Sākumā jaunas baterijas

Sākumā jaunas baterijas

Trešdaļai no visām Ķīnā pārdotajām jaunajām automašīnām jau ir kontaktdakša, kas nozīmē, ka tās ir tikai elektriskas vai hibrīda versijas. Tendence strauji pieaug. Eiropā tiek pieliktas visas politiskās pūles, lai elektromobiļus laistu tirgū; tiek skaitīti iekšdedzes dzinēji. Lai gan elektriskajos automobiļos ir ievērojami mazāk detaļu, tiem ir galvenās atšķirības iezīmes. Kamēr ar iekšdedzes dzinējiem jautājums bija par dīzeļdegvielu vai benzīnu, elektriskajiem transportlīdzekļiem ir jautājums par to, kura akumulatora tehnoloģija ir fizelāžā. Pašlaik dominē litija jonu akumulators. Taču mēģina iesaistīties arī citas tehnoloģijas, īpaši nātrija jonu akumulatori un litija dzelzs fosfāta akumulatori. Kā tas bieži notiek, pašlaik nav nevienas akumulatoru tehnoloģijas, kas spētu paveikt visu: augsts enerģijas blīvums, liela uzlādes strāva, augsta cikla stabilitāte, liesmas slāpētājs, un tas viss par zemāko cenu ar 100 procentu otrreizējās pārstrādes līmeni un viegli pieejamām izejvielām. Ja tas viss tiktu apvienots vienā tehnoloģijā, e-mobilitātei vairs nebūtu kritiķu. Bet fakts ir tāds: katrai akumulatora tehnoloģijai ir savas priekšrocības un trūkumi. Tie ir rūpīgi jāizsver, lai varētu izvēlēties labāko tehnoloģiju attiecīgajam lietojumam. Tomēr elektriskajiem automobiļiem ir milzīgi pretrunīgi mērķi: no vienas puses, diapazonam jābūt pēc iespējas lielākam, bet automašīnai jābūt lētai, lai to varētu iegādāties masām. Šobrīd tas nav iespējams! Bet, ja virzīsit mērķus vienā vai otrā virzienā, alternatīvās akumulatoru tehnoloģijas jau var piedāvāt aizraujošas priekšrocības.

Īkšķis ir šāds: jo lielāks ir akumulators, jo ilgāks darbības rādiuss. Bet arī: jo augstāka cena. Kāpēc litija jonu akumulators pašlaik ieņem tik dominējošu stāvokli? Jautājam pētniekam Markusam Jahnam, Austrijas Tehnoloģiju institūta (AIT) kompetences nodaļas akumulatoru tehnoloģiju vadītājam un īstam dažādu akumulatoru tehnoloģiju ekspertam. "Par litija jonu tehnoloģiju, ko pašlaik izmantojam, esam zinājuši kopš deviņdesmito gadu sākuma. Taču tagad esam spējuši padarīt šūnas ievērojami jaudīgākas. Neskatoties uz to, ar šāda veida akumulatoriem jau strādājam tuvu fiziskajai robežai. Šeit vairs nevaram sagaidīt nekādus būtiskus lēcienus." Litija jonu akumulatoriem ir dažas nenoliedzamas priekšrocības: tiem ir augsts jaudas blīvums, tiem ir aptuveni 1000 uzlādes ciklu ilgs kalpošanas laiks, un to izgatavošana ir samērā droša. Negatīvā puse: zema temperatūra nav jūsu draugs, otrreizēja pārstrāde pašlaik joprojām ir ļoti dārga – jo tā ir sarežģīta – un galvenokārt tiek izmantoti reti materiāli, piemēram, niķelis, mangāns un kobalts. Nemaz nerunājot par to, ka litija ieguve ir ļoti piesārņojoša, un lielākā daļa atradņu ir zināmas Dienvidamerikā un Austrālijā, kas arī paver "ģeopolitisko atkarību" - ko pētnieks Jahns neapraksta.

Ja akumulators kļūst lētāks, lētāks kļūst viss elektromobilis. Tāpēc tiek veikta intensīva alternatīvu izpēte. Pašlaik ir divas tehnoloģijas, kas, iespējams, no noteiktām perspektīvām varētu konkurēt ar litija jonu akumulatoru: litija dzelzs fosfāta akumulators (īsumā LFP) vai nātrija jonu akumulatori. Abiem variantiem ir noteiktas priekšrocības un trūkumi. Ford dažos modeļos jau izmanto LFP akumulatoru, jo saskaņā ar ražotāja teikto tas piedāvā aptuveni 15 procentu cenas priekšrocību. Citas priekšrocības: augsta cikla stabilitāte, mazāk jutīga pret temperatūru, nav vajadzīgas retas izejvielas un ir gandrīz 100% pārstrādājams, tikai elektrolīts ir jāutilizē. Tas nozīmē, ka LFP akumulatori varētu padarīt elektromobiļa iedarbināšanu pieejamāku. Negatīvā puse: enerģijas blīvums ir mazāks, tāpēc ir nepieciešams vairāk elementu tādam pašam diapazonam kā litija jonu akumulatoram. Tas atkal palielinātu svaru – un arī cenu. Tomēr, ja šo tehnoloģiju izmanto transportlīdzekļos, kuriem nav jāsasniedz maksimālais diapazons, tā piedāvā nepārprotamu izmaksu un vides priekšrocības. Pētnieks Markuss Jahns norāda, ka enerģijas blīvuma atšķirība ir aptuveni 20 procenti. "Šeit mērķim nevajadzētu būt litija jonu akumulatoru 1:1 nomaiņai pret LFP akumulatoru, bet gan tehnoloģija var būt rentabla alternatīva, ja to izmanto pareizi, ja ir atbilstoši izvēlēts paredzētais mērķis," saka pētnieks.

Nātrija jonu akumulatori pašlaik gūst savu vārdu Ķīnā, un to popularitāte pieaug. Arī AIT pētnieks Markuss Jāns var apliecināt elementu ļoti pozitīvās īpašības: "Nātrija jonu akumulators ir intensīvi pētīts aptuveni septiņus gadus. Tehnoloģija sākotnēji bija paredzēta stacionārai darbībai, jo nodrošina pievilcīgas izmaksas par kilovatstundu. Citas priekšrocības: Nātrijs ir viegli pieejams visā pasaulē, kas samazina izmaksas. Turklāt šūnas var ražot tieši tādā pašā veidā kā litija jonu akumulatoru ražošanas līnija, pat litija-akciju baterijas. aizstāts ar nātriju." Taču, no vienas puses, šai šūnai ir vajadzīgas arī retas izejvielas, izņemot litiju, un to nevar integrēt ar litiju tajā pašā pārstrādes procesā. Bet pielipšanas punkts ir atšķirīgs: enerģijas blīvums ir mazāks, litija šūnā trūkst apmēram ceturtdaļas no tā. Līdzekļi: Cenas priekšrocības atkal tiek pirktas uz sortimenta rēķina. Taču akumulatoru pētnieks Markuss Jāns mēģina skaidrot, kāpēc šai tehnoloģijai vēl ir potenciāls: "Nedrīkst aizmirst, ka pieprasījums pēc elektromobiļiem būtiski pieaugs gan tagad, gan nākotnē. Tātad ātri nepieciešams daudz akumulatoru, un ne katram elektromobiļa lietotājam ir vajadzīgs 700 kilometru nobraukums. Šeit nātrija jonu akumulators var būt labs kompromiss starp diapazonu, pieejamību un cenu." Intervijas beigās pētniekam jautājām, kāda veida akumulatoru izmantosim vidējā termiņā, nākamajos piecos gados. Atbilde: "Līdz tam dominēs litija jonu tips." Bet tas, kas notiks tālāk, joprojām ir atklāts jautājums, pamatojoties uz pašreizējo pētījumu stāvokli.

Litija jons

+ augsts enerģijas blīvums

+ stabila cikla stabilitāte

+ plaši pētīts

- dārgi

– resursu ietilpīga ražošana

– kompleksā pārstrāde

Litija dzelzs fosfāts

+ lētāk

+ ļoti augsta cikla stabilitāte

+ mazāk jutīgs pret temperatūru

– zemāks enerģijas blīvums

Nātrija joni

+ Nātrija ir daudz un viegli iegūt

+ līdz ar to lētāk

+ Var ražot litija jonu ražošanas līnijās

– zemāks enerģijas blīvums

– līdz litijam, kura ražošanai ir līdzīgi resursietilpīgi

– kompleksā pārstrāde