное воздействие ветра на окружающую среду, это не настоящий прогресс. Помня об этом, мы должны продолжать удовлетворять потребность в батареях.

Предоставлено вам taranergy.com

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение

Основы производства аккумуляторов

на производственной линии CATL (часть 1) | от BatteryBits | BatteryBits

Эту историю предоставили Кэтрин (Qianran) He и Йен Т.Yeh

  • Представлено краткое описание процесса производства аккумуляторов CATL, собранное из общедоступных источников.
  • 3 основных этапа производства и 14 ключевых процессов описаны в этой работе как введение в производство аккумуляторов.
  • CapEx, ключевые параметры процесса, статистический контроль процесса и другие производственные концепции представлены в контексте высокопроизводительного производства аккумуляторов.

Во многих университетах и ​​стартапах, занимающихся исследованиями и разработками аккумуляторов, батарейка типа «таблетка» является форм-фактором по умолчанию для оценки аккумуляторных систем.Однако в таких приложениях, как электромобили (EV), «ячейки» обычно изготавливаются в виде пакетов, призматических или цилиндрических форм-факторов, которые затем собираются в «модули», «пакеты», а затем интегрируются в продукт EV. Для достижения строгих требований к безопасности и производительности в процессе производства аккумуляторов стал необходим высокий уровень точности, единообразия, стабильности и автоматизации.

Эта работа представляет собой краткое изложение процесса производства аккумуляторов CATL, собранное из общедоступных источников в китайских СМИ (ссылка.1,2,3). CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited) является крупнейшим производителем аккумуляторов в мире, а его производственный процесс является сложным и высокоавтоматизированным. Хотя многие детали производственного процесса являются собственностью компании, мы определили и описали 3 основных этапа производства и 14 ключевых процессов ниже из общедоступных источников в качестве введения в производство аккумуляторов.

Промышленное производство литий-ионных аккумуляторов обычно включает более 50 отдельных процессов.Эти процессы можно разделить на три этапа: изготовление электродов, изготовление ячеек, формирование и интеграция.

Оборудование играет решающую роль в определении производительности и стоимости литий-ионных аккумуляторов. Отражая три производственных этапа, оборудование также можно разделить на три категории: оборудование 1-го этапа (смеситель, устройство для нанесения покрытий, вальцовый пресс, машина для расщепления, съемочная машина, высекальная машина и т. д.), оборудование 2-го этапа (намотка/намотка). машина для ламинирования, машина для впрыска электролита, упаковочное оборудование) и оборудование 3-го этапа (загрузочные и разгрузочные машины, испытательное оборудование и т. д.). Капитальные затраты на каждую из этих трех стадий составляют примерно 40%, 30%, 30% стоимости производственной линии.

Первым этапом производства аккумуляторов является изготовление положительного и отрицательного электродов. Основные задействованные процессы: смешивание, нанесение покрытия, каландрирование, резка, изготовление электродов (включая высечку и сварку язычков). Оборудование, используемое на этом этапе: смеситель, машина для нанесения покрытия, валковый пресс, машина для продольной резки, машина для изготовления электродов.

Смешивание — процесс приготовления электродной суспензии

Для производства электродной суспензии исходные активные материалы смешивают с растворителем, связующим и добавками.Смешивание суспензии является первым этапом процесса производства электродов, и этот процесс выполняется отдельно для материалов катода и анода. Ключевые измеряемые характеристики этого процесса (вязкость, плотность, содержание твердых частиц) напрямую влияют на качество батареи и однородность электрода. В процессе смешивания важными параметрами являются рецептура сырья, этапы смешивания, время смешивания.

Уже на первом этапе добавления компонентов последовательность смешивания материалов может повлиять на электрохимические характеристики конечного электрода.Начиная с сухого смешивания активных материалов и проводящего углерода с последующим добавлением растворителя, можно получить более низкую вязкость суспензии, что может обеспечить более высокое содержание твердого вещества и более быструю сушку, но с компромиссом в отношении скорости. Напротив, с проводящими добавками, диспергированными в связующем, затем включенный активный материал приведет к образованию пористой проводящей основы, которая впоследствии способствует электрохимическим характеристикам (ссылка).

Два основных критерия для получения жизнеспособной электродной суспензии — стабильность и пригодность суспензии к обработке.Из-за взаимодействия между частицами суспензии (притяжения Ван-дер-Ваальса, водородных связей и электростатических сил) агломерации неизбежны. Таким образом, в процессе смешивания всегда необходимо добавление диспергатора. Хотя смешивание является относительно недорогим процессом, время, необходимое для обеспечения достаточной дисперсии суспензии, может ограничивать производительность.

Производство ячеек CATL – смешивание суспензии

Кроме того, в процессе смешивания необходимо строго контролировать качество воздуха, чтобы частицы пыли или примеси не загрязняли электродную суспензию.В частности, при приготовлении катодной суспензии следует тщательно контролировать влажность катодных материалов с высоким содержанием никеля, чтобы предотвратить коррозию алюминиевой фольги. Стратегии смягчения коррозии включают регулирование pH путем добавления фосфорной кислоты; или модификации интерфейса путем нанесения покрытия из оксида металла на активный материал или использования углеродного первичного покрытия на токосъемнике.

Нанесение покрытия — Нанесение и сушка электродной суспензии на фольге токосъемника последующий процесс сушки.В крупносерийном производстве, например, в процессе CATL, используемый метод покрытия представляет собой натяжение полотна над щелевой головкой с опорным валиком. В устройстве для нанесения покрытий с щелевой головкой суспензия распределяется через щелевую щель на движущуюся металлическую фольгу. Ниже приведена иллюстрация покрытия со щелевой матрицей:

Иллюстрация покрытия со щелевой матрицей от Durr

Преимущество покрытия со щелевой матрицей состоит в том, что оно может работать на скоростях, требуемых промышленностью (до 300 футов/мин), и может достигать одинаковой толщины покрытия с точность.Сушка электродов встроена в установку непрерывного действия. Во время сушки одновременно происходят три конкурирующих физических процесса: испарение растворителя, диффузия связующего и осаждение частиц (см.). В крупносерийном производстве применяется воздушная флотация для обеспечения одинаковой сушки, предотвращения скручивания краев и оставления одинакового количества остаточного растворителя с обеих сторон. Длина линии флотационной сушилки может достигать 70 м, а температура сушки находится в диапазоне от комнатной до 150 °C. Температура и скорость сушки могут существенно повлиять на распределение каждого компонента в электроде.Покрытия, высушенные при 150 °C, имели в 3 раза больше связующего вещества на поверхностном слое, чем на слое подложки, в то время как покрытие, высушенное при комнатной температуре, было более однородным (ссылка).

Иллюстрация воздушной флотации от Durr

Качество процессов нанесения покрытия и сушки сильно влияет на однородность, консистенцию, безопасность и срок службы изготовленной батареи. Неравномерность или дефекты, появившиеся на этом этапе с обеих сторон электродов, приведут к плохим электрохимическим характеристикам батареи и могут вызвать серьезные проблемы с безопасностью.

Толщина покрытия и массовая нагрузка должны точно контролироваться, а во избежание разрывов и поломок фольги (основной фактор, ограничивающий скорость линии), скорость прокатки и натяжение устройства для нанесения покрытий должны быть точно откалиброваны. Например, текущая производственная линия CATL использует медную фольгу толщиной 6 мкм, длиной 4000 метров и скоростью прокатки 80 м/мин в процессе нанесения покрытия.

CATL покрытие для изготовления ячеек

Каландрирование — прокатка электродов с покрытием

Каландрирование (оборудование: роликовый пресс-каландр) сжимает и уплотняет электрод с покрытием на металлической фольге токосъемника для улучшения плотности энергии батареи, обеспечения постоянной толщины , а также для обеспечения дополнительного контроля пыли и влажности электрода.Роликовая машина сжимает лист электрода с покрытием до одинаковой толщины и плотности.

Каландрирование — важный процесс, влияющий на работу электролизера за счет контроля пористости и извилистости электрода. Более высокое давление каландрирования, приложенное к электроду, уменьшает толщину активного слоя, тем самым увеличивая объемную плотность энергии. В то время как сильное каландрирование также увеличивает извилистость электрода, влияя на электрохимический импеданс электрода. На рисунке ниже показано, как изменяется плотность прессования электрода в зависимости от нагрузки линии каландрирования.

Каландрирование и плотность покрытия электрода (ссылка)

Разрезка и изготовление электрода — Нарезка электрода до требуемого размера и подготовка язычка необходимая ширина. Любые заусенцы или коробления, возникающие на этом этапе, увеличивают риск внутренних коротких замыканий, которые могут вызвать серьезные проблемы с безопасностью. После резки ключевыми параметрами процесса, которые необходимо измерить, являются ширина электрода, плоскостность края электрода, а также наличие и характеристики заусенцев.В одной из наших предыдущих публикаций о сепараторах были рассмотрены соответствующие стратегии безопасности применительно к сепараторам.

Производство ячеек CATL. Резка и изготовление электродов

Изготовление электродов (оборудование: машина для изготовления электродов) представляет собой интегрированный процесс, который включает вырезание язычков электрода, сварку язычков, защитную ленту, приклеивание язычков или лазерную резку для подготовки к процессу намотки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*