Нови батерии в началото

Нови батерии в началото

Една трета от всички нови автомобили, продадени в Китай, вече имат щепсел, което означава, че те са чисто електрически или хибридни варианти. Тенденцията рязко се покачва. В Европа се полагат всички политически усилия, за да се прокарат електрическите автомобили на пазара; се броят двигателите с вътрешно горене. Въпреки че електрическите автомобили се състоят от значително по-малко части, има ключови отличителни характеристики. Докато при двигателите с вътрешно горене въпросът беше дали дизел или бензин, при електрическите превозни средства въпросът е коя технология на батерията е във фюзелажа. В момента доминира литиево-йонната батерия. Но други технологии се опитват да се включат, особено натриево-йонни батерии и литиево-железни фосфатни батерии. Както често се случва, в момента няма технология за батерии, която може да направи всичко: висока енергийна плътност, високи токове на зареждане, висока стабилност на цикъла, забавяне на горенето и всичко това на най-ниска цена със 100 процента степен на рециклиране и лесно достъпни суровини. Ако всичко това беше комбинирано в една технология, електронната мобилност вече нямаше да има критики. Но фактът е, че всяка акумулаторна технология има своите специфични предимства и недостатъци. Те трябва да бъдат внимателно претеглени, за да може да се избере най-добрата технология за съответното приложение. Въпреки това има огромни противоречиви цели при електрическите автомобили: от една страна, пробегът трябва да бъде възможно най-дълъг, но колата трябва да бъде евтина за закупуване за масите. От днес това не е възможно! Но ако изместите целите в една или друга посока, алтернативните технологии за батерии вече могат да предложат вълнуващи предимства.

Основно правило е: колкото по-голяма е батерията, толкова по-дълъг е обхватът. Но също така: колкото по-висока е цената. Защо литиево-йонната батерия в момента има такава доминираща позиция? Питаме изследователя Маркус Ян, ръководител на звеното за компетентност „Технологии за батерии“ в Австрийския технологичен институт (AIT) и истински експерт по различните технологии за батерии. „Ние знаем за литиево-йонната технология, която използваме в момента, от началото на 90-те години на миналия век. Сега обаче успяхме да направим клетките значително по-мощни. Въпреки това, ние вече работим близо до физическия лимит с този тип батерии. Вече не можем да очакваме значителни скокове тук.“ Литиево-йонните батерии имат някои неоспорими предимства: те предлагат висока плътност на мощността, имат стабилен живот от около 1000 цикъла на зареждане и са относително безопасни за изграждане. Недостатъкът: ниските температури не са ваш приятел, рециклирането в момента все още е много скъпо - защото е сложно - и преди всичко те използват редки материали като никел, манган и кобалт. Да не говорим, че добивът на литий е много замърсяващ и повечето находища са известни в Южна Америка и Австралия, което също отваря „геополитическа зависимост“ – нещо, което изследователят Ян не описва.

Ако батерията стане по-евтина, цялата електрическа кола става по-евтина. Поради това се провеждат интензивни изследвания на алтернативи. Понастоящем има две технологии, които биха могли - от определени гледни точки - да се конкурират с литиево-йонната батерия: литиево-железно-фосфатната батерия (накратко LFP) или натриево-йонните батерии. И двата варианта имат специфични предимства и недостатъци. Ford вече използва LFP батерията в някои модели, тъй като според производителя тя предлага ценово предимство от около 15 процента. Допълнителни предимства: Висока стабилност на цикъла, по-малко чувствителен към температура, не изисква редки суровини и е почти 100 процента рециклируем, само електролитът трябва да се изхвърля. Това означава, че LFP батериите могат да направят стартирането на електрически автомобил по-достъпно. Недостатъкът: Енергийната плътност е по-ниска, така че са необходими повече клетки за същия обхват като при литиево-йонна батерия. Това отново би увеличило теглото - а също и цената. Въпреки това, ако тази технология се използва в превозни средства, които не трябва да постигат максимален пробег, тя предлага ясно предимство по отношение на разходите и околната среда. Изследователят Маркъс Ян определя разликата в енергийната плътност на около 20 процента. „Целта тук не трябва да бъде да се замени литиево-йонната батерия 1:1 с LFP батерията, а по-скоро технологията може да бъде рентабилна алтернатива, ако се използва правилно, ако предвидената цел е избрана съответно“, казва изследователят.

Натриево-йонните батерии в момента си създават име в Китай и се радват на нарастваща популярност. Изследователят на AIT Маркус Ян също може да потвърди много положителните свойства на клетките: „Натриево-йонната батерия е интензивно изследвана от около седем години. Технологията първоначално е предназначена за стационарна работа, тъй като позволява атрактивни разходи за киловатчас. Други предимства: Натрият е лесно достъпен в целия свят, което намалява разходите. Освен това клетките могат да бъдат произведени по абсолютно същия начин като литиево-йонните батерии, дори на същите производствени линии. Практически само литият се заменя с натрий." Но от една страна, тази клетка също изисква редки суровини освен литий и не може да бъде интегрирана с литий в същия процес на рециклиране. Но проблемът е различен: енергийната плътност е по-ниска, около една четвърт от нея липсва в литиевата клетка. Средства: Ценовото предимство отново се купува за сметка на асортимента. Но изследователят на батериите Маркъс Ян се опитва да обясни защо тази технология все още има потенциал: „Не трябва да забравяме, че търсенето на електрически автомобили ще се увеличи значително сега и в бъдеще. Така че бързо се нуждаете от много батерии, а не всеки потребител на електрически автомобил се нуждае от пробег от 700 километра. Тук натриево-йонната батерия може да бъде добър компромис между обхват, наличност и цена.“ В края на нашето интервю попитахме изследователя какъв тип батерия ще използваме в средносрочен план, през следващите пет години. Отговорът: „Литиево-йонният тип ще доминира дотогава.“ Но това, което следва, все още е отворен въпрос въз основа на текущото състояние на изследванията.

Литиево-йонни

+ висока енергийна плътност

+ стабилност на твърд цикъл

+ задълбочено проучен

- скъпо

– ресурсоемко производство

– комплексно рециклиране

Литиево-железен фосфат

+ по-евтино

+ много висока стабилност на цикъла

+ по-малко чувствителен към температура

– по-ниска енергийна плътност

Натриеви йони

+ Натрият е в изобилие и се набавя лесно

+ следователно по-евтино

+ Може да се произвежда на литиево-йонни производствени линии

– по-ниска енергийна плътност

– до литий, чието производство е също толкова ресурсоемко

– комплексно рециклиране