IBM создала емкий, безопасный и дешевый аккумулятор со сверхбыстрой зарядкой

Аккумуляторы без тяжелых металлов

Специалисты IBM Research разработали аккумулятор из новых материалов, который по ряду характеристик значительно превосходит широко распространенные сегодня литий-ионные батареи. Об этом говорится в сообщении, размещенном в блоге исследовательского подразделения компании (IBM Research) на ее официальном сайте.

В сегодняшних аккумуляторах, которые используются в ряде устройств: от фитнес-браслетов и смартфонов до электромобилей, часто применяются тяжелые металлы, в частности кобальт и никель. Например, в литий-ионных аккумуляторах катод (отрицательный электрод) может выполняться из кобальтата лития или никелата лития. Сами по себе эти металлы могут представлять угрозу как здоровью человека, так и окружающей среде. Кроме того, их запасы ограничены, а при добыче кобальта, по данным Financial Times, используются детский труд.

Новая технология IBM предполагает создание аккумулятора на базе трех новых материалов, среди которых тяжелых металлов нет. Химический состав материалов, из которых выполнены анод, катод и жидкий электролит, исследователи не раскрывают, однако уверяют, что необходимые материалы могут быть получены из обыкновенной морской воды и то, что они значительно дешевле используемых в современных литий-ионных батареях.

Преимущества новой технологии

По словам специалистов IBM Research их разработка превосходит литий-ионную технологию по многим важным параметров. Так, если верить ученым, их аккумулятор сможет заряжаться до уровня 80% за пять минут, при этом вероятность воспламенения такого устройства значительно ниже по сравнению с литий-ионными аналогами. У последних меньшая температура возгорания.

Энергетическая плотность новинки сопоставима с передовыми образцами литий-ионных аккумуляторов (более 800 Вт*ч/л), а ее энергоэффективность превышает 90%.

Кроме того, исследователи утверждают, что проведенные ими тесты показали возможность применения этой технологии при изготовлении аккумуляторов с весьма продолжительным сроком службы, однако не приводят каких-либо конкретных данных на этот счет.

Сферы применения аккумуляторов IBM

Исследователи полагают, что продукция на основе разработанной ими технологии может найти применение в энергетике, автомобиле- и авиастроении.

Несмотря на то, что исследования находятся на ранней стадии, IBM Research заключила контракты на совместную разработку нового поколения аккумуляторов и инфраструктуры для их совершенствования и производства с Mercedes-Benz Research, Central Glass (производитель электролитов) и Sidus (производитель аккумуляторных батарей).

Не без помощи искусственного интеллекта

IBM Research также сообщает, что в своей работе команда использует технологию искусственного интеллекта (ИИ), называемую семантическим обогащением. Она применяется для дальнейшего улучшения характеристик батареи путем выявления наиболее подходящих и безопасных материалов.

Альтернативные разработки

Существуют и другие технологии, способные заменить собой литиевые аккумуляторы и положить конец их далеко не самым экологичным и этичным производству и утилизации.

В декабре 2018 г. CNews писал о том, что ученые Иллинойского университета в Чикаго разработали новую технологию производства аккумуляторных батарей для мобильных устройств, в основе которой лежит принцип использования неупорядоченных частиц оксида магния и непосредственно магниевого анода.

Еще одна группа американских ученых, на этот раз из Калифорнийского технологического университета, создала аккумулятор на основе фторидов – химических соединений фтора с другими элементами таблицы Менделеева. Подобные АКБ в теории характеризуются способностью держать заряд до восьми раз дольше в сравнении с литий-ионными и литий-полимерными. Опять же, они намного безопаснее оных ввиду неподверженности влиянию повышенной температуры окружающей среды или нагреву во время подзарядки.

В ноябре 2018 г. стало известно, что в Китае стартовало производство аккумуляторов с твердым электролитом, которые в обозримом будущем могут стать частью мобильной техники и транспортных средств. Предполагалось, что они придут на смену литий-ионным батареям за счет большей компактности и безопасности.

Увеличение времени работы и срока службы аккумулятора

Время работы аккумулятора — это время, в течение которого устройство работает без подзарядки. Срок службы аккумулятора — это время, которое аккумулятор может прослужить до замены. Чем выше эти параметры, тем эффективнее вы сможете использовать ваши устройства Apple.

Советы для всех: производитель­ность

Обновите программное обеспечение до новейшей версии.

В обновления программного обеспечения Apple часто входят передовые энергосберегающие технологии. Поэтому важно убедиться в том, что у вас установлена последняя версия iOS, macOS и watchOS.

Избегайте экстремальных температур.

Ваше устройство рассчитано на работу в большом диапазоне температур. И всё же идеальная температура эксплуатации — в пределах от 16 до 22 °C. Особенно рискованно использовать устройство при температуре выше 35 °C. Это может привести к снижению ёмкости его аккумулятора и, как следствие, к сокращению времени работы вашего устройства. Ещё более разрушительной для аккумулятора может оказаться зарядка в условиях высоких температур. Поэтому программное обеспечение способно снизить максимальный уровень заряда до 80%, если температура аккумулятора превышает рекомендованные значения. Кроме этого, даже хранение аккумулятора в жарком помещении может иметь необратимые последствия. И если вы используете устройство в условиях очень низких температур, время его работы тоже может снизиться, но лишь временно. По мере возвращения к нормальным значениям температуры производительность аккумулятора будет восстанавливаться.

Комфортные условия использования iPhone, iPad, iPod и Apple Watch

Оптимальная температура для работы iPhone, iPad, iPod и Apple Watch: от 0 до 35 °C. Температура при хранении: от –20 до +45 °C.

Комфортные условия использования MacBook

Оптимальная температура для работы MacBook: от 10 до 35 °C. Температура при хранении: от –20 до +45 °C.

Заряжайте ваши устройства без чехлов.

Некоторые типы чехлов могут способствовать перегреву аккумулятора, что отрицательно сказывается на его ёмкости. Если вы заметили, что ваше устройство нагревается во время зарядки, первым делом извлеките его из чехла. В случае с моделями Apple Watch Edition необходимо убедиться, что крышка магнитного чехла для зарядки открыта.

При длительном хранении оставляйте устройство заряженным наполовину.

При длительном хранении аккумулятора на его работоспособность существенно влияют два фактора: температура окружающей среды и процент заряда на момент выключения устройства. Поэтому мы рекомендуем вам придерживаться следующих правил.

  • Не заряжайте и не разряжайте аккумулятор на вашем устройстве полностью — оптимально зарядить его примерно наполовину. Если хранить устройство полностью разряженным, аккумулятор может перейти в состояние глубокой разрядки и утратить способность держать заряд. Если же хранить устройство полностью заряженным, это может привести к снижению ёмкости аккумулятора и, как следствие, к сокращению срока его службы.
  • Отключайте устройство, чтобы дополнительно не расходовать заряд аккумулятора.
  • Поместите устройство в прохладное место, где отсутствует влага, а температура не превышает 32 °C.
  • Если вы не планируете пользоваться устройством более шести месяцев, подзаряжайте его до 50% каждые шесть месяцев.

После длительного хранения в аккумуляторе может быть низкий заряд. Чтобы начать работу с устройством, которым вы долго не пользовались, вам может потребоваться зарядить его в течение 20 минут с помощью адаптера из комплекта поставки.

Пользователям iPhone, iPad и iPod touch

Обновите программное обеспечение до новейшей версии.

Всегда следите, чтобы на устройстве была установлена новейшая версия iOS.

  • Если вы пользуетесь iOS 5 или новее, проверьте, установлено ли у вас обновление. Для этого откройте Настройки > Основные > Обновление ПО.
  • Если доступно обновление, вы можете подключить своё устройство к источнику питания и обновить его по беспроводной сети или подключить к компьютеру и обновить с помощью новейшей версии iTunes.

Оптимизируйте настройки.

Есть два простых способа сохранить заряд аккумулятора вне зависимости от того, как вы используете устройство: настроить яркость экрана и использовать Wi-Fi.

Уменьшите яркость экрана или включите автоматическую настройку яркости, чтобы продлить время работы аккумулятора.

  • Для снижения яркости откройте Центр управления и сдвиньте уровень яркости вниз.
  • Автоматическая настройка яркости адаптирует яркость экрана к окружающему освещению. Чтобы её активировать, откройте Настройки > Основные > Универсальный доступ > Адаптация дисплея и включите там параметр «Автояркость».

Когда пользуетесь интернетом, помните: подключение по Wi‑Fi потребляет меньше заряда аккумулятора, чем соединение через сотовую сеть. Поэтому рекомендуем никогда не отключать Wi‑Fi. Для включения Wi‑Fi откройте Настройки > Wi‑Fi, а затем выберите подходящую сеть.

Включите режим энергосбережения.

Режим энергосбережения впервые появился в iOS 9. Это простой способ продлить работу аккумулятора iPhone, когда уровень заряда становится низким. Ваш iPhone сообщит вам, когда уровень заряда аккумулятора снизится до 20%, а затем до 10%, и предложит одним касанием переключиться в энергосберегающий режим. Вы также можете включить его в разделе Настройки > Аккумулятор. В режиме энергосбережения снижается яркость дисплея, оптимизируется производительность устройства, а системные анимации сводятся к минимуму. Приложения, в том числе Почта, перестают загружать контент в фоновом режиме, а функции AirDrop, «Синхронизация iCloud» и «Непрерывность» отключаются. Вы по‑прежнему можете пользоваться основными функциями: звонить и принимать звонки, читать и отправлять почту и сообщения, выходить в интернет и делать многое другое. Когда ваш телефон будет снова заряжен, режим энергосбережения выключится автоматически.

Просматривайте информацию об использовании аккумулятора.

Система iOS позволяет легко отслеживать расход заряда аккумулятора: она показывает, какой процент заряда использует каждое приложение (когда устройство не находится на зарядке). Эти данные отображаются в разделе Настройки > Аккумулятор.

Ниже перечислены сообщения, которые могут отображаться под используемыми приложениями.

Фоновая активность. Это значит, что приложение, работающее в фоновом режиме, расходует заряд аккумулятора, пока вы работаете в другом приложении.

  • Чтобы продлить время работы аккумулятора, вы можете отключить функцию, позволяющую приложениям обновляться в фоновом режиме. Откройте Настройки > Основные > Обновление контента и выберите подходящее значение: «Wi‑Fi», «Wi‑Fi и сотовые данные» или «Выкл.», чтобы полностью отключить обновление контента в фоновом режиме.
  • Если у приложения «Почта» отображается сообщение «Фоновая активность», вы можете перейти на ручное управление получением данных или увеличить интервал получения данных для автоматического режима. Откройте Настройки > Пароли и учётные записи > Загрузка данных.

Местоположение и фоновое определение местоположения. Это значит, что приложение использует службы геолокации.

  • Вы можете оптимизировать время работы аккумулятора, отключив службы геолокации в приложениях. Для этого откройте Настройки > Конфиденциальность > Службы геолокации.
  • В разделе «Службы геолокации» показаны все приложения и разрешения, которые для них установлены. Если приложение недавно использовало службы геолокации, рядом с переключателем «Вкл./Выкл.» отображается индикатор.

Главный экран и экран блокировки. Это значит, что на вашем устройстве отображался главный экран или экран блокировки. Например, экран выведен из режима сна, когда получено уведомление или нажата кнопка «Домой».

  • Если из‑за уведомлений какого‑то приложения часто включается экран, вы можете отключить автоматические уведомления для этого приложения. Откройте Настройки > Уведомления. Коснитесь нужного приложения и отключите «Допуск уведомлений».

Нет покрытия сотовой сети. Слабый сигнал. Такие сообщения появляются в двух случаях. Когда вы находитесь в зоне с недостаточно хорошим покрытием сотовой сети и ваше iOS‑устройство ищет более мощный сигнал. А также если вы пользовались своим устройством в условиях, ослаблявших сигнал, что отразилось на заряде аккумулятора.

  • Можно продлить время работы аккумулятора, если включить Авиарежим. Для этого откройте Центр управления и коснитесь значка Авиарежима. Учтите, что в Авиарежиме невозможно звонить и принимать звонки.

Для зарядки устройства подключите компьютер к сети электропитания и включите его.

Когда вы заряжаете своё устройство iOS через USB с помощью компьютера, необходимо убедиться, что он подключён к электросети и включён. Если компьютер выключен либо находится в режиме сна или ожидания, аккумулятор вашего устройства продолжит разряжаться. Обратите внимание, что iPhone 3G и iPhone 3GS нельзя заряжать при помощи адаптера питания FireWire и автомобильной зарядки FireWire.

Пользователям Apple Watch

Обновите программное обеспечение до новейшей версии.

Регулярно проверяйте, установлена ли на Apple Watch новейшая версия watchOS.

  • Чтобы узнать, нужно ли обновить систему, откройте приложение Apple Watch на iPhone и выберите Мои часы > Основные > Обновление ПО.
  • Если доступно обновление, подключите iPhone к сети Wi-Fi, подсоедините зарядное устройство к Apple Watch (уровень заряда должен быть не менее 50%) и запустите обновление по беспроводной сети.

Выберите нужные настройки.

Экономить заряд аккумулятора Apple Watch можно несколькими способами.

  • Во время тренировки по ходьбе или бегу можно перевести часы в Режим экономии энергии, чтобы отключить датчик сердечной активности. Для этого откройте приложение Watch на iPhone, перейдите на вкладку «Мои часы», выберите пункт «Тренировка» и включите Режим экономии энергии. Обратите внимание: когда датчик сердечной активности отключён, подсчёт потраченных калорий может быть неточным.
  • Для длительных тренировок вместо встроенного датчика сердечной активности можно использовать нагрудный ремень-пульсометр с поддержкой Bluetooth. Создать пару между таким ремнём и вашими часами очень просто. Переведите ремень в режим создания пары. Затем на Apple Watch откройте Настройки, перейдите в пункт Bluetooth и выберите ремень в списке «Устройства здоровья».
  • Если вы активно двигаете руками и дисплей часов включается чаще, чем нужно, вы можете отключить функцию активации дисплея при поднятии запястья. Для этого в Настройках на Apple Watch выберите Основные, затем пункт «Активация экрана» и выключите функцию «При подъёме запястья». А когда понадобится включить дисплей, достаточно будет его коснуться или нажать на Digital Crown.
  • Если на iPhone отключить Bluetooth, аккумулятор Apple Watch будет разряжаться быстрее. Для более энергоэффективного взаимодействия устройств рекомендуем оставлять включённой функцию Bluetooth на iPhone.

Просматривайте информацию об использовании аккумулятора.

Чтобы посмотреть информацию об использовании и времени работы в режиме ожидания, откройте приложение Apple Watch на iPhone и выберите Мои часы > Основные > Использование.

Подключите компьютер к сети и включите его, чтобы зарядить свои Apple Watch.

Если вы хотите зарядить Apple Watch от компьютера через USB‑кабель, подключите компьютер к сети электропитания и включите его. Если компьютер выключен либо находится в режиме сна или ожидания, аккумулятор Apple Watch продолжит разряжаться.

Если аккумулятор Apple Watch требует сервисного обслуживания, обратитесь к представителю Apple или авторизованному поставщику услуг.

Пользователям iPod shuffle, iPod nano и iPod classic

Обновите программное обеспечение до новейшей версии.

Всегда используйте на iPod новейшую версию программного обеспечения Apple. Вставьте iPod в док‑станцию или подключите его к компьютеру — и iTunes сообщит о наличии обновлений.

Оптимизируйте настройки.

Блокировка и пауза. Включите режим блокировки, если вы не используете свой iPod. Тогда вы не сможете случайно вывести iPod из режима сна и расходовать заряд аккумулятора впустую. Если вы не слушаете iPod, остановите воспроизведение или выключите устройство, нажав на кнопку воспроизведения и удерживая её в течение двух секунд.

Эквалайзер. Использование эквалайзера при воспроизведении увеличивает нагрузку на процессор iPod, поскольку эти настройки не являются частью проигрываемой композиции. Отключите эквалайзер, если вы его не используете. Если вы всё же добавили эквалайзер к дорожкам в iTunes, вам необходимо установить его в режим «Без коррекции», чтобы песни воспроизводились без эквалайзера, так как iPod не может менять настройки iTunes.

Подсветка. Постоянно включённая подсветка значительно сокращает время работы аккумулятора. Используйте подсветку только при необходимости.

Подключите компьютер к сети и включите его, если вам нужно зарядить свой iPod.

Убедитесь, что ваш компьютер подключён к розетке и включён, когда вы заряжаете с его помощью свой iPod через USB. Если компьютер выключен либо находится в режиме сна или ожидания, аккумулятор iPod продолжит разряжаться.

Пользователям MacBook Air и MacBook Pro

Обновите программное обеспечение до новейшей версии.

Всегда используйте на MacBook новейшую версию macOS. Если ноутбук подключён к интернету, macOS автоматически проверяет наличие обновлений ПО каждую неделю. Однако только вы решаете, когда установить обновление. Чтобы убедиться в том, что используется новейшая версия программного обеспечения, откройте меню Apple и выберите «Обновление ПО».

Оптимизируйте настройки.

Энергия. Панель настроек «Экономия энергии» позволяет настроить уровень энергопотребления для MacBook. Ваш MacBook сам распознает, когда его подключают к сети электропитания, и переходит в соответствующий режим работы. Если ноутбук работает от аккумулятора, яркость экрана уменьшается автоматически, а остальные компоненты используются более экономно. Если включена максимальная производительность, аккумулятор разряжается быстрее.

Яркость. Для увеличения времени работы аккумулятора уменьшите яркость экрана до минимально комфортного уровня. Например, если вы смотрите видео в самолёте при погашенном свете, полная яркость вам не нужна.

Wi-Fi. При включённой функции Wi-Fi потребляется больше энергии — даже в тот момент, когда вы не используете беспроводное подключение к сети. Вы можете отключить эту функцию в меню состояния Wi-Fi или в настройках сети.

Приложения и периферийные устройства. Отсоедините периферийные устройства и завершите приложения, которые вы не используете. Извлеките SD‑карту, если в данный момент она не используется.

Подключите MacBook к сети электропитания и включите его, чтобы заряжать другие устройства.

Убедитесь, что ваш MacBook подключён к розетке и работает, когда вы заряжаете с его помощью другие устройства через USB, иначе эти устройства будут разряжать аккумулятор MacBook быстрее. Если MacBook выключен либо находится в режиме сна или ожидания, аккумулятор подключённого к нему устройства продолжит разряжаться.

Какие аккумуляторы больше всего подходят для хранения солнечной энергии?

Октябрь 2018

Интерес к способам хранения энергии растет постоянно. И это относится не только к автономным системам энергоснабжения. Добавление солнечных батарей в систему резервного энергоснабжения позволяет экономить, иногда значительные средства, и при подключенной централизованной электросети. Не только экономить, но и добавлять необходимую мощность потребителям, если централизованная сеть ограничена по мощности поставщиком, или работает нестабильно при пиковых нагрузках. С общим удорожанием энергоносителей растет и стоимость электроэнергии, и вместе с этим растет интерес к способам сохранения энергии, полученной от солнца днем, или в течение действия «дешевого» тарифа централизованной сети на многотарифных планах.

Аккумуляторы в энергосистемах с солнечными батареями должны уметь работать в условиях нестабильной энергосети, регулярной цикличности (заряда и разряда) и нерегулярной полной зарядки. Создано множество типов аккумуляторов, удовлетворяющих этим условиям в различной степени. Здесь мы рассмотрим особенности каждого типа, включая их стоимость, срок службы, требования к установке и обслуживанию.

Технологии

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Этот тип аккумуляторов используется в системах автономного и резервного энергоснабжения во всем мире уже несколько десятилетий.
Стоимость: стандартные свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого разряда стоят значительно дешевле литий-ионных аккумуляторов.
Цикличность: свинцово-кислотные аккумуляторы с регулируемым клапаном (VRLA) включают в себя модели AGM, с абсорбирующим стекловолоконным сепаратором, и GEL, с электролитом сгущенным до состояния геля внутри аккумулятора. Как правило, AGM аккумуляторы дешевле своих гелевых аналогов, но они выдерживают меньшее количество циклов глубокого разряда. Хотя, в последнее время стали появляться модели AGM-аккумуляторов, не уступающих гелевым по ресурсу, что делает их еще более привлекательными для использования в системах автономного и резервного энергоснабжения.
Новый тип VRLA-аккумуляторов с добавлением нано-карбона более устойчив к сульфатированию (окислению пластин), и, со временем этот тип полностью заменит AGM и гелевые аккумуляторы. Присадки нано-карбона замедляют процесс сульфатации, позволяют заряжать аккумулятор более высоким током (а значит, быстрее), а также увеличивают количество гарантированных циклов разряд-заряда, по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами.
Замена/обслуживание: на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов влияет множество факторов, включая их качество изготовления, конструкцию и условия хранения и эксплуатации. Поэтому предсказать, когда они потребуют замены — очень сложно. Наливные свинцово-кислотные аккумуляторы (с жидким электролитом) требуют регулярного долива воды, т.к. она испаряется из электролита во время заряда. Также, наливные аккумуляторы требуют хорошей вентиляции в помещении, где они установлены, для избежания накопления взрывоопасного водорода.
Гелевые и AGM-аккумуляторы являются рекомбинантными, это значит, что они преобразуют образующиеся внутри аккумулятора газы обратно в воду, и они не требуют никакого обслуживания. Электролит внутри этих аккумуляторов находится в связанном виде, и их можно устанавливать в любом положении, кроме перевернутого. Поскольку системы автономного энергоснабжения иногда устанавливаются в труднодоступных и удаленных районах, возможность установки аккумуляторов и их длительная эксплуатация без обслуживания являются серьезным преимуществом.
Утилизация: правильная утилизация свинцово-кислотных аккумуляторов очень важна, т.к. свинец токсичен. К счастью, сейчас технологии переработки свинца весьма развиты. Пластик, из которого изготавливают корпуса также подлежит переработке. В большинстве случаев электролит, содержащийся в аккумуляторах, очищается от примесей и используется повторно, а извлекаемые из электролита сульфаты смешиваются с другими химикатами и применяются как удобрения.

Литий-ионные аккумуляторы

На текущий момент, литий-ионные аккумуляторы являются самыми распространенными, используемыми для хранения энергии в мире. Например плоские ячейки — в смартфонах и планшетах, цилиндрические — в электроинструменте, призматические — электротранспорте. Призматические ячейки иногда имеют ребристые корпуса, для лучшего охлаждения. Именно аккумуляторы на призматических ячейках наиболее часто используются для хранения солнечной энергии.
Стоимость: аналитики оценили стоимость литий-ионного аккумулятора примерно в 500 $/кВт*ч. Частично высокая стоимость литий-ионных аккумуляторов связана с тем, что для контроля заряда, разряда и температуры каждой ячейки используется специальная плата-контроллер (BMS). Использование BMS необязательно со свинцово-кислотными аккумуляторами, т.к. процессом заряд-разряда управляет контроллер заряда инвертора или солнечных батарей.
Цикличность: литий-ионные аккумуляторы обеспечивают большее количество циклов заряда-разряда, чем свинцово-кислотные, а значит, их срок службы больше. Это делает их хорошим выбором в системах с большим количеством циклов заряд-разряда, например, в системах, служащих для сглаживания пиков потребления, поддержки частоты и напряжения. Еще одним важным преимуществом этих аккумуляторов является возможность заряжать их высоким током, а значит, значительно быстрее, чем свинцово-кислотные. А это важно при использовании солнечной энергии в качестве источника — можно сохранить всю собираемую солнечную энергию в течение дня. К приятным дополнениям к остальным преимуществам служит низкий саморазряд литий-ионных аккумуляторов, что важно для систем, используемых время от времени.
Замена/обслуживание: литий-ионные аккумуляторы гораздо легче своих свинцовых аналогов, их проще транспортировать и устанавливать, менять. Они герметичны, и не требуют обновления электролита, или какого-либо еще обслуживания.
Утилизация: в конструкции литий-ионных аккумуляторов могут использоваться органические и неорганические элементы. Аккумуляторы на органических элементах не содержат токсичных примесей. Аккумуляторы на неорганических элементах утилизировать гораздо сложнее. Неорганические литий-ионные аккумуляторы токсичны и должны утилизироваться особым образом. Отработанные литий-ионные аккумуляторы не представляют интерес для переработки, т.к. переработка подразумевает несколько сложных химических процессов, что делает переработку невыгодной — дешевле купить новый материал, чем извлечь его при утилизации.

Проточные аккумуляторы

Доля проточных аккумуляторов на рынке батарей для хранения солнечной энергии неуклонно растет уже четыре года. В большинстве проточных аккумуляторов используются две электролитные жидкости: одна с отрицательно заряженным катодом, и одна с положительно заряженным анодом. Катод и анод разделены на два резервуара специальной мембраной. Большинство случаев выхода из строя литий-ионных аккумуляторов связаны именно с выходом из строя именно их мембраны, что приводит к короткому замыканию. Но обмен заряженными частицами между электролитами в проточных аккумуляторах не приводит к разрушающему воздействию мембраны, что обеспечивает длительный срок службы и быстрое время реакции.
Стоимость: если рассматривать стоимость хранения квт*ч энергии, то проточные аккумуляторы выгоднее литий-ионных, при этом срок службы таких аккумуляторов составляет десятки лет с минимальным обслуживанием, а электролит может быть использован повторно или продан.
Цикличность: производители проточных аккумуляторов заявляют, что технология не имеет ограничений по цикличности заряд-разряда, что значит, эти аккумуляторы могут заряжаться и разряжаться полностью без сокращения срока их службы.
Замена/обслуживание: мембрана — основной элемент проточного аккумулятора, подверженный деградации. Срок, за который мембрана деградирует до нерабочего состояния может составить десятки лет, что делает проточные аккумуляторы самыми долговечными на рынке хранения солнечной энергии. Проточные аккумуляторы требуют минимального обслуживания. При использовании аккумуляторов других типов, для увеличения емкости банка аккумуляторов требуется добавлять сами аккумуляторы, в проточном нужно лишь увеличить объем электролитов.
Утилизация: хотя способ утилизации зависит от химического состава электролитов, как правило, они малотоксичны и легко утилизируются. Электролит легко очищается от примесей, что позволяет использовать его повторно.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) существуют с начала 1900-ых годов. Хотя у них не такая плотность хранения энергии, как у других технологий, они обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы без сложных систем управления.
Стоимость: никель-кадмиевые аккумуляторы относительно недороги, по сравнению с другими типами аккумуляторов.
Замена/обслуживание: никель-кадмиевые аккумуляторы требуют вентиляции, так как при заряде они выделяют газы. Также, заливные никель-кадмиевые аккумуляторы периодически требуют долива, хотя, последние модели этих аккумуляторов имеют конструкцию, рекомбинирующую газы. Наряду с их способностью нормально функционировать при очень низких и высоких температурах, это делает их идеальным решением для использования в системах автономного энергоснабжения в удаленных районах с суровым климатом. Есть примеры их использования в мегаваттных проектах за Полярным кругом.
Цикличность: никель-кадмиевые аккумуляторы — это надежные батареи с большим сроком службы, некоторые производители обещают срок службы до 20 лет.
Утилизация: кадмий — очень токсичный материал. Его использование в Европе стараются ограничить. Кадмий должен быть извлечен из аккумуляторов до утилизации, и может быть использован повторно, а никель извлекается и применяется в металлургии.

Выбор правильных аккумуляторов

При проектировании систем солнечной генерации емкость банка аккумуляторов очень важна (хотя и игнорируется некоторыми пользователями). Важно знать мощность потребителей энергии и время их работы. Многие производители аккумуляторов предоставляют на своих сайтах калькуляторы для расчета необходимой емкости.
Стоимость владения. При определении общей стоимости владения в течение срока службы аккумуляторов следует учитывать несколько факторов.
Цена: аккумуляторы с низкой ценой привлекательны, но если эта цена обеспечивается низким качеством или временем автономной работы, потребность в частых замене таких аккумуляторов может значительно повысить стоимость владения.
Емкость: емкость банка аккумуляторов важна, т.к. от этого зависит продолжительность автономной работы системы.
Напряжение: необходимо учитывать напряжение банка аккумуляторов, и убедиться, что оно соответствует номинальному напряжению других компонентов системы.
Срок службы или цикличность: наиболее важный параметр, показывает сколько циклов заряд-разряда сможет выдержать банк аккумуляторов, до того, как аккумуляторы начнут деградировать и терять свою эксплуатационные параметры. У большинства производителей аккумуляторы имеют схожие конструкции, вес, емкость, но используемые материалы — различаться, и это скажется на сроке службы.

Жизнь без розетки

Погнались за скоростью

Всем хорош новый Pixel 4, который компания Google представила в октябре 2019 года. Различные эксперты нарекли его «лучшим смартфоном на Android» за высокое качество фото- и видеосъемки, удобный пользовательский интерфейс и сверхпроизводительный процессор. Но, как оказалось, гаджет стоимостью более 50 тысяч рублей при активной нагрузке не смог проработать без дополнительной подзарядки с утра до вечера. Всему виной аккумулятор емкостью всего 2800 миллиампер/часов (мАч), аппетиты топовой начинки гаджета оказались несопоставимы с возможностями элемента питания.

Это далеко не единственный пример того, как производители в погоне за скоростью пренебрегают другими полезными качествами, в первую очередь продолжительностью работы мобильного устройства. Емкость аккумулятора далеко не всегда является определяющим фактором. Если провести аналогию с автомобильной техникой, то на одной зап­равке бензобака дальше уедет модель с меньшим расходом топлива, а не с более мощным двигателем.

Искусство экономить

— Чем больше полезных функций у мобильного устройства, тем больше нагрузка на его аккумулятор, — рассказывает работник ремонтной мастерской мобильных устройств Олег Филимонов. — Поэтому для тех, кто ценит «свободу от розетки» и активно пользуется смартфоном, нужно выбирать в первую очередь сбалансированное решение. Если нужно, чтобы смартфон работал от одной зарядки долго, придется чем-то жертвовать. Это могут быть как конструктивные особенности самого гаджета, так и некоторые программные функции, от работы которых тоже зависит энергопотребление.

Так, по словам эксперта, более выносливые мобильные устройства обладают меньшим размером экрана. Помимо этого, энергопотребление зависит от типа матрицы экрана смартфона. Более прожорливы IPS или TFT, поскольку используют общий источник освещения — диодную лампу, подсвечивающую картинку на экране. В матрицах AMOLED свет излучают сами крохотные пиксели, создающие изображение, а экономия энергопотребления создается за счет ограниченного их использования: ответственные за передачу черного цвета пиксели попросту не включаются. Производители используют преимущества этой технологии, например, для постоянного отображения на экране выключенного смартфона часов, календаря и значков уведомлений. Очень удобно и с минимумом энергозатрат!

От чипсета мобильного устройства, в котором ведущую роль играет главный процессор, энергопотребление зависит в еще большей степени. Но экономить на «железе» в пользу умеренного расхода заряда аккумулятора в IT-сфере не принято. Если у производителя есть возможность поставить в смартфон более мощный процессор, то он ей обязательно воспользуется. Нужно же как-то удивлять пользователей и создавать конкурентные преимущества. Но даже самые производительные процессоры могут умеренно потреблять заряд аккумулятора с помощью энергосберегающих режимов работы. В частности, специальная программа предложит пользователю закрыть некоторые наиболее прожорливые приложения или искусственно ограничить (на время) вычислительные возможности процессора. Если до следующей зарядки аккумулятора еще несколько часов, такими советами пренебрегать не стоит.

Старость — не радость

На сегодняшний день среднестатистическая емкость аккумуляторов смартфонов составляет примерно 3000 мАч и выше. Одного заряда хватает на активное использование гаджета в течение 10-12 часов или на полтора-два дня работы в режиме ожидания звонков. Но каким бы емким ни был элемент питания в мобильном устройстве, рано или поздно его процесс старения даст о себе знать.

— Когда я только приобрел Honor 10, он мог работать от одного заряда аккумулятора весь день, — рассказывает блогер Андрей Анисимов. — Использую смарт­фон очень активно, ведь в сфере моих интересов общение в социальных сетях, чтение книг, игры и, конечно, фотосъемка. Сейчас моему гаджету уже полтора года, и мне приходится его подзаряжать в обед, чтобы он дотянул до вечера. В сервисе мне сказали, что ничего особенного с моим смартфоном не произошло, просто у него состарился аккумулятор.

Современные литий-ионные аккумуляторы в отличие от своих предшественников способны сохранять больший объем энергии, их не надо «тренировать» полной разрядкой. Но эффективное использование таких батареек рассчитано всего на 500-700 циклов зарядки, после чего начнется постепенная деградация элемента питания. Если в сети, от которой заряжается смартфон, часто случаются скачки напряжения или мобильное устройство подолгу используется при минусовых температурах, то стареющий аккумулятор может полностью выйти из строя. Заменить его можно, но процедура обойдется вам примерно от двух до пяти тысяч рублей в зависимости от марки и модели смартфона. Поэтому, приобретая подержанный гаджет, стоит иметь в виду эти расходы на ближайшее время.

Энергии вдоволь

Зачем экономить заряд аккумулятора, если его можно удобно и быстро пополнить. Именно такая стратегия приходит на смену бережливости, заставляя производителей создавать более удобные типы зарядных устройств, а также режимы быстрой зарядки. В частности, это беспроводные ­зарядные устройства. Сегодня производители достаточно часто помещают их в поверхность офисной мебели или в укромные места автомобилей. Сел за руль, положил уставший гаджет на оп­ределенное место и о заряде его аккумулятора можно забыть.

Беспроводные зарядки обеспечивают перенос электроэнергии по воздуху пока на расстояние нескольких миллиметров, но технический прогресс не стоит на месте. Уже сегодня существуют технологии, которые позволяют увеличить расстояние от гаджета до зарядки на несколько сантиметров, а в перспективе в офисах и квартирах могут появиться целые зоны, где смартфоны начнут автоматически подзаряжаться прямо в карманах своих владельцев. Возможно, это займет чуть больше времени, ведь с увеличением дальности мощность передаваемой по воздуху энергии ослабевает. Но так ли это важно, если зоны беспроводной зарядки станут таким же распространенным явлением, как электрические розетки или разъемы USB. Энергия, разлитая в воздухе, будет сопровождать нас на каждом шагу.

Смартфоны с самой долгой автономной работой, по данным тестов ресурса UL Benchmarks

1. DOOGEE BL12000 — 22 часа 52 минуты.

2. OPPO A3s — 16 часов 38 минут.

3. Oukitel WP2 — 16 часов 17 минут.

4. Xiaomi Mi Max 3 — 16 часов 9 минут.

5. Xiaomi Mi 9T — 15 часов 50 минут.

6. Huawei Mate 20X — 15 часов 42 минуты.

7. Blackview BV9500 Pro — 14 часов 58 минут.

8. Samsung Galaxy M30s — 14 часов 29 минут.

9. Xiaomi Mi Max 2 — 14 часов 24 минуты.

10. Motorola Moto E5 Plus — 14 часов 15 минут.

Что делать, если сел аккумулятор

Если аккумулятор сел, то машину оживить все еще можно: есть несколько проверенных способов завести мотор, но не стоит забывать о нюансах. Во-первых, не все из них удобны. Во-вторых, не все подходят для машин с любым типом коробки передач. Конечно, больше всего шансов оживить машину с «механикой» и передним приводом. Рассмотрим все варианты, как запустить двигатель, когда аккумулятор уже не подает признаков жизни.

Самый надежный способ оживить автомобиль с разрядившимся аккумулятором — использовать энергию исправной машины. Для этого второй автомобиль нужно поставить рядом (прямо «бампер в бампер»), открыть капоты и соединить проводами батареи двух машин. Не ошибитесь!

Правильный порядок действий:

1) Заглушить двигатель донора и выключить зажигание.

2) Красный провод присоединить сначала к положительной клемме донора, потом — к разряженной АКБ.

3) Один конец черного провода подключить к «массе» своего автомобиля (например, к блоку цилиндров двигателя или кузову), а второй — к отрицательной клемме донора.

4) Можно заводить. После запуска нужно отключить провода строго в обратной последовательности — такой порядок уменьшит вероятность короткого замыкания при неаккуратном обращении с проводами.

Оба варианта подходят только для машин с механической коробкой и основаны на принципе проворачивания двигателя от колес. Все, что нужно — это второй исправный автомобиль и крепкий трос, но для разгона вполне хватит и двух взрослых людей.

Порядок действий такой:

1) Соединить две машины буксировочным тросом, включить зажигание, выжать сцепление и включить третью передачу, не отпуская сцепления.

2) Водитель буксира должен натянуть трос, плавно тронуться с места и разогнать машины до скорости около 20 км/ч.

3) Водитель буксируемого автомобиля должен плавно отпустить сцепление и в случае успешного запуска подать сигнал ведущему для остановки.

Примерно те же правила действуют и в случае с помощниками, но скорость будет ниже, поэтому может понадобиться несколько попыток.

Передне- или заднеприводную машину с механической коробкой можно завести еще одним экзотическим способом, полагаясь на силу одного человека. Для этого понадобится длинный плоский трос и домкрат.

Порядок действий:

1) Необходимо зафиксировать машину стояночным тормозом, поднять ее домкратом со стороны одного из двух ведущих колес и вывернуть колеса в сторону.

2) Нужно намотать трос на колесо так, чтобы, потянув трос на себя, заставить колесо вращаться против часовой стрелки.

3) Поставить автомобиль на третью передачу, включить зажигание и резким движением попытаться с помощью троса раскрутить колесо.

4) Если двигатель получится запустить, колесо станет вращаться само по себе, и нужно будет сразу включить нейтральную передачу. Межосевой дифференциал передаст весь крутящий момент на висящее в воздухе колесо, что предотвратит самопроизвольное движение машины.

Пуско-зарядные устройства бывают разных типов: от больших промышленных до компактных карманных бустеров. Самые мощные варианты подключаются к электросети, но могут работать и совершенно автономно. Достаточно подключить клеммы устройства к аккумулятору, включить зажигание и запустить двигатель.

Карманный бустер работает так же, как запасной аккумулятор для мобильного телефона, и заряжать его нужно заранее. Такое устройство выдает высокий ток, но надолго его заряда не хватит, поэтому помочь оно может только в тех случаях, когда машина исправна, а на запуск мотора не хватает совсем немного. Кроме того, бустеры не всегда могут помочь с пуском двигателей большого объема и дизелей. Пользоваться им так же просто: нужно подключить «крокодилы» бустера к клеммам аккумулятора, включить зажигание и завести двигатель.

Помните огромные гаражные устройства для зарядки аккумуляторов? Такой агрегат может помочь, но есть один нюанс: быстро зарядить аккумулятор он не сможет, но за сравнительно небольшой срок сможет передать достаточно энергии для успешного запуска.

Главное, что нужно будет сделать, — установить на зарядном устройстве высокую силу тока до 10% емкости аккумулятора. Например, АКБ емкостью 55 ампер-часов нужно заряжать током в 5,5 ампера. В таких условиях батарея автомобиля подзарядится всего за 15 минут.

Важно! Заряжать аккумулятор нужно, отсоединив его от бортовой сети автомобиля. Кроме того, такой способ подзарядки негативно влияет на продолжительность жизни батареи.

Есть и более нестандартные способы запуска мотора. Например, если батарея шуруповерта или другого инструмента имеет напряжение больше 12 вольт, ее тоже можно использовать для помощи.

Действовать нужно так:

1) Подключить к клеммам батареи провода либо изготовить из подручных материалов переходник для стандартных проводов.

2) Большой пусковой ток такая батарея обеспечить не в силах, но за несколько минут она сможет немного пополнить заряд автомобильного аккумулятора.

3) Через 15-20 минут попробуйте запустить мотор.

Слышали советы, что аккумулятор перед запуском нужно прогревать кратковременным включением дальнего света фар? Так вот это не более чем байка. Но можно прогреть аккумулятор в домашних условиях — это дает заметный эффект в холодное время года.

Батарею придется снять, отнести домой, поставить в ванную или глубокий таз, который нужно наполнить горячей водой до уровня верхней крышки АКБ. Через 15 минут батарея станет теплой, а через полчаса прогрева даже почти разряженный аккумулятор сможет дать достаточно тока для запуска двигателя.

Самый экзотический способ оживить севший аккумулятор связан с использованием спиртосодержащих жидкостей. Они заливаются в банки аккумулятора и вызывают химическую реакцию. С необслуживаемыми батареями этот способ не работает.

Лучше всего использовать сухое вино с невысокой концентрацией спирта и отсутствием сахара. Более крепкий алкоголь придется разбавить. В каждый блок батареи заливается по 30 мл вина. Химическая реакция понизит внутреннее сопротивление АКБ, напряжение батареи станет выше, и у автомобилиста появится шанс запустить двигатель. Увы, после этой процедуры аккумулятор придется выбросить.

Накопители энергии

TVA планирует запустить к 2022 году систему хранения энергии мощностью 40 МВтч (сентябрь 2020)

Управление долины Теннесси впервые приобретет собственную систему хранения энергии на базе аккумуляторных батарей. TVA объявила, что устанавливает хранилище аккумуляторных батарей рядом с промышленным комплексом в Воноре (Vonore), штат Теннеси. Система хранения энергии Vonore Battery будет использовать литий-ионные аккумуляторы для хранения 40 МВтч энергии.

Предполагается, что объект Vonore будет введен в эксплуатацию в 2022 году. Он будет расположен рядом с промышленными потребителями, обслуживаемыми Loudoun Utilities Board, и не потребует добавления новых линий электропередачи.

Vonore BESS будет первой системой хранения батарей TVA, которая будет подключена к сети, но не единственной системой хранения батарей в масштабе сети, которую TVA будет использовать. В феврале TVA объявила о солнечном проекте в округе Лоундс, штат Миссисипи, в рамках своей программы Green Invest , которая будет также включать 200 МВт-ч аккумуляторов энергии. Оба проекта аккумуляторов являются частью Интегрированного ресурсного планирования TVA в 2019 году.

В Нидерландах введена в строй гибридная система накопления энергии: Li-ion плюс маховики (сентябрь 2020)

В Нидерландах введена в эксплуатацию инновационная гибридная система накопления энергии, состоящая из литий-ионных аккумуляторов производства швейцарской компании Leclanché и механических накопителей (маховиков) от голландского разработчика S4 Energy.

Литий-ионные батареи мощностью 8,8 МВт и ёмкостью 7,12 МВт*ч работают вместе с шестью шестью маховиковыми системами KINEXT общей мощностью 3 МВт. Мощность объекта в размере 9 ГВт используется голландским системным оператором TenneT для поддержки стабилизации частоты в энергосистеме. Как отмечают разработчики проекта, дополнение литий-ионных аккумуляторов маховиками позволит продлить срок службы батарей как минимум до 15 лет и повысит ценность системы в целом для TenneT.

По данным S4 Energy, KINEXT обладает массой 5000 кг и раскручивается до скорости 950 км/ч. Эффективность устройства достигает 92%. Скорость отклика менее 20 миллисекунд.

Голландия, которая несколько последних десятилетий опиралась на природный газ, быстро наращивает мощности ВИЭ. Например, солнечная энергетика страны выросла по итогам 2019 г до 7 ГВт, а офшорные ветровые электростанции к 2030 году будут вырабатывать 40% электроэнергии. В этих условиях эффективные системы накопления энергии, конечно, являются хорошим подспорьем для системных операторов.

Разработана уникальная молекула для хранения солнечной энергии (сентябрь 2020)

Исследователи из Университета Линчёпинга (LiU), Швеция, разработали молекулу, которая поглощает энергию солнечного света и сохраняет ее в химических связях. Возможное долгосрочное использование молекулы заключается в эффективном улавливании солнечной энергии и хранении ее для дальнейшего использования. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society (JACS).

Молекула может принимать две разные формы: родительскую форму, которая может поглощать энергию солнечного света, и альтернативную форму, в которой структура родительской формы была изменена и стала намного более энергоемкой, оставаясь при этом стабильной. Это дает возможность эффективно хранить энергию солнечного света в молекуле.

Молекула принадлежит к группе, известной как «молекулярные фотопереключатели». Они всегда доступны в двух различных формах, изомерах, которые различаются по своей химической структуре. Эти две формы имеют разные свойства, и, в случае молекулы, разработанной исследователями LiU, эта разница заключается в содержании энергии. Большинство химических реакций начинается в состоянии, когда молекула имеет высокую энергию и затем переходит в молекулу с низкой энергией. В новом исследовании ученые поступили наоборот — молекула с низкой энергией становится молекулой с высокой энергией.

Теперь исследователи изучат, как накопленная энергия может быть высвобождена из богатой энергией формы молекулы наилучшим образом.

В Калифорнии введена в строй крупнейшая в мире батарейная система накопления энергии мощностью 250 МВт (август 2020)

Компания LS Power ввела в эксплуатацию крупнейшую в мире систему накопления энергии (СНЭ), в основе которой литий-ионные аккумуляторы. Расположенный в округе Сан-Диего (Калифорния) объект Gateway Energy Storage имеет мощность 250 МВт.

Система, в которой работают батареи LG Chem и инверторы SMA, спроектирована компанией NEC. LS Power не называет ёмкость СНЭ, однако эксперты оценивают её в 1-1,5 ГВт*ч, поскольку «редко можно увидеть крупномасштабный накопитель с продолжительностью хранения менее четырёх-шести часов». Новая батарея будет задействована для интеграции всё возрастающих объёмов солнечной генерации в штате Калифорния и повышения надёжности региональной энергосистемы.

Gateway Energy Storage, по-видимому, является крупнейшим среди действующих накопителей энергии на основе батарей в мире.

В США началось строительство литий-ионного меганакопителя (август 2020)

Pacific Gas & Electric и Tesla начали строительство литий-ионной системы хранения энергии 182,5 МВт/730 МВтч в округе Монтерей, Калифорния. PG&E будет владеть объектом на своей подстанции в Moss Landing, но проектирование, строительство и техническое обслуживание будут осуществляться совместными усилиями PG&E и Tesla.

Партнеры считают, что Moss Landing станет крупнейшей в мире системой хранения энергии на литий-ионных аккумуляторах. Она включает установку 256 аккумуляторных блоков Tesla Megapack на 33 бетонных плитах. В одном блоке Megapack (который был выпущен компанией в прошлом году и производится на гигафабрике Tesla в Неваде) может храниться до 3 МВт-ч электроэнергии. В каждом блоке наряду с аккумуляторами размещается оборудование для преобразования энергии. Кроме того, вместе с мегапакетами также будут установлены трансформаторы и распределительные устройства для подключения накопителя энергии к системе передачи 115 кВ.

Эта система будет иметь емкость для хранения и отправки в сеть до 730 МВт-ч энергии с максимальной выдачей мощности 182,5 МВт в течение четырех часов в периоды высокого спроса. Соглашение PG&E с Tesla предусматривает возможность увеличения емкости системы до шести часов или 1,1 ГВт-ч в целом.

Созданные в Новосибирске накопители энергии установят на гибридных электростанциях Чукотки (июль 2020)

Накопители энергии, созданные на новосибирском предприятии «Системы накопления энергии» совместно с учеными Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), в ближайшее время будут установлены на гибридных солнечно-дизельных энергоустановках компании «Хевел» в поселке в Красноярском крае, а также на Чукотке, сообщил ТАСС руководитель отдела продаж компании Роман Фролов.

Во многих отдаленных населенных пунктах на севере России нет подключения к центральному энергоснабжению, из-за чего питание поселков осуществляется за счет дизельной генерации, очень дорогостоящего способа получения электричества. Иногда из-за экономии в поселках нет света большую часть суток. Для решения этой проблемы в таких населенных пунктах строятся солнечно-дизельные электростанции, которые сочетают в себе два способа получения электроэнергии, что обеспечивает непрерывное энергоснабжение.

Программное обеспечение, разработанное ГК «Хевел», позволяет контролировать выработку солнечной электростанции, и в случае, если пасмурная погода не позволяет станции накапливать энергию или она быстро расходуется, автоматически включать дизельные генераторы. ПО работает совместно с системами накопления энергии, разработанными в Новосибирске. Мощность оборудования варьируется от 100 киловатт до десятков мегаватт. «Накопитель компенсирует неравномерность выработки электроэнергии возобновляемыми источниками. Аккумуляторы выполнены из лития железофосфата», — рассказал Фролов.

Ранее оборудование, созданное компанией «СНЭ», было установлено на Бурзянской солнечной электростанции в Башкирии, а также в Республике Тыва.

Био-батарея. Исследователи используют бактерии для выработки электроэнергии (июль 2020)

Существующие электронные устройства, представленные на рынке, состоят из неорганических материалов. Однако в лабораториях готовятся «микробы-киборги», которые скоро начнут производить электричество. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) впервые описали биогибридный материал с хорошей проводимостью, который можно использовать для производства «микробного электричества». Что важно, поток электронов в описанной ими био-батарее является управляемым.

Бактерия Shewanella oneidensis относится к так называемым экзоэлектрогенным бактериям. Они могут генерировать электроны в процессе обмена веществ и транспортировать их наружу клетки. Согласно KIT, попытка сделать это электричество пригодным для использования всегда ограничивалось слабым взаимодействием организмов с электродом. В отличие от обычных аккумуляторов, материал в «био-батарее» должен не только проводить электроны к электроду, но в то же время оптимально связывать как можно больше бактерий с электродом. Однако до сих пор проводящие материалы, в которые могут быть внедрены бактерии, либо были неэффективными, либо процессы, проходящие в них, не поддавались контролю. Исследователи KIT нашли решение. Они смогли разработать нанокомпозитный материал, который поддерживает рост экзоэлектрогенных бактерий и в то же время проводит ток контролируемым образом. Они создали пористый гидрогель, который состоит из углеродных нанотрубок и наночастиц кремнезема (SiNPs), сплетенных между собой нитями ДНК.

После формирования основы структуры материала, в его состав был введён раствор, в котором содержатся сами экзоэлектрогенные бактерии Shewanella oneidensis и все необходимые им питательные вещества. Выращивание Shewanella oneidensis в проводящих материалах показывает, что экзоэлектрогенные бактерии колонизируют каркас, в то время как другие бактерии, такие как Escherichia coli, остаются только на поверхности матрицы». Кроме того, исследовательская группа смогла доказать, что чем больше бактериальных клеток колонизирует проводящий синтетический матрикс, тем больше увеличивается поток электронов. Полученный биогибридный композит оставался стабильным и показывал электрохимическую активность в течение нескольких дней, доказывая способность эффективно проводить электроны, вырабатываемые бактериями, к электроду.

Найден способ повысить емкость литий-ионных батарей (июнь 2020)

Международная команда ученых обнаружила, что кристаллы сурьмы спонтанно и обратимо опустошаются во время циклов заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что можно создать батареи с большей плотностью энергии, не опасаясь их ускоренного износа из-за быстрого разрушения анода.
А более емкие аккумуляторы дадут совершенно новый пользовательский опыт в самых разных отраслях.

Литий-ионные батареи вырабатывают электричество, запуская ионы вперед — назад между двумя электродами, катодом и анодом. При этом в процессе заряда и разряда анод попеременно то разбухает, то съеживается. Попытки увеличить плотность энергии таких батарей приводят к ускоренному разрушению анода, так как он с большей интенсивностью получает и отлает ионы лития. В итоге срок службы батареи резко сокращается, возникают проблемы с ее безопасностью.

Однако, команда исследователей из США и Швейцарии, кажется, нащупала возможное решение, пишет New Atlas. Проблему могут решить микрочастицы сурьмы — в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса, которые способны приспосабливаться к изменениям внутреннего объема анода, сохраняя стабильную внешнюю поверхность. Открытие позволило вовсе избежать типичного усадочного поведения анода. Покрытые оксидом нанокристаллы сурьмы во время цикла заряда/разряда не меняют своего объема. Когда ионы покидают внутреннюю полость кристаллов, они не сжимаются, а сохраняют объем благодаря жесткому слою оксида. Единственная особенность — подобное поведение наблюдалось только в частицах диаметром менее 30 нанометров. Лабораторный эксперимент на небольших батареях дал положительные результаты, и команда надеется повторить его на батареях большего размера. Кроме того, сурьма довольно дорогой материал, так что в дальнейшем ученые надеются заменить ее на что-то подешевле, например, на олово.

В Великобритании создается новая гравитационная система накопления энергии (май 2020)

Шотландский стартап Gravitricity объявил о начале пилотного проекта гравитационного накопителя энергии на промышленной площадке в порту Лит (Эдинбург), крупнейшем закрытом глубоководном порту Шотландии. Прототип мощностью 250 кВт будет использовать два 25-тонных груза, подвешенных на 16-метровой вышке на стальных тросах. Стоимость проекта составляет 1 млн фунтов стерлингов.

Двухмесячная программа испытаний должна подтвердить модельные расчёты и создать основу для первого полномасштабного проекта компании мощностью 4 МВт, который собираются начать в 2021 году. Система Gravitricity промышленного масштаба устанавливается над 150-1500-метровой шахтой. Электроэнергия используется для поднятия груза (накопление) и вырабатывается при его опускании в шахту. Масса грузов в промышленной системе Gravitricity, по данным компании, может варьироваться от 500 до 5000 тонн. Компания заявляет время отклика – с нуля до полной мощности – менее одной секунды. Срок службы: 50 лет без потери производительности. Gravitricity планирует внедрять свою технологию в вышедших из эксплуатации шахтах по всему миру.

Гравитационные накопители – одна из перспективных технологий хранения энергии, которая тестируется в разных странах, но пока не реализована в промышленных объёмах (ГАЭС – ближайший аналог гравитационных СНЭ – мы здесь не рассматриваем). Швейцарская компания Energy Vault собирается поставить систему мощностью 4 МВт и емкостью 35 МВт*ч для энергетической компании Tata Power.

Одномерные углеродные нити помогают создать эффективный механический аккумулятор энергии (апрель 2020)

Физики из Австралии и Сингапура показали, что одномерные углеродные структуры, собранные в пучок, позволяют эффективно хранить механическую энергию и могут быть использованы в качестве стабильного аккумулятора. Работа представлена в журнале Nature Communications. С появлением низкоразмерных углеродных структур возникла возможность хранить энергию прямо в механических системах, таких как углеродные нанотрубки. По сравнению с литий-ионными батареями, механический аккумулятор на основе нанотрубок обладает быстрой зарядкой и разрядкой и, как правило, является гораздо более стабильным. Эти уникальные особенности делают углеродные структуры идеальными строительными блоками для искусственных мышц, мягкой робототехники и гибкой электроники.

Однако, производство длинных углеродных нанотрубок затруднительно. В 2015 году ученые предложили одномерные углеродные структуры, углеродные нити, которые оказались значительно проще в изготовлении, но при этом пучки таких нитей обладают похожими на нанотрубки механическими свойствами. Ученые предложили использовать углеродные нити в качестве механического аккумулятора и впервые сравнили эффективность хранения энергии в нитях с той же эффективностью в нанотрубках. Они провели теоретический анализ, основанный на численных симуляциях, пучка углеродных нитей, и выявили четыре основных деформации, в которых можно хранить энергию: кручение, растяжение, сгибание и радиальное сжатие. Рассчитав механическую энергию каждой деформации, авторы пришли к выводу, что в кручении и растяжении пучка нитей можно запасти больше всего удельной энергии, которая сравнима с удельной энергией, запасенной в нанотрубке.

Оптимизируя возможные комбинации расположения углерода в нитях, физики пришли к выводу, что в пучок обладает плотностью энергии 1,76 мегаджоуля на килограмм, в то время как металлическая пружина обладает всего 140 джоулей на килограмм, а литий-ионные батареи до 0,8 мегаджоулей на килограмм.

Число установленных домашних накопителей энергии в ФРГ превысило 200 тысяч (апрель 2020)

Согласно анализу EuPD Research, в 2019 году в Германии было установлено около 65000 домашних систем накопления энергии, на 20 тысяч больше, чем годом ранее. За прошедшие два года их число в стране удвоилось и достигло 206 тысяч. Аналитики видят основные причины значительного увеличения спроса на хранение энергии в быстром росте домашних солнечных электростанций, в частности в сегменте от 3 до 10 киловатт мощности. Другими факторами повышенного интереса к системам накопления энергии явились рост цен на электроэнергию для частных домохозяйств и рост количества электромобилей.

Согласно анализу EuPD, почти 90 процентов всех новых частных фотоэлектрических систем в настоящее время устанавливаются вместе с домашней системой хранения энергии. Кроме того, всё чаще накопители приобретаются для модернизации существующей солнечной электростанции.

EuPD Research также приводит рейтинг крупнейших поставщиков на немецком рынке домашнего хранения энергии. Sonnen традиционно является лидером, его доля в 2019 году составила 20%, однако на пятки ему стала наступать китайская BYD (19%). Германские E3 / DC и Senec заняли третье-четвертое места с долей 14% у каждого, за ними которым следует LG Chem, занявшая 12%. Совокупная доля этих пяти лидеров превышает 75 процентов.

Tesla запатентовала новый электрод для автомобильного аккумулятора на пробег более 1 млн. 600 тыс. километров (апрель 2020)

Компания Tesla рассказала о новом патенте, который приближает появление обещанной батареи с огромным сроком службы. В документе описан новый процесс литирования элементов питания, повышающий качество аккумуляторов и, в потенциале, снижающий расходы на производство.

Tesla подала патентную заявку на новый метод синтеза никель-кобальт-алюминиевых (NCA) электродов. Документ описывает инновационный подход к нагреву этих электродов, который, в отличие от предыдущих, не приводит к образованию примеси L15AIO4. Снижение количества лития в батарее сокращает объем нежелательных примесей, а также приводит к получению «материалов с повышенными электрохимическими свойствами».

Как сказано в заявке, батареи будут нагреваться до температуры достаточно высокой, чтобы запустить рост монокристаллов. Новое соотношение лития к другим металлам ограничит образование примесей во время первичного процесса нагревания. Затем батарею нагреют во второй раз, уже до менее высокой температуры. Авторы патента указывают, что этот процесс помогает получить свободный от примесей монокристалл NCA, который позволяет элементам питания работать в течение 4000 с лишним циклов.

Столь длительный срок службы равен пробегу примерно в 1 миллион 600 тысяч километров без замены аккумулятора или заметного ухудшения качества его работы.

Легированные бором наноалмазы улучшают характеристики суперконденсаторов (апрель 2020)

Группа японских учёных из Токийского университета наук и корпорации Daicel обнаружила способ улучшить характеристики суперконденсаторов, используя новый электродный материал — легированные бором наноалмазы.

Этот материал имеет широкое окно электрохимической стабильности, что позволило увеличить напряжение на конденсаторе и, как следствие, нарастить объём запасаемой энергии. Для изготовления электрода применены стимулируемый СВЧ-излучением метод осаждения из газовой фазы (средний размер полученных алмазных кристаллов — 4,7 нм) и последующая температурная обработка на воздухе. При лабораторном тестировании образец суперконденсатора с сернокислотным электролитом выдержал 10 тысяч циклов заряда-разряда без ухудшения характеристик. Его удельная ёмкость оценивается величиной 15,1 Ф/г, удельная энергия — 10 Вт·ч/кг.

В России накопители электроэнергии могут признать генерирующим оборудованием (апрель 2020)

«Совет рынка» предлагает приравнять системы накопления энергии к генерирующему оборудованию. Владельцы даже небольших промышленных аккумуляторов мощностью 1 МВт смогут продавать электроэнергию на оптовом рынке наравне с электростанциями. Системы накопления энергии (СНЭ), до сих пор находящиеся вне регулирования, могут получить статус «разновидности генерирующего оборудования», а их владельцы — участвовать в торгах на оптовом и розничных энергорынках. Такую концепцию «Совет рынка» обсудил с экспертами на сессии НТИ «Энерджинет» 16 апреля. Проект постановления, касающийся СНЭ, планируется внести в Минэнерго в сентябре.

Владельцы накопителей смогут по ночам покупать дешевую электроэнергию, продавая ее днем в пиковые часы. На оптовый рынок будут допускать владельцев даже сравнительно небольших аккумуляторов — от 1 МВт. На рынке на сутки вперед (основной сектор торговли электроэнергией) владельцы СНЭ будут подавать специальные ценовые заявки на разность между ценой продажи и ценой покупки электроэнергии. В конкурентном отборе мощности новые игроки будут участвовать на общих основаниях. Предстоит установить требования по определению готовности и порядок аттестации СНЭ.

Глава Агентства энергетического анализа Алексей Преснов согласен, что СНЭ трудно конкурировать с традиционной генерацией даже в пиковые часы: «Они могли бы быть востребованы на рынках резервов и «гибкости» (flexibility), как это происходит за рубежом в контексте бурного развития ВИЭ. Но в РФ нет ни значимого проникновения ВИЭ, ни отдельных рынков резервов и гибкости».

Опубликована дорожная карта европейских НИОКР в области аккумуляторных технологий (апрель 2020)

Европа стремится сократить разрыв с азиатской и североамериканской промышленностью в области разработки и производства аккумуляторов. Для этого ЕС реализует ряд стимулирующих программ и мероприятий. Одной из таких программ является крупномасштабная долгосрочная европейская исследовательская инициатива BATTERY 2030+, конечная цель которой — создание устойчивого производства аккумуляторов будущег», которые позволят Европе достичь целей, предусмотренных в «Зелёном соглашении».

Инициатива BATTERY 2030+ призвана:

— изобрести сверхвысокопроизводительные батареи, которые были бы безопасными, доступными и устойчивыми, обладали длительным сроком службы;

— предоставить новые инструменты и передовые технологии для европейской аккумуляторной промышленности по всей цепочке создания стоимости;

— обеспечить долгосрочное европейское лидерство как на существующих рынках, так и в будущих развивающихся.

В апреле с.г. инициатива BATTERY 2030+ опубликовала свою дорожную карту, в которой описано, в каком направлении будут вестись европейские НИОКР по аккумуляторным технологиям. Дорожная карта BATTERY 2030+ представляет три всеобъемлющие темы и шесть областей исследований, которые необходимы для создания устойчивых батарей будущего. Первые проекты из дорожной карты BATTERY 2030+ уже были одобрены и запущены ЕС. Консорциум координируется Университетом Уппсала. В нем участвует огромное число университетов, исследовательских центров и профессиональных ассоциаций со всей Европы.

Mercedes создал органический аккумулятор для электромобилей (апрель 2020)

Компания Mercedes-Benz решила создать органический аккумулятор для электромобилей. Основой технологии станет графит, основанный на органических элементах с водным электролитом. Это позволит исключить использование тяжелых и токсичных металлов в батареях, а утилизировать их можно будет путем компостирования. Вместе с тем, органический аккумулятор не будут уступать традиционным аккумуляторам по своим свойствам – их плотность энергии и поддержка быстрой зарядки будут идентичными.

Компания уже представила свою разработку вместе с концептом Mercedes-Benz Vision AVTR. Однако руководитель отдела Mercedes по исследованиям аккумуляторов Андреас Хинтеннах считает, что совершенствование технологии и начало массового производства таких аккумуляторов произойдет не раньше, чем через 15 лет.

Автомобили на электротяге пока считаются наиболее чистыми транспортными средствами во всем мире. Однако это не совсем так. Несмотря на то, что электромобили совсем не имеют вредных выбросов, они все же не являются безопасными, как все считают. А все из-за тяжелых металлов, содержащиеся в их аккумуляторных батареях, в частности, кобальт и литий. Поэтому существуют определенные проблемы и с утилизацией аккумуляторов.

Плотность энергии новой твердотельной литий-ионной батареи в 3,5 раза выше, чем у Tesla (март 2020)

Инженеры компании Samsung сообщили о создании твердотельного литий-металлического аккумулятора с плотностью энергии 900 Вт*ч/л. Это минимум в 3 раза превосходит плотность энергии лучших на сегодняшний день литиевых аккумуляторов. При этом новый аккумулятор намного безопаснее аналогов. Его появление совершит революцию в электромобилях — позволит снизить на 50% размер аккумуляторов (это половина веса и треть стоимости электрокаров), увеличив при этом пробег машин вдвое.

Исследователи из компании Samsung опубликовали работу с описанием твердотельной литий-металлической батареи нового поколения. Как сообщает Clean Technica, плотность энергии у нее намного выше, чем у традиционных литий-ионных аккумуляторов. К тому же, за счет отсутствия электролита, такая конструкция более безопасна.

Долгое время основной проблемой литий-металлических аккумуляторов оставалось нарастание дендритов на анодах. В Samsung нашли способ справиться с ней — серебряно-углеродное напыление на поверхности анода. Слоя толщиной 5 микрометров оказалось достаточно, чтобы защитить батарею от разрушения. Новый подход позволил довести плотность энергии в аккумуляторах до 900 Вт*ч/л. Для сравнения: лучшие литий-ионные батареи сегодня имеют плотность энергии в районе 250 Вт*ч/кг. В случае успеха литий-металлические батареи можно будет использовать во всех видах электроники. В частности, они позволят ускорить распространение электромобилей: можно будет одновременно уменьшить вес батарей и в тоже время существенно увеличить дальность пробега на одной зарядке.

Total реализует крупнейший во Франции проект по аккумулированию энергии (март 2020)

Нефтегазовый гигант Total объявил, что построит во Франции накопитель энергии мощностью 25 МВт и ёмкостью 25 МВт*ч близ порта Дюнкерк. Это будет крупнейшая в стране система накопления энергии на основе литий-ионных батарей.

Поставщиком решения является Saft, дочерняя компания Total. Система Intensium Max 20 High Energy состоит из 11 контейнеров, содержащих 2,3 МВт*ч каждый. Проект реализуется по результатам конкурсного отбора, проведённого французским системным оператором RTE. Система накопления энергии будет использоваться для предоставления услуг быстрого резерва в целях поддержки стабильности французской энергосистемы.

Total подчеркивает, что он создаёт портфель низкоуглеродных электроэнергетических проектов, на долю которых должно приходиться 15-20% продаж компании к 2040 году.

Ученые предлагают заменить в современных аккумуляторах литий на калий (март 2020)

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), сообщается о путях преодоления хорошо известной проблемы — так называемых дендритов в аккумуляторах. В частности, предлагается заменить литий калием — гораздо более распространённым и менее дорогим элементом.

У батареи два электрода — катод и анод. В литий-ионном аккумуляторе катод обычно сделан из кобальтита лития, а анод из графита. Во время циклов зарядки и разрядки ионы лития путешествуют между этими двумя электродами. Простая замена кобальтита лития на кобальтит калия не работает — производительность такого аккумулятора низка. Но решение есть — но для этого надо заменить графит анода металлическим калием. «С точки зрения производительности решение может соперничать с традиционной литий-ионной батареей», — говорит ведущий автор исследования, профессор Нихил Кораткар (Nikhil Koratkar).

Дендриты на аноде батареи образуются из-за неравномерного осаждения металла по мере того, как в аккумуляторе чередуются циклы зарядки и разрядки. Со временем конгломераты металлического калия становятся длинными и ветвистыми. В конечном итоге дендриты могут разрушить мембрану, которая нужна для разделения электродов — тогда случается короткое замыкание, и в случае достаточно мощной батареи, возгорание устройства.

Научная группа Кораткара в 2018 году предложила метод борьбы с дендритами. Для этого предполагалось нагревать аккумулятор до определённой температуры, при которой поверхность анода разглаживается. Суть метода не в том, чтобы расплавить металл, а в том, чтобы усилить поверхностную диффузию. Новая работа показывает, что в случае замены лития на калий, батареи можно будет «лечить» при более низкой температуре. Предполагается, что в будущем устройства будут способны автоматически запускать механизм восстановления своей батареи.

Американская стартап-компания UC Won предложила концепцию геотермального накопителя энергии (март 2020)

Американская стартап-компания UC Won (торговая марка RenewGeo) предложила концепцию геотермального накопителя GeoTES (Geological Thermal Energy Storage) для круглосуточного использования солнечной энергии.

Идея разработки — создать систему нового типа, объединив солнечные тепловые коллекторы с параболическими зеркалами, подземное хранилище тепла в осадочных породах и паросиловое электрогенерирующее оборудование. Днём солнце нагревает и испаряет воду в трубках солнечных коллекторов, откуда выходит пар c температурой до 300 °C. Этот пар поступает в турбину и одновременно закачивается под землю, разогревая легко проницаемую осадочную породу. Ночью под землю закачивается уже вода, которая там испаряется под воздействием разогретых камней. Получаемый пар поступает в турбину для выработки электроэнергии. Таким образом, в пустынной местности, где мало пасмурных дней, энергоустановка может выдавать электроэнергию практически непрерывно.

Для сокращения подземных потерь тепла предполагается бурить множество вертикальных нагнетательных и добывающих скважин, расположенных по принципу шахматной доски. В настоящее время компания пытается опробовать предложенную концепцию в Неваде, пользуясь инфраструктурой старой геотермальной электростанции.

Изобретение корейских инженеров удвоит запас хода электромобилей (март 2020)

В большинстве современных электромобилей установлены аккумуляторы с графитовым анодом. По мнению экспертов, замена графита на кремний могла бы увеличить емкость батарей и значительно увеличить запас хода электрокаров. Однако у кремниевых анодов есть серьезная проблема — нестабильность. После нескольких циклов зарядки и разрядки их емкость значительно снижается. Было предложено несколько способов увеличить стабильность кремния, но все они слишком сложны и дороги для коммерческого применения.

Свой подход к решению проблемы представили ученые из Корейского института передовых технологий, о работе которых рассказывает Phys.org. Команда обратилась к привычным в быту веществам — воде, маслу и крахмалу. Исследователи растворили кремний в масле и крахмал в воде, а затем смешали их между собой. После термической обработки смеси у них получился прочный углеродно-кремниевый композит. Эксперименты показали, что композитный анод обладает в четыре раза большей емкостью, чем графитовый аналог — 1530 мА*ч/г против 360 мА*ч/г. При этом она остается стабильной на протяжении 500 циклов. Более того, новый материал позволит аккумулятору заряжаться на 80% всего за пять минут.

По словам авторов, простота процессов и доступность использованных материалов позволят коммерциализировать технологию и начать массовое производство в кратчайшие сроки. Исследователи полагают, что благодаря композитным катодам можно будет вдвое увеличить дальность пробега электромобилей. Кроме того, разработка увеличит емкость систем хранения энергии.

Ростех и Titan Power Solution создают новые виды суперконденсаторов и Li-Ion батарей (февраль 2020)

Холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех и резидент инновационного центра «Сколково» компания Titan Power Solution заключили соглашение о сотрудничестве. Партнерство направлено на развитие современных технологий хранения энергии для транспортной индустрии и топливно-энергетического комплекса. Главная цель проекта – создание и вывод на рынок современных суперконденсаторов и литий-ионных батарей. Ожидается, что основными заказчиками изделий станут производители различных видов транспорта и компании топливно-энергетического комплекса.

Соглашение о сотрудничестве подписали генеральный директор концерна «Вега» холдинга «Росэлектроника» Вячеслав Михеев и генеральный директор Titan Power Solution Владимир Ворожейкин. Документ также предусматривает локализацию производства и тестирование разработок на мощностях концерна и совместное участие в коммерческих проектах в сфере энергетики, телекоммуникаций, связи, транспорта, других высокотехнологичных отраслях промышленности. Кроме того, стороны рассматривают возможность создания совместного предприятия.

Ростех ведет широкий спектр разработок в сфере энергетики и электротранспорта. Среди них генерирующие установки, зарядные станции, электромобили, электробусы и электромотоциклы. В частности, в число новинок Госкорпорации входят последние модификации электробусов КАМАЗа для системы общественного транспорта Москвы и электромотоцикл концерна «Калашников» в стиле Caferacer.

Производство топливных элементов в мире превысило 1 ГВт общей мощности (январь 2020)

Прошлый год был большим для индустрии топливных элементов. Согласно отчету энергетических консультантов E4tech, примерно 1,1 гигаватт (ГВт) мощности топливных элементов было произведено во всем мире в 2019 году. Это на 40% больше по сравнению с уровнем 2018 года. Отмечается, что основной интерес к водородным топливным элементам был связан с электромобилями на топливных элементах (FCEV). Toyota и Hyundai занимают лидирующие позиции в этом направлении, и на их долю приходится две трети от прошлогодних 1,1 ГВт мощностей используемых топливных элементов. Кроме того, в отчете отмечается, что рынок «водородных» грузовиков, автобусов и микроавтобусов также растет, и поэтому на долю всех транспортных средств в 2019 году приходилось более 900 мегаватт (МВт).

Промышленности топливных элементов еще предстоит пройти долгий путь. С точки зрения использования водорода частным сектором в качестве топлива, сектор все еще находится в зачаточном состоянии. Тем не менее, E4tech говорит, что признаки «водородной революции» растут по всему миру. Крупные пивоваренные компании, такие как AB InBev, крупные нефтегазовые компании, такие как Shell, и компании, занимающиеся утилизацией отходов, такие как Veolia, все поддержали использование водородных транспортных средств. А годы такие крупные автопроизводители, как Toyota, Hyundai, Daimler и Nikola Motors, усилили свое финансирование водородных технологий.

В настоящее время крупнейшим рынком топливных элементов является азиатский регион, на его долю приходится 680 мегаватт (МВт) мощности отрасли топливных элементов. При этом, в других регионах мира также наблюдается рост производства и использования водородных топливных элементов, в том числе в Великобритании, где были разработаны планы по превращению водорода в ключевой элемент низкоуглеродной экономики.

В США запускают программу по достижению мирового лидерства в сфере хранения энергии (январь 2020)

Министерство энергетики США (DOE) объявило о запуске инициативы Energy Storage Grand Challenge, которую оно называет «комплексной программой, направленной на ускорение разработки, коммерциализации и использования технологий накопления энергии следующего поколения и поддержания американского глобального лидерства в накоплении энергии». Концепция, как объясняет DOE, заключается в том, чтобы к 2030 году обеспечить и удерживать мировое лидерство в области использования и экспорта накопителей энергии на основе надежной производственной цепочки поставок, независимой от иностранных источников критически важных материалов. Инициатива связана с тем , что на начало 2019 года 73% производства литий-ионных аккумуляторов в мире приходилось на Китай, а США находились на втором месте — 12%.

Программа будет реализовываться под контролем Комитета по исследованиям и технологиям Министерства энергетики США (RTIC), созданного в 2019 году. В его рамках действует Подкомитет по хранению энергии. В качестве первого шага DOE опубликует запросы на информацию (RFI) с целью получения отзывов заинтересованных сторон по ключевым вопросам рассматриваемой темы. В ближайшие недели Министерство энергетики также проведет серию семинаров с ключевыми заинтересованными сторонами, чтобы поделиться информацией о различных технологиях хранения энергии, узнать больше о существующих препятствиях для их развертывания и помочь начать работу по выводу этих технологий на рынок. Затем будет разработана «скоординированная дорожная карта НИОКР до 2030 года» для широкого набора технологий хранения энергии и гибкости.

В заявлении DOE сказано, что программа будет основываться на бюджетной Инициативе по передовым технологиям хранения энергии стоимостью $158 млн. Также говорится, что будет использоваться «скоординированный набор возможностей финансирования НИОКР, премий, партнерских отношений и других программ».

Tesla запатентовала новую смесь для более дешевых и долговечных аккумуляторов (январь, 2019)

2019-й год был для Tesla успешным по многим показателям — акции компании достигли исторического максимума, а по стоимости она теперь входит в топ-3 мировых автопроизводителей. Завершает год еще одно достижение — патент на новое химическое соединение для аккумуляторов. В сентябре канадские ученые из Университета Далхаузи опубликовали патент на новую батарею, которую они разработали для Tesla. Это литий-ионный аккумулятор с монокристаллическим катодом и усовершенствованным электролитом, которого должно хватить электромобилю на 1,6 млн км.

Теперь же автокомпания подала заявку через свое канадское подразделение на международный патент, озаглавленный: «Диоксазолоны и нитриловые сульфиты как электролитные добавки для литий-ионных бататей». Судя по тексту патента, который приводит Elecrek, речь идет о новой аккумуляторной системе с меньшим числом действенных электролитных компонентов, которые можно использовать в различных устройствах для хранения энергии, например, в аккумуляторах для автомобилей или для энергосистем. В частности, эти добавки повышают производительность и срок службы литий-ионных батарей, и снижают общие расходы на производство.

Новая смесь в растворе электролита может быть использована с никелем-магнием-кобальтом, который обычно используют в производстве электромобилей другие компании. Ранее Tesla применяла этот материал для создания промышленных аккумуляторов, но в автомобильных использовала никель-кобальт-алюминий (NCA). Возможно, новый патент изменит ситуацию.

IBM разрабатывает аккумуляторы с материалами из морской воды, которые могут превзойти литий-ионные аккумуляторы (декабрь, 2019)

Компания IBM сообщила, что её специалисты разработали новую технологию производства и структуру аккумуляторной батареи, которая по ряду показателей превзойдёт популярные литий-ионные аккумуляторы. Более того, в качестве основных материалов для изготовления аккумуляторов не понадобятся редкие и вредные для человека металлы, такие как никель и кобальт. Все три ключевых минерала, необходимых для изготовления чудо батарей, можно будет извлекать из обычной морской воды.

Исследование находится на ранней стадии разработки. Однако моделирование позволяет ожидать, что новые материалы для анодов, катодов и электролита перспективных аккумуляторов окажутся более безопасными в плане риска возгорания (у них высокая температура воспламенения), будут обладать не меньшей плотностью запаса энергии, чем литий-ионные аккумуляторы (800 Вт/л) и обеспечат очень высокую удельную плотность мощности (от 10 000 Вт/л). При этом заряд таких аккумуляторов до 80 % объёма будет происходить всего за 5 минут.

IBM уже заключила контракты на совместную разработку нового поколения аккумуляторов и инфраструктуры для их совершенствования и производства с Mercedes-Benz Research, Development North America, Central Glass и Sidus. Столь обширный союз на ранних этапах разработки позволяет предположить, что за бравурными заявлениями IBM стоит нечто весомое и многообещающее в относительно близкой перспективе.

ABB запустила в Бадене современный завод по производству систем накопления энергии (ноябрь, 2019)

В Бадене (Швейцария) состоялось официальное открытие нового завода ABB по производству систем накопления энергии. Системы планируется применять на железных дорогах, в троллейбусах, электрических автобусах и грузовиках. Для Швейцарии строительство нового завода стало важным инвестиционным проектом, который ускорит внедрение таких решений как внутри страны, так и за рубежом. Швейцарские города Цюрих, Лозанна и Фрибург оборудуют такими системами автопарки новых троллейбусов.

Технологии систем накопления энергии имеют первостепенное значение для создания экологически безопасной транспортной системы будущего, так как обеспечивают электрификацию и декарбонизацию автомобильных и железнодорожных перевозок. Развитие сегмента электрических автобусов и грузовиков невозможно без высокоэффективных аккумуляторных решений, которые, в частности, будут способны методом рекуперации сохранять энергию торможения. Кроме того, системы накопления энергии позволят увеличить зону эксплуатации троллейбусов, которые благодаря этой технологии получат дополнительный запас хода и смогут работать без воздушных линий.

В процессе производства аккумуляторные элементы собираются в стандартизированные модули. Далее модули объединяются в системы накопления энергии, которые адаптируются в соответствии с конкретной прикладной задачей. В системах используется новейшая литий-ионная технология, поэтому аккумуляторные батареи имеют высокую удельную мощность и длительный срок службы даже при высоких нагрузках. При разработке технологии учитывались требования к максимальной безопасности, качеству и энергоэффективности. Для этой цели на производственной линии работают два робота ABB, обеспечивающих соблюдение самых высоких стандартов. Один робот размещает аккумуляторные элементы в корпусе модуля, а другой соединяет их методом высокоточной лазерной сварки. Все данные технологических операций непрерывно записываются в цифровом виде.

Создана «экологическая» батарея, которая при зарядке поглощает углекислый газ из атмосферы (ноябрь, 2019)

Группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала новый метод, который позволяет извлечь углекислый газ из любого потока, будь это нагнетаемый вентиляторами воздух или выход дымохода тепловой электростанции. Созданное на основе этого метода устройство является специализированной батареей, которая поглощает углекислый газ по мере ее зарядки и отдает его в виде непрерывного потока чистого углекислого газа во время разрядки.

Новое устройство-батарея состоит из ряда последовательных камер, в которых находятся электрохимические ячейки с небольшими разрывами между этими ячейками, через которые движется поток газа. Электроды ячеек покрыты сложным композитным материалом на основе углеродных нанотрубок, который называется полиантрахиноном. Когда эта батарея заряжается, на поверхности электродов протекает электрохимическая реакция. Поскольку материал покрытия электродов изначально рассчитан на поглощение именно углекислого газа, молекулы этого газа привлекаются к поверхности и удерживаются в этой области. Когда вся поверхность электродов полностью заполняется молекулами углекислого газа, требуется обратный процесс для очистки электродов. Разрядка этой батареи заставляет молекулы CO2 оторваться от стенок электродов, после чего чистый газ может быть откачан в отдельную камеру.

Главным преимуществом данного способа поглощения углекислого газа является то, что этот способ совершенно не зависит от концентрации CO2 во входном потоке. Эта батарея работает одинаково хорошо, поглощая углекислый газ из атмосферы или из выхлопных газов автомобиля, где концентрация CO2 приближается к 100 процентам. Внедрение данной технологии позволит не только сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, но и произвести достаточно большие количества чистого CO2, который обычно производится специальными предприятиями, расходующими для этого энергию, получаемую преимущественно от сжигания топлива или ядерную энергию.

Создан аккумулятор для электромобиля, способный заряжаться за 10 минут (ноябрь, 2019)

В США химики и инженеры создали новый тип литий-ионных аккумуляторов, которые могут заряжаться при высоких температурах за 10 минут или даже быстрее и при этом не взрываться. Новый аккумулятор позволит электромобилю проехать около 320−480 км после всего десяти минут зарядки. Он может выдерживать 2,5 тысяч циклов заряда и разряда, что эквивалентно суммарному пробегу примерно в 800 тысяч км.

Современные аккумуляторы состоят из трех частей — катода, анода и электролита. Первый играет роль положительного полюса и источника энергии, второй — отрицательного полюса и «изымателя» тока, а электролит позволяет носителям заряда путешествовать между катодом и анодом. Мощность аккумуляторов напрямую зависит от состава катода, а их долговечность — от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда. Многие типы современных литий-ионных аккумуляторов взрываются из-за того, что при перегреве внутри них начинают возникать короткие замыкания, что мешает создавать действительно дешевые и удобные электромобили, так как процесс их «заправки» занимает несколько часов.

Авторы нашли остроумное решение этой проблемы, показав что большей части негативных эффектов можно избежать, если соединить один из электродов с тонкой пленкой из никеля, которая равномерно прогревает батарею. Если заряжать аккумулятор относительно недолго, около 10−20 минут, а затем быстро охладить, то его компоненты не будут разрушаться. При этом, такой аккумулятор выдерживает почти две тысячи циклов заряда-разряда, тогда как обычный аккумулятор, через который пропускают ток аналогичной силы, выходит из строя примерно через 60 циклов.

Модифицированный аккумулятор стал стоить всего на 0,46% дороже за счет добавления никеля. Это, как надеются ученые, позволит их изобретению быстро проникнуть в промышленность и помочь электромобилям стать более привлекательными для потребителей.

Британские специалисты планируют создать крупнейший в Европе криогенный накопитель энергии (октябрь, 2019)

Британская компания-разработчик аккумулятора Highview Power планируют реализовать крупнейший в Европе проект по накоплению энергии с использованием криогенной батареи. Комплекс Cryobattery будет построен на месте старой электростанции на севере Англии. «Криобатарея» сможет хранить энергию в течение нескольких месяцев и в случае необходимости в течение пяти часов будет обеспечивать электроснабжением 50 тысяч домов, пишет издание The Guardian.

Накопитель Highview Power использует возобновляемую электроэнергию для охлаждения воздуха до минус 196 градусов Цельсия и превращения его в жидкость, которая будет храниться в больших металлических резервуарах. В случае необходимости жидкость снова превращают в газ, который используется для вращения турбины и выработки электроэнергии, причем без его сжигания и каких-либо выбросов, поскольку этот просто воздух, которым мы дышим.

Причем, это будет одной из самых дешевых технологий хранения энергии: 1 МВт*ч будет стоить около 110 фунтов стерлингов. Для сравнения – 1 МВт*ч при хранении в литий-ионном аккумуляторе обойдется в 283 фунта стерлингов.

Аккумулятор высокой мощности на искусственных кристаллах придумали в России (октябрь, 2019)

Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) вместе с коллегами из Польши, Франции и Швейцарии синтезировали искусственный перовскитоподобный кристалл PbHfO3, изучили, как в нем происходят процессы создания и разрушения несоразмерных волн, и выяснили, как это может повлиять на количество накапливаемой и выделяемой кристаллом энергии. Результаты работы опубликованы в журнале «Physical Review B».

По словам авторов разработки, аккумулятор на основе перовскита будет обладать большей мощностью, чем современные литий-ионные. Это позволит создать новый тип дополнительных источников энергии, которые смогут поддерживать основной источник (например, солнечные батареи или аккумулятор) в моменты, когда нужен кратковременный ток большой мощности. Этот дополнительный источник энергии позволит электромобилям быстрее разгоняться и лучше преодолевать короткие участки по бездорожью. При правильном подборе двух разных источников питания всю систему можно облегчить на 20%.

«Кристалл состоит из положительных и отрицательных ионов, чередующихся друг с другом: как черные шашки на черных клетках, а белые – на белых. Но черные шашки не хотят стоять посередине своих клеток, а сдвигаются ближе к краям, каждая по-своему. Игрок сверху видит красивые волны из черных шашек. И если бы доска была бесконечной, то игрок не смог бы найти две шашки, сдвинутые одинаково. В этом – несоразмерность волны. Разрушить волны можно электрическим полем, при этом энергия будет запасена. Потом дать им снова возникнуть, и энергия высвободится, причем очень быстро», – объяснил принцип работы доцент Высшей инженерно-физической школы Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПбПУ Роман Бурковский.

Разработан новый электролит, который замедляет деградацию литиевой батареи (октябрь, 2019)

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разработали новый электролит, который мог бы найти место в литий-ионных батареях следующего поколения.

Для ученых, разрабатывающих современные литий-ионные аккумуляторы, кремниевый анод является основным кандидатом на замену нынешнего графитового анода. Кремний обладает значительным теоретическим преимуществом по объему аккумулируемой в батарее энергии в сравнении с графитом. Также коммерчески привлекательна его низкая стоимость. Но камнем преткновения оставалась очень высокая реакционная способность кремния по отношению к электролиту, и это свойство со временем приводит к его разрушению, приводя к сокращению срока службы аккумулятора.

Аргоннские ученые разработали уникальную технологию введения добавки в электролит — небольшого количества соли, содержащей любой из нескольких двух или трехзарядных катионов металлов (Mg 2+ ,
Ca 2+ , Zn 2+ или Al 3+ ). Эти улучшенные смеси электролитов, в совокупности называемые «MESA» (что означает электролиты со смешанными солями для кремниевых анодов), дают кремниевым анодам повышенную поверхностную и объемную стабильность, улучшая длительность цикла зарядки/разрядки и календарный срок службы аккумулятора.

Первая полностью перезаряжаемая литий-углекислотная батарея в семь раз эффективнее литий-ионной (октябрь, 2019)

Литий — углекислотные батареи являются привлекательными системами хранения энергии, поскольку они имеют удельную плотность энергии, которая более чем в семь раз больше, чем обычно используемые литий-ионные батареи. Однако до сих пор ученые не могли разработать полностью перезаряжаемый прототип, несмотря на их потенциал для хранения большего количества энергии.

Но недавно исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго успешно испытали прототип литий-углекислотной батареи, продемонстрировавшей до 500 последовательных циклов процессов зарядки/перезарядки. Их выводы опубликованы в журнале Advanced Materials .

Обычно, когда литий-углекислотная батарея разряжается, в ней образуются карбонат лития и углерод. Карбонат лития рециркулирует во время зарядки, а вот углерод просто накапливается на катализаторе, приводя в конечном счете водя к выходу батареи из строя.

Исследователи применили новые материалы в своей экспериментальной углекислотной батарее, чтобы стимулировать тщательную переработку как карбоната лития, так и углерода. Они использовали дисульфид молибдена в качестве катализатора в катодной зоне в сочетании с гибридным электролитом, что позволило включить углерод в циклический процесс. Полученная уникальная комбинация материалов позволила сделать первый литий-углекислотный аккумулятор с гораздо большей эффективностью и длительным сроком службы.

Эффективность перовскитных солнечных батарей увеличена на четверть (сентябрь, 2019)

Ученые НИТУ «МИСиС» и университета Tor Vergata (Милан, Италия) выявили, что микроскопическая доза двумерного карбида титана в составе перовскитного фотоэлемента значительно меняет его способность собирать электрические заряды, увеличивая итоговую эффективность до 20,14%. Результаты исследования опубликованы в престижном международном журнале Nature Materials.

Перовскиты позволяют солнечным элементам достичь высокий КПД, но используемые материалы чувствительны к влаге и быстро деградируют в рабочих условиях. В настоящее время это главное препятствие на пути к коммерческому успеху технологии.

Исследователи внедрили наноматериал на основе карбида титана в микроскопическом количестве 0,14 мг/мл во все внутренние структуры перовскита батареи. Это позволило снизить энергозатраты на процесс электронного перемещения и повысило эффективность перовскитной солнечной батареи на 25% по сравнению с исходным вариантом, говорится в исследовании.

Tesla патентует новую более долговечную батарею с лучшей производительностью и более низкой стоимостью (сентябрь, 2019)

Недавно ученые, сотрудничающие с Tesla, рассказали о прорыве в области долговечных аккумуляторов. Теперь компания опубликовала патент на эту батарею — производительную, дешевую и с продолжитель-ным сроком службы.

На прошлой неделе партнер Tesla Джефф Дан и его команда исследователей из Университета Далхаузи в Канаде представили результаты теста новой батареи, которой электромобилю хватит на 1,6 млн км. Это литий-ионный аккумулятор с монокристаллическим катодом и усовершенствованным электролитом. Теперь компания подала патентную заявку на изобретение, в соавторах которого значатся Джефф Дан и его коллеги. Оно выглядит настолько похожим на предыдущую разработку, что есть все основания полагать, что речь идет о том же аккумуляторе. В частности, здесь используются катоды из монокристаллического материала NMC532, который хорошо зарекомендовал себя с точки зрения надежности, отчасти потому, что их зерно больше зерна стандартного материала для катодов никеля-магния-кобальта, сообщает Electrek.

Среди особенностей нового изобретения — две присадки для электролита, которые повышают производительность и срок службы литий-ионной батареи, а также удешевляют производство по сравнению с технологиями, в которых применяют более двух присадок. Также в патенте описаны катоды и аноды, оптимально подходящие для описанного электролита. За счет этого и достигается более эффективная работа аккумулятора.

Китай начал строить крупнейший в стране электрохимический накопитель (сентябрь, 2019)

Система накопления энергии на 130,88 МВт/268,6 МВт*ч станет самой крупной в КНР как по мощности, так и по емкости.

Китайский государственный конгломерат China Energy Engineering Corp (CEEC) начал строительство огромной системы накопления энергии (СНЭ) в новом районе Цзянбэй, Нанкин, в провинции Цзянсу. Компания заявляет, что ее накопитель будет самым крупным в КНР по мощности и ёмкости. Информация о конкретной технологии хранения не раскрывается, но предположительно речь идёт о литий-ионных аккумуляторах.

В феврале текущего года китайский производитель li-ion батарей CATL установил аккумуляторную систему накопления энергии емкостью 100 МВт*ч, которая тогда называлась самой крупной в Китае.

КНР ведёт масштабную работу по развитию индустрии хранения энергии в стране. Строятся заводы по производству проточных аккумуляторов гигаваттного размера, основные мировые мощности по производству литий-ионных батарей концентрируются в КНР. В стране принята общенациональная стратегия по развитию систем накопления энергии, а колоссальные мощности солнечной и ветровой энергетики, развернутые в стране, подстёгивают их внедрение.

В ближайшем будущем Китай будет соперничать с США за звания самого крупного игрока в области хранения энергии. Согласно недавнему прогнозу Wood Mackenzie эти две страны совместно займут 54% мирового рынка СНЭ до 2024 года.

Созданный в Кембридже «порошковый аккумулятор» заряжается за шесть минут (сентябрь, 2019)

Ученые утверждают, что сделали то, о чем мечтает и промышленность, и потребители – создали новый наполнитель для аккумуляторов на смену графиту, с которым литий-ионные батареи будут заряжаться за минуты. Причем фабрики для этого переделывать не надо, так что начать масштабное производство можно будет уже в следующем году.

Созданный выходцами из Кембриджа стартап Echion Technology утверждает, что создал материал мечты для литий-ионных аккумуляторов будущего. Батареи будут заряжаться за шесть минут, причем это верно и для смартфонов, и для электрокаров. А главное, Echion обещает перейти к масштабному производству уже в следующем году. Ученые считают, что они разработали некий недорогой порошковый материал, которым можно просто заменить графит в нынешних литий-ионных батареях. На сайте стартапа обещают стремительную зарядку, высокую надежность и долговечность таких аккумуляторов.

Создатели стартапа утверждают, что свойства батареи-прототипа подтверждены в ходе независимых тестов и что компания получила инвестиции от фондов Newable Private Investing и Cambridge Enterprise. Где проходили тесты и по какой методике – не уточняется. За счет чего скорость зарядки сокращена в семь раз – тоже не объясняется.

Tesla представила очень мощные модульные аккумуляторы Megapack (сентябрь, 2019)

Около двух лет rомпания Tesla фактически на спор за 100 дней построила в Австралии самую большую в мире литий-ионную систему хранения энергии на базе аккумуляторов Tesla Powerpack. Но на этом компания решила не останавливаться.

Сегодня Tesla представляет новую систему для «крупномасштабного» хранения энергии. Система, называемая Megapack, представляет собой систему модульных аккумуляторов, размер которых не превышает размер транспортного контейнера. Аккумуляторы могут подключаться непосредственно к солнечным панелям. Мощность каждого аккумулятора Megapack составляет 3 МВт·ч. Это примерно в 14 раз больше, чем возможности хранилища Powerpack, который способен хранить около 210 кВт·ч энергии. Компания отмечает, что аккумуляторы Megapack представляют собой полностью готовые решения, оснащенные всем дополнительным оборудованием, необходимым не только для хранения, но и для перераспределения выдаваемой электрической энергии.

По словам компании, основным преимуществом батарей Megapack является то, что их можно объединять в крупные хранилища энергии мощностью 250 МВт·ч или 1 ГВт·ч. При этом отмечается, что монтаж и подключение такой системы занимает менее трех месяцев, что в четыре раза быстрее, чем построить и запустить электростанцию аналогичной мощности на ископаемых видах топлива. Помимо этого, в Tesla отмечают, что станция на базе батарей Megapack будет занимать на 40 процентов меньше места, чем аналогичные по мощности предложения. Конечно, Megapack не является полной заменой привычным электростанциям, но система может использоваться в качестве резервного источника энергии во время пиковой нагрузки и перебоев в работе электросетей.

Ученые создали перезаряжаемую водную батарею, эффективность которой близка к литий-ионной (сентябрь, 2019)

Химики из городского колледжа Нью-Йорка создали перезаряжаемую высоковольтную батарею из диоксида марганца и цинка, способную выдавать напряжение в 2,45-2,8 Вольт в химическом составе водного цинка. Разработка, вероятно, станет альтернативой дорогим и легковоспламеняющимся литий-ионным батареям, пишет Phys.org.

Аккумулятор впервые превысил порог в 2 В для батарей с химией водного цикла. До сих пор литий-ионные батареи считались самыми эффективными, поскольку могли обеспечить напряжение выше 3 В – другим видам аккумуляторов не удавалось перейти порог в 2 В. При этом запасы лития ограничены, а основные запасы металла сосредоточены в азиатских странах — это делает материал дорогим и зависимым от геополитических факторов, отмечают авторы разработки.

Ученые разработали два различных водных электролита, которые обеспечивают теоретическую емкость (308 мАч/г), которая восстанавливается в течение многих циклов перезарядки. Более подробное описание разработки будет опубликовано в сентябре в журнале ACS Energy Letters.

В России разработан конструктивно новый тип аккумуляторной батареи (сентябрь, 2019)

Российский производитель систем накопления энергии – компания «ТЭЭМП» – разработал конструктивно новый тип аккумуляторной батареи, которая по своим массогабаритным характеристикам превосходит существующие на рынке накопители энергии. В основе нового изделия – запатентованная конструкция ячейки, серийно производимой компанией для суперконденсаторных модулей. Она не имеет аналогов по соотношению плотности накапливаемой энергии к занимаемому объему и массе, равномерности распределения токовой нагрузки и интегрированной системе диссипации тепловых полей (охлаждения).

Суперконденсаторы, серийно выпускаемые компанией «ТЭЭМП», обеспечивают удельные мощности более 100 кВт/кг, при удельной энергии до 10 Вт*ч/кг. Новые аккумуляторные батареи расширят линейку продукции компании. Использование унифицированных элементов и модулей собственной конструкции «ТЭЭМП» позволят создавать в одном корпусе комбинированные источники тока – аккумуляторная батарея (АБ) плюс суперконденсатор (СК).

Оригинальная компоновка была использована инженерами компании для создания аккумулятора с катодным материалом на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4/LFP). Батареи показали рост удельных объёмных характеристик (Вт*ч/л) до 60% выше, чем у аналогов, представленных на российском рынке. Конструкция оптимизирует токовые и тепловые поля, что особенно важно для высоконагруженных аккумуляторных модулей электробусов, гибридных автобусов, различной тяжелой техники и рельсового транспорта, в том числе перспективных трамваев. В рамках первого этапа разработки аккумуляторных батарей выбраны системы литий фосфат железа и системы из смеси оксидов, что позволило достигнуть параметров ячейки в 150 кВт/кг и не менее 200 Вт*ч/кг. В рамках второго этапа планируется создание аккумуляторных батарей на базе системы литий-сера (LiS). По предварительной оценке, такие батареи позволят достигнуть уровня удельной энергии от 250 до 400 Вт.ч/кг в зависимости от циклического ресурса.

Глобальная установленная мощность накопителей энергии вырастет в 122 раза к 2040 г (сентябрь, 2019)

Компания Bloomberg New Energy Finance (BNEF) опубликовала новый прогноз развития рынка систем накопления энергии (СНЭ) Energy Storage Outlook 2019. По оценке компании, установленная мощность накопителей энергии в мире к 2040 году взлетит до 1095 ГВт, а их емкость достигнет 2850 ГВт*ч. Нынешние показатели: 9 ГВт/17 ГВт*ч (2018 год). Статистика не включает ГАЭС. По сравнению с прошлым годом BNEF подняла прогноз. Год назад компания предсказывала 942 ГВт к 2040 г.

Ожидается, что на мировом рынке будут доминировать США и Китай, за которыми будут следовать Германия и Индия. Объём инвестиций в сектор за рассматриваемый период составит 662 млрд долларов США. Такое бурное развитие станет возможным благодаря дальнейшему падению стоимости литий-ионных аккумуляторов, которая в период 2010-2018 снизилась на 85%.

Главную роль в развитии рынка будут играть крупные промышленные (utility-scale) накопители энергии, установленные в системе, а не у потребителей, считает BNEF. В ближайшей перспективе основную долю рынка займут гибридные проекты, в которых ВИЭ, в первую очередь солнечные электростанции будут комплектоваться накопителями энергии. В дальнейшем системы хранения энергии станут реальной альтернативой генерирующим активам любого типа, а также расширению сетей. Авторы отмечают, что к 2040 году около 40% мировой электроэнергии будут вырабатывать ветровые и солнечные электростанции. Это явится одним из основных стимулов роста рынка накопителей энергии.

Совокупный спрос на аккумуляторы со стороны СНЭ и электрического транспорта к 2040 году достигнет 4584 ГВт*ч, прогнозирует BNEF.

«Россети» запустят системы накопления энергии во Владимире и Белгороде в 2019 году (сентябрь, 2019)

В 2019 году «Россети Центр» и «Россети Центр и Приволжье» установят в Белгородской и Владимирской областях инновационные системы накопления энергии, предназначенные для повышения надежности и качества энергоснабжения потребителей. Данные проекты вошли в Программу цифровой трансформации сетевых компаний.

Во Владимирской области пилотная система будет установлена для электроснабжения фельдшерско-акушерского пункта в селе Павловское Суздальского района. Внедрение нового оборудования позволит улучшить надежность обеспечения электроэнергией этого социально-значимого объекта. При возникновении технологических нарушений на сетях система сможет в течение четырех часов поддерживать электроснабжение в режиме максимальной нагрузки. Ее мощность составит 10 кВт, энергоемкость – 30 кВт*ч.

Вторая пилотная система накопления электрической энергии мощностью 15 кВт и энергоемкостью 45 кВт*ч будет установлена в Белгороде на ЛЭП 0,4 кВ от подстанции «Западная» и призвана обеспечить нормативный уровень напряжения у потребителей. Этот накопитель будет заряжаться во время минимального потребления (ночные и дневные часы), а в часы максимальных нагрузок (вечернее время) выдавать электроэнергию в сеть, компенсируя, таким образом, потери напряжения.

Конечно, данные пилотные проекты пока не сопоставимы с лучшими мировыми образцами, но можно надеяться, что полученный успешный опыт приведет к развитию данной технологии в России.

Производительность проточных аккумуляторов увеличена вдвое (июль, 2019)

Новая технология использует в проточных аккумуляторах нетоксичные и легкодоступные химические соединения. Возможно, именно такие аккумуляторы придут на смену литий-ионным в системах распределенной энергетики. Проточные аккумуляторы считаются более перспективной технологией хранения энергии, чем литий-ионные. К сожалению, существующие модели пока не смогли добиться коммерческого успеха из-за низкого напряжения, больших размеров и сложности в эксплуатации. Второй ограничивающий фактор — токсичные электролиты, в качестве которых чаще всего используют раствор серной кислоты и ванадиевой соли, поскольку с ее помощью можно держать под контролем процесс эрозии.

Исследователи из Колорадского университета в Боулдере, чтобы исправить эти недостатки, стабилизировали электролит с помощью органического хелата PDTA и ионов хрома. Ранее эта методика уже предлагалась и была отброшена как малоэффективная, однако команда смогла подобрать нужный хелат и увеличила напряжение элемента проточного аккумулятора в два раза относительно средних значений.

Ученые отдельно подчеркивают, что с химической точки зрения новый состав совершенно нетоксичен. PDTA — побочный продукт производства соединения ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), которое применяется в некоторых средствах для мытья рук и пищевых консервантах. Используемая форма хрома также применяется в медицине. В отличие от аналогов, новый состав работает при нейтральных pH и не требует использования кислот. А его компоненты дешевы и легко доступны.

Сейчас команда работает над дальнейшим повышением производительности системы.

Создан новый материал для аккумуляторов будущего (июль, 2019)

Исследователи из Католического университета Лёвена в Бельгии синтезировали твердый электролит для литиевых батарей, который позволит сделать их безопаснее и увеличит максимальную емкость.

На данный момент самыми лучшими накопителями энергии считаются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. Они наиболее эффективны и дешевы в производстве. Однако у них есть и недостатки. Например, такие батареи пожароопасны: нередко они загораются при эксплуатации из-за влияния факторов внешней среды или ошибок производителя. Решить эту проблему можно, заменив жидкий электролит в аккумуляторах на твердый. Однако, это очень трудно сделать, так как ионы лития в твердых телах менее подвижны, чем в жидкостях Более низкая подвижность ограничивает применимость батареи, так как из-за этого она имеет низкую емкость и скорость заряда и разряда.

Ученые из Лёвенского католического университета создали материал, имеющий формулу LiTi2(PS4)3. Он находится в твердом агрегатном состоянии и имеет самый высокий коэффициент подвижности лития из когда-либо измеренных. Это значение объясняется уникальным строением кристаллической решетки материала, которое ранее не удавалось воспроизвести в материалах на основе лития. По словам ученых, впереди еще множество исследований, которые позволят усовершенствовать материал и вывести его на мировой рынок. Это открытие является важным шагом в понимании материалов с чрезвычайно высокой подвижностью ионов лития, которые необходимы для всех твердотельных батарей будущего.

Создан первый в мире высокоэффективный гигаваттный криогенный накопитель (июль 2019)

Год назад британская компания Highview Power ввела в эксплуатацию «первый в мире» сетевой промышленный накопитель энергии на основе сжиженного воздуха — Liquid air energy storage (LAES) с характеристиками 5 МВт/15 МВт*ч. На днях компания заявила, что она разработала такую же «криогенную» систему «гигаваттного размера». Она называется CRYOBattery.

Разработчики отмечают, что новый накопитель может предложить приведённую стоимость хранения (levelized cost of storage — LCOS) на уровне 140 долларов США за мегаватт-час (для 10-часовой системы мощностью 200 МВт и ёмкостью 2 ГВт*ч). Для сравнения: LCOS крупных литий-ионных систем оценивается в 204-298 долларов США за МВт*ч.

«Это делает замену пиковых газовых электростанций комбинацией солнечной, ветровой генерации и хранилища энергии жизнеспособной реальностью и действительно закладывает основу для будущего, где 100% мировой электроэнергии поступает из чистых источников», — говорит исполнительный директор Highview Power Хавьер Кавада.

Новосибирские инженеры официально завершили испытания 1-ой российской системы накопления электроэнергии мощностью 1,2 МВт (июнь, 2019)

Новосибирские инженеры из компании «Системы накопления энергии» (дочерняя компании фирмы «Системы постоянного тока» (СПТ) и Роснано) завершили испытания головного образца первого отечественного «умного» накопителя энергии большой мощности, приемка которого официально завершилась в Новосибирске в мае 2019 года. Предприятие готово серийно выпускать уникальные накопители энергии, аналогов которым в России нет.

Устройство не просто запасает энергию и отдает ее в сеть, а само решает, в какое время и в каком количестве это делать, в зависимости от задач, которые перед ним стоят. Создание «умных» накопителей соответствует потребностям рынка EnergyNet Национальной технологической инициативы. Часть разработки выполнена в рамках гранта Минобрнауки России.

Система накопления энергии имеет номинальное напряжение 10кВ, мощность 1,2 МВт и энергоемкость 400 киловатт-часов, по габаритам напоминает транспортный сорокафутовый контейнер, что делает ее более мобильной. Накопители большой мощности пока не производятся в России, их делает всего несколько производителей в мире.

В Шотландии построят крупнейшую систему хранения энергии (июнь, 2019)

Британская энергетическая компания Scottish Power планирует построить накопитель энергии мощностью 50 МВт для хранения электричества, выработанного на 214 ветряках. Установка позволит компании накапливать излишки энергии, которые генерируются при высокой скорости ветра, и использовать их в безветренную погоду, устраняя, таким образом, главный недостаток зависящих от погоды ВИЭ. Как отмечает Guardian, этот проект станет крупнейшей системой накопления энергии в Великобритании.

Строительство накопителя, использующего литий-ионные аккумуляторы, начнется в начале следующего года на ветровой электростанции Уайтли в Шотландии. Завершить строительство планируется к концу 2020 года. Похожие, но менее масштабные системы накопления энергии появятся еще минимум на шести объектах Scottish Power.

Всего несколько месяцев назад компания продала последние четыре газовые электростанции в Англии, чтобы полностью сосредоточиться на возобновляемых источниках энергии. Проект гигантского накопителя станет для Великобритании важным шагом на пути к климатической нейтральности.

Впервые в мире: Siemens Gamesa начинает эксплуатацию своей инновационной системы накопления электротермической энергии (июнь, 2019)

Системы хранения электроэнергии, бывают не только «высокотехнологичными», но и брутальными, дешевыми и практичными. Вместо того, чтобы заряжать сложное устройство – электрохимическую батарею, можно нагреть электричеством простой камень.

Пилотная установка ETES (electric thermal energy storage) в Гамбурге, Германия, разместившаяся на месте выведенной из эксплуатации традиционной электростанции, преобразует электрическую энергию в горячий воздух, используя резистивный нагреватель и воздуходувку, чтобы нагреть около 1000 тонн вулканической породы до 750°C. В последствии, в периоды высокого спроса на электроэнергию, накопленная тепловая энергия преобразуется обратно в электричество с помощью паровой турбины. Благодаря эффективной изоляции тепло может храниться в течение недели или дольше. Siemens Gamesa заявляет, что экспериментальная установка может сохранять до 130 МВт*ч в течение недели. Эта электроэнергия будет продаваться на рынке местной коммунальной компанией Hamburg Energie.

В системе используется 80% готовых компонентов и существующих мощностей по производству и передаче электроэнергии, принадлежащих выведенным из эксплуатации традиционным электростанциям, что позволяет держать затраты на очень низком уровне. В пресс-релизе отмечается, что представленная «технология снижает затраты на большие хранилища энергии до долей от обычного для накопителей на основе аккумуляторных батарей уровня».

РусГидро и PowerChina выйдут на реализацию проекта по строительству ГАЭС в России (июнь, 2019)

В рамках Петербургского международного экономического форума прошел второй российско-китайский энергетический бизнес-форум, в рамках которого РусГидро и китайская энергетическая компания PowerChina подписали соглашение о сотрудничестве. Документ подписали член правления, первый заместитель генерального директора РусГидро Джордж Рижинашвили и заместитель генерального директора PowerChina господин Сюн Лисинь.

Предмет соглашения – развитие сотрудничества по проектам развития гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) на территории Российской Федерации и проектов сотрудничества на территории третьих стран в области проектирования и инжиниринга. РусГидро, как компания, считающая необходимым развивать гидроаккумулирующую энергетику в России для повышения надежности и маневренности энергосистемы, прорабатывает меры поддержки проектов ГАЭС, которые позволят сделать их экономически целесообразными. РусГидро и PowerChina проведут совместный анализ возможных проектных решений для определения оптимальных технических параметров пилотного проекта строительства ГАЭС в Северо-Западном регионе России, включая мощность в генераторном и насосном режимах.

В целях реализации достигнутых договоренностей будет создана совместная рабочая группа из представителей РусГидро, институтов Гидропроект и Ленгидропроект, компании PowerChina и ее проектных институтов.

В штате ЮТА планируется создать самую крупную в мире сеть накопления и хранения энергии (июнь, 2019)

Первую в мире аккумулирующую энергию сеть построит компания Systems совместно с Magnum Development в американском штате Юта. Ее мощность составит 1 ГВт, что позволит сохранить возобновляемую энергию (ВЭ) длительное время – нескольких сезонов. Таким образом может решиться давняя проблема – хранение излишней выработки энергии.

Проект Advanced Clean Energy Storage (ACES) — это система аккумулирования энергии из возобновляемых источников. Предполагается, что получаемого объема энергии будет достаточно для того, чтобы обслуживать ежегодно 150 тыс домохозяйств. В сети будут применяться несколько видов накопителей: инновационные технологии по хранению сжатого воздуха, аккумуляторы, имеющие высокую емкость, а также твердооксидные топливные элементы.

Новый проект в случае его успешной реализации снимет целый ряд проблем для региона — накопленная возобновляемая энергия сможет храниться в «законсервированном» виде нескольких сезонов, но когда в ней появится потребность, то она будет «расконсервирована».

Интеллектуальное управление литий-ионным аккумулятором (май, 2019)

Научно-исследовательский институт CEA-Leti (Гренобль, Франция) представил свою новую разработку Sigma Cells. Это аккумуляторная батарея на основе стандартных цилиндрических ионно-литиевых элементов, снабжённая коммутатором, интеллектуальным зарядным устройством и инвертором.

Встроенный в систему 32-разрядный микроконтроллер отслеживает напряжения на всех элементах батареи с тем, чтобы в первую очередь разряжать наиболее заряжённые из них, избегая нагружать «слабые звенья». Отметим, что в традиционных батареях все элементы в цепочке разряжаются одинаково, поэтому её надёжность определяется наименее ёмким из них. И когда напряжение на этом элементе достигнет минимально допустимого уровня, отключается вся цепочка или даже вся батарея сразу. Некоторые элементы остаются частично заряжёнными, поэтому запасённая энергия используется не полностью.

Система Sigma Cells позволяет продолжать эксплуатировать батарею, в которой уже отказали несколько элементов. При зарядке Sigma Cells контроллер перераспределяет энергию, отключая уже заряжённые элементы, в результате чего время зарядки сокращается примерно на 20%. Зарядное устройство можно включать прямо в сеть 220-230 В.

Судя по размеру и виду электронных плат, обслуживающих ионно-литиевые элементы, на сегодня интеллектуальное управление батареей на уровне каждого элемента — дорогое развлечение. Однако схемы управления, разработанные в CEA-Leti, можно перенести в специализированные микросхемы, которые при больших объёмах производства должны стоить копейки.

Французы строят маховиковый накопитель энергии из бетона (май, 2019)

Французская компания Voltalia, крупный разработчик проектов в области возобновляемой энергетики, за плечами которой гигаватты построенных объектов, взялась за строительство накопителя энергии маховикового типа (flywheel energy storage) из бетона. Такое оригинальное решение предложил французский стартап Energiestro.

Система небольшой мощности 10кВт/10кВт*ч будет установлена на площадке Voltalia во Французской Гвиане. Маховиковые системы хранения энергии (инерционные аккумуляторы) накапливают кинетическую энергию вращения для последующей выработки электричества.

ENERGIESTRO производит маховик из недорогого материала — предварительно напряженного бетона. Раньше такие устройства изготавливались из высокоэффективных, но очень дорогих материалов: углеродных волокон или высокопрочной стали. Новый материал позволит в десять раз снизить стоимость хранения энергии, считает компания. Чтобы еще больше снизить стоимость, Energiestro использует вместо дорогих магнитных подшипников простые шариковые подшипники с пассивным магнитным упорным подшипником, который необходим для решения проблемы смазки в вакууме (устройство запатентовано во всем мире). Помимо использования дешевых материалов, преимуществами указанного решения являются неограниченное количество циклов, устойчивость к экстремальным температурам и отсутствие потенциального вреда для окружающей среды.

По информации сайта Energiestro, комбинация их маховиков и солнечной электростанции способна вырабатывать электроэнергию круглосуточно по цене 40 евро за мегаватт-час.

В Японии разработаны самовосстанавливающиеся батареи (май, 2019)

У современных аккумуляторов есть две наиболее важные характеристики — емкость и срок службы. Японские инженеры разработали новый материал, способный значительно увеличить то и другое.

Большинство современных батарей — литий-ионные, но есть и другие, например, те, что используют вместо лития натрий. Оба типа способны аккумулировать большой объем энергии, но страдают от одного и того же недостатка: частые циклы зарядки и разрядки со временем существенно сокращают их емкость.

Если заглянуть внутрь обычной батареи, можно увидеть слои металла. В ходе зарядки и разрядки они разрушаются, появляются трещины или хлопья — так называемый дефект упаковки. Он возникает из-за того, что материал сдерживает слабая вандерваальсова сила, которую легко преодолевает нагрузка, возникающая во время использования батареи. Профессор Ацуо Ямада и его коллеги продемонстрировали, что, если изготовить батарею из материала Na2RuO3, происходит нечто неожиданное — не только уменьшается разрушительное воздействие циклов зарядки и разрядки, но и слои металла начинают самостоятельно восстанавливаться. Это происходит благодаря сдерживающей слои кулоновской силе, которая намного сильнее вандерваальсовой.

«Это значит, что у батарей значительно возрастет срок службы, а также что их можно будет подвергать таким нагрузкам, которые сейчас разрушают их, — говорит Ямада. — Повышение энергетической плотности батарей — крайне важная задача для электрического транспорта».

Солнечные панели из главного конкурента кремния достигли рекордного КПД (май, 2019)

Исследователи нашли материал, который добавил эффективности теллуриду кадмия. Теперь они уверены: именно теллуридовые панели придут на смену кремниевым и позволят солнечной энергетике окончательно захватить мир.

Большинство современных солнечных панелей сделаны из кристаллического кремния. Однако специалисты из Университета штата Колорадо уверены, что будущее возобновляемой энергетики за другим материалом — теллуридом кадмия. Он может значительно увеличить производительность солнечных панелей и при этом снизить стоимость генерируемой ими энергии. Тонкие пленки теллурида кадмия требуют в 100 раз меньше материала, чем обычные кремниевые панели. Они проще в изготовлении и поглощают свет практически на идеальной длине волны. Кроме того, расчеты показывают, что электроэнергия, производимая такими фотоэлементами, дешевле всех других доступных вариантов.

Недавно команде удалось дополнительно улучшить свойства тонкопленочных солнечных элементов на теллуриде кадмия за счет добавления селена. В результате КПД установки вырос до 22%. Как выяснили исследователи, эффект достигается за счет того, что селен нейтрализует влияние дефектов кристаллической решетки теллурида кадмия. В результате электроны, генерируемые при взаимодействии с солнечным светом, с меньшей вероятностью теряются при прохождении сквозь материал. Это увеличивает количество энергии, извлекаемой из каждой панели.

Прорывной топливный элемент может привести к полной замене бензиновых и дизельных двигателей (май, 2019)

Канадский Университет Ватерлоо совершил прорыв, который может позволить топливным элементам полностью заменить бензиновые и дизельные двигатели. Исследователи разработали новый топливный элемент, который работает как минимум в 10 раз дольше существующих моделей.

Нынешние топливные элементы теоретически могли бы заменить традиционные двигатели, используемые в качестве генераторов для подзарядки аккумуляторов в гибридных транспортных средствах. Однако до сего момента такая возможность не рассматривалась, поскольку эти элементы слишком дороги. И вот теперь топливный элемент становится экономически целесообразным. Исследователи смогли добиться этого, создав конструкцию, которая делает элемент гораздо более долговечным. Ученые смогли сделать ячейки, которые производят электричество в результате химической реакции водорода с кислородом, намного проще и, следовательно, намного дешевле.

Исследователи надеются, что внедрение топливных элементов в гибридных транспортных средствах приведет к массовому их производству и снижению удельных затрат. Это может проложить путь к полной замене бензиновых и дизельных двигателей. Доклад «Повышение долговечности топливных элементов для гибридных электромобилей с подключаемым топливным элементом посредством стратегического управления питанием» был опубликован в журнале «Прикладная энергия», сообщает ресурс Science Daily.

Upside Group ввела в эксплуатацию крупный накопитель энергии на основе свинцово-углеродных аккумуляторов (май, 2019)

Немецкая компания Upside Group ввела в эксплуатацию в Саксонии большую систему накопления энергии для оказания услуг первичного регулирования, одну из самых крупных в Европе. Свинцово-углеродный накопитель имеет мощность 16,4 мегаватт и ёмкость 25 мегаватт-часов. «Плановый срок службы данного проекта составляет 20 лет. На объекте, который был установлен в сети 20 киловольт, использовано в общей сложности 10500 свинцово-углеродных (свинцово-карбоновых) элементов весом 90 кг каждый, размещённые в 18 контейнеров. Для преобразования переменного тока, поступающего из сети, используются инверторы SMA.

Это второй такой крупный проект Upside Group. На первом, такого же размера, также использовались свинцово-углеродные батареи. В стадии строительства находится ещё один аналогичный накопитель на 16,4 МВт/25 МВт*ч. Как отмечает компания, «после оценки разных технологий хранения энергии», она выбрала «проверенную технологию известных производителей».

К преимуществам свинцово-углеродных аккумуляторов относят большую глубину разряда, по сравнению с литий-ионными батареями, и повышенную скорость зарядки по сравнению с обычными свинцово-кислотными. В экономическом плане системы на основе свинцово-углеродных батарей пока считаются более привлекательными. Upside Group также подчеркивает надежность и безопасность своих решений.

Tesvolt строит в ФРГ крупнейшую в Европе гигафабрику накопителей (май, 2019)

Немецкий разработчик систем хранения энергии Tesvolt начал строительство новой гигафабрики по производству систем хранения энергии на основе аккумуляторных батарей мощностью 1 ГВт в год в городе Лютерштадт-Виттенберг, Германия.

На площади, превышающей 20 тысяч квадратных метров будут в год собираться системы ёмкостью более одного гигаватт-часа. По оценке Tesvolt, мировой рынок стационарных накопителей энергии сегодня достиг 16 ГВт*ч.

Особенностью нового завода является полностью «СО2-нейтральное» производство». Завод будет на 100% обеспечиваться солнечной энергией, для чего будет установлена фотоэлектрическая станция мощностью 200 кВт. Избыток вырабатываемой солнечной энергии будет сохраняться в установленном на фабрике накопителе на 350 кВт*ч для дальнейшего использования. Отопление также будет работать на солнечной энергии. Здесь Tesvolt использует инновационную технологию высокотемпературных тепловых насосов.

Компания инвестирует в предприятие собственные средства, лишь около 10% будет за счет поддержки ЕС.

Высокопроизводительная твердотельная натрий-ионная батарея (апрель, 2019)

Твердотельные натрий-ионные аккумуляторы намного безопаснее, чем обычные литий-ионные аккумуляторы, которые представляют опасность пожара и взрыва, но их характеристики слишком слабые, чтобы компенсировать преимущества безопасности. В настоящее время исследователи Университета Хьюстона (США) сообщают о разработке органического катода, который значительно улучшает как стабильность, так и плотность энергии натрий-ионных аккумуляторов.

Разработанный учеными органический катод (электро) химически и механически совместим с сульфидным электролитом. Его умеренный окислительно-восстановительный потенциал обеспечивает обратимое образование резистивной поверхности раздела «активный материал-электролит». Гибкость органического катода позволила ему поддерживать тесный контакт на границе с твердым электролитом, даже когда катод расширялся и сжимался во время циклирования.

Ученые впервые обнаружили, что резистивный интерфейс, который образуется между катодом и электролитом, можно изменить, что может способствовать стабильности и увеличению продолжительности цикла. Ключевой задачей было найти твердый электролит, который был бы столь же проводящим, как и жидкие электролиты, используемые в литий-ионных батареях. Поле того как стали доступны достаточно проводящие твердые электролиты, ученые занялись проблемой создания достаточно гибкого органического катода и также достигли значительных успехов. Созданный органический катод оказался более гибким и способным оставаться в контакте с электролитом, улучшая срок службы аккумулятора. Исследователи сказали, что контакт оставался устойчивым в течение по крайней мере 200 циклов.

Основная часть этой работы была профинансирована Агентством энергетических исследований Министерства энергетики США (ARPA-E).

Бактерии могут хранить энергию лучше литий-ионных аккумуляторов (апрель, 2019)

Эффективное использование ВИЭ невозможно без развития систем хранения энергии. Они позволяют запасать излишки произведенного электричества и использовать их в безветренную и пасмурную погоду. Сегодня для хранения энергии чаще всего используются большие системы на основе литий-ионных аккумуляторов. Однако исследователи из Стэнфордского университета предлагают альтернативный подход. Как сообщает Engadget, он основан на использовании биологических систем.

Идея состоит в том, чтобы применить избыточную энергию ВИЭ для расщепления воды на кислород и водород — и передать эти компоненты бактериям. На основе этого водорода, а также углекислого газа из воздуха бактерия Methanococcus maripaludis производит метан. Этот газ легко собирать и хранить. А главное — его просто использовать: в моменты пикового спроса или безветренную погоду полученный метан можно сжечь так же, как ископаемые источники топлива. Еще один существенный плюс — экономия. В отличие от аккумуляторов, метан можно преобразовывать в электричество с помощью существующей инфраструктуры.

Исследователи надеются, что им удастся масштабировать технологию и сделать ее экономически эффективной. Крупнейшая в мире система хранения солнечной энергии создается во Флориде. Установку мощностью порядка 400 МВт построит компания Florida Power & Light.

Новые материалы дают возможность быстрой зарядки и лучшей производительности литий-ионных аккумуляторов (апрель, 2019)

Согласно исследованию Политехнического института Ренсселера (США), недавно опубликованному в Nature Communications, возможно создание литий-ионной батареи, которая может заряжаться в считанные минуты, но при этом работать с большой емкостью.

В традиционной литий-ионной батарее анод выполнен из графита, а катод состоит из оксида лития-кобальта. Эти материалы хорошо сочетаются друг с другом, поэтому литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными, но исследователи считают, что характеристики таких батарей в дальнейшем могут быть значительно улучшены. В одном из последних исследований ученые улучшили производительность, заменив оксид кобальта дисульфидом ванадия (VS2). Было обнаружено, что электроды VS2-TiS2 могут работать с высокой удельной емкостью или сохранять большой заряд на единицу массы. При этом, когда зарядка выполнялась быстрее, емкость не падала так сильно, как это часто бывает с другими видами электродов. Электроды были в состоянии поддерживать разумную емкость, потому что, в отличие от оксида кобальта, материал VS2-TiS2 является хорошо проводящим.

Ученые видят множество применений этого открытия: в улучшении автомобильных аккумуляторов, питания портативной электроники и хранения электроэнергии, производимой ВИЭ, где важна высокая емкость, но также будет привлекательной повышенная скорость зарядки.

Аккумулятор от Innolith обеспечит электрокару запас хода 1000 км (апрель, 2019)

Швейцарская компания Innolith установила новый рекорд плотности энергии для коммерческих литий-ионных аккумуляторов. Инженеры утверждают, что энергоемкость инновационной батареи составляет 1000 Вт*ч/кг. Для сравнения: у батарей в электрокарах Tesla Model 3 этот показатель составляет всего 250 Вт*ч/кг, но в будущем его рассчитывают увеличить до 330 Вт*ч/кг. А Министерство энергетики США спонсирует проект по разработке аккумуляторных элементов на 500 Вт*ч/кг.

Innolith разрабатывает литий-ионные аккумуляторы с жидкими электролитами. Единственное отличие продукта от большинства аналогов на рынке — это растворитель. Чаще всего компании используют органический состав, который легко воспламеняется. Швейцарские инженеры решили применить неорганический растворитель, который по консистенции напоминает соль. Это снижает риск возгорания, поскольку гореть в принципе нечему, и исключает наиболее реактивные компоненты, что позволяет повысить энергоемкость при сохранении стабильности.

Если заявления Innolith подтвердятся, то стартап мгновенно станет лидером рынка. Компания обещает, что ее установка позволит электрокарам проезжать до 1000 км на одном заряде. Пока запас хода большинства электромобилей на рынке не превышает 500-530 км. Innolith выпустит первую партию экспериментальных аккумуляторов в Германии, однако произойдет это нескоро. На разработку и подготовку к серийному производству уйдет 3-5 лет, так что на рынке энергоемкие аккумуляторы появятся не раньше 2022 года.

Глобальный рынок систем хранения энергии до 2024 года вырастет в 13 раз (апрель, 2019)

Консалтинговая компания Wood Mackenzie опубликовала статистику развертывания систем хранения энергии в мире и прогноз развития рынка до 2024 года: Global energy storage outlook 2019: 2018 year-in-review and outlook to 2024.

Ожидается, что к 2024 году объём рынка систем накопления энергии (СНЭ) в натуральном выражении (накопленным итогом) вырастет в 13 раз — с 12 ГВт*ч до 158 ГВт*ч. За один только 2024 год будет построено 15 ГВт/41 ГВт*ч накопителей энергии. Среднегодовой рост емкости СНЭ, установленных в период 2019-2024, составит 39% (CAGR). В период 2013-2018 рынок рос в среднем на 74% в год, но он стартовал с нулевого уровня и за этот промежуток времени было установлено «всего» 7 ГВт/12 ГВт*ч.

В последние годы рынок растёт колоссальными темпами, отмечает Wood Mackenzie. В 2018 году было построено 3,3 ГВт/6 ГВт*ч, объемы выросли на 140% по сравнению с 2017 годом. Накопленный объём инвестиций в системы хранения энергии, не считая ГАЭС, к 2024 году достигнет 71 млрд долларов США. В одном лишь 2024 году инвестиции составят 14 миллиардов. На рынке будут доминировать США и Китай, на которые к 2024 году будет приходиться 54% емкости установленных в мире СНЭ.

В прошлом месяце компания Bloomberg NEF подчеркивала быстрое падение стоимости литий-ионных аккумуляторов, что, разумеется, отразится на темпах внедрения накопителей энергии в мире.

Florida Power & Light построит самую большую аккумуляторную систему в мире (апрель, 2019)

Коммунальная компания Florida Power & Light (FPL) приняла участие в гонке по созданию крупнейшей в мире системы хранения солнечной энергии, объявив о планах по созданию центра Manatee Energy Storage Center. Компания планирует построить аккумулятор, который будет питаться от существующей солнечной электростанции в округе Манати, штат Флорида. Обслуживание клиентов начнется в 2021 году.

Прогнозируется, что емкость аккумуляторной системы Центра хранения энергии «Манати» в четыре раза превысит емкость крупнейшей в мире в настоящее время действующей системы аккумуляторов. Центр хранения энергии «Манати» ускорит вывод из эксплуатации двух энергоблоков на природном газе на близлежащей электростанции. FPL заявляет, что проект позволит сэкономить клиентам более $100 млн при одновременном сокращении выбросов углерода более чем на 1 млн т.

FPL также объявила о намерении установить 30 млн солнечных батарей к 2030 году, а коммунальные предприятия объявили о планах строительства четырех новых солнечных электростанций в этом году.

Термобатареи могут заменить литий-ионные аккумуляторы (апрель, 2019)

Австралийский стартап Climate Change Technologies (CCT) разработал первую термобатарею (TED) для серийного производства. Она хранит в 12 раз больше энергии, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, и в шесть раз превосходит по этому же параметру литий-ионные аналоги. Компания планирует поставить первую партию из 10 термобатерей до конца года. Массовое производство начнется в 2020 году. На первом этапе CCT планирует выпустить 200 экземпляров устройств, которые будет стоить на 20-40% дешевле Li-Ion аккумуляторов.

Аккумулятор, разработанный австралийскими инженерами, поглощает электроэнергию и сохраняет ее в форме скрытого тепла. Электричество при этом может поступать из любых источников — энергосети, ТЭС, солнечных или ветровых установок. Система нагревает и расплавляет кремний в специальной камере с теплоизоляцией. Устройство оснащено тепловым двигателем, который преобразует жар в электричество при необходимости. Стандартная установка рассчитана на 1,2 МВт*ч, но при необходимости можно объединить несколько модулей и собрать сверхмощный накопитель на несколько сотен мегаватт. При блэкауте такая батарея будет работать в автономном режиме до 48 часов. Разработчики утверждают, что устройство прослужит долго, а его эксплуатация не потребует дополнительных затрат.

Заменять литий-ионные аккумуляторы в электрокарах термобатареями компания пока не планирует, размер установки не позволяет встроить ее в электромобиль. Однако CCT планирует оснащать ей паромы на электротяге.

Необычный проводник рекордно повышает плотность энергии твердотельных батарей (март, 2019)

Полупроводниковые твердотельные батареи считаются одним из перспективных конкурентов литий-ионных аккумуляторов. Они лишены таких недостатков, как риск утечки электролита, воспламеняемость и ограниченная плотность энергии. Электролит в таких батареях твердый. Однако, такие электролиты обычно плохо сочетаются с металлическим литием.

Ученые из Университета Тохоку, о работе которых рассказывает Science Daily, представили новый подход к созданию твердотельных аккумуляторов. Они разработали сложный гидридно-литиевый суперионный проводник, который позволит создать батареи с рекордной плотностью энергии. Проводник демонстрирует высокую стабильность по отношению к металлическому литию, что делает его идеальным материалом для анодов твердотельных батарей.

Хотя сложные гидриды хорошо сочетаются с литием, их низкая ионная проводимость была препятствием для использования в аккумуляторах. Команда разработала сложный гидрид, который проявляет суперионную проводимость при комнатной температуре. Исследователи надеются, что открытие позволит разработать литиевые суперионные проводники на основе сложных гидридов и поможет создать электрохимические устройства с высокой плотностью энергии.

Fortum достигла рекордно высокого уровня переработки литий-ионных аккумуляторов (март, 2019)

Финская энергетическая компания Fortum достигла рекордно высокого уровня переработки отработанных литий-ионных батарей электромобилей — более 80%. Для сравнения, среднее значение по отрасли составляет сегодня 50%. Помимо защиты окружающей среды, новый рекорд означает, что в производство возвращается значительная часть редких металлов, что ослабляет возможную проблему их дефицита.

Как сообщает PV Magazine, в основе технологии лежит специальный процесс с низкими выбросами CO2. Сначала от аккумуляторов отделяют пластмассовые, медные и алюминиевые детали, которые отправляются на собственные линии переработки. Затем с помощью гидрометаллургии из батарей выделяют кобальт, литий, марганец и никель. Эти редкие металлы можно вновь отправить на фабрики для повторного использования.

По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2030 году в мире будет 125 млн электромобилей, а рынок утилизации их батарей вырастет до €20 млрд. Технологии, подобные той, что применяет Fortum, позволят эффективно использовать отработанные аккумуляторы с минимальным воздействием на окружающую среду.

Две новые европейские батареи потеснят Tesla PowerWall (март, 2019)

В настоящее время на рынке домашних аккумуляторов лидером является система Tesla PowerWall, на которую приходится 30% продаж. Она может заряжаться от солнечных батарей или от общей электросети в период сниженного потребления. Затем в период пиковых нагрузок батарея отдает накопленную энергию, существенно снижая расходы домовладения на электричество.

И вот теперь, как пишет издание The Financial Times, компанию Илона Маска могут сильно потеснить европейские конкуренты. Siemens объявил о запуске производства собственных непромышленных накопителей электроэнергии. А Shell изготавливать батареи будет не сама, для этого корпорация купила крупнейшего в Европе производителя домашних аккумуляторов – немецкую Sonnen.

Пока что данный рынок является нишевым, но он быстро растет. Если в 2017 году в мире было продано 90 тыс таких домашних батарей, то, согласно прогнозам экспертов, к 2025 году продажи вырастут в шесть раз – до 531 тыс аккумуляторов. А доходы производителей вырастут с 711 млн до 4,65 млрд долларов в год.

MIT создал зарядник для смартфона, получающий энергию из пространства (март, 2019)

Исследователи Массачусетского технологического университета (MIT) создали систему, которая позволит смартфону получать энергию для своей батареи буквально из окружающего пространства. В перспективе эта технология, при ее должном развитии, сделает владельца любого гаджета полностью независимым от розетки.

Развитие гаджет-индустрии идет по пути отказа от любых проводных систем, включая и зарядку. Но существующие системы беспроводной подзарядки все равно требуют подключения к электросети, так что проблема мобильности остается нерешенной. Именно эту проблему и решает поистине революционная разработка MIT. Недавно создатели системы презентовали ее рабочий прототип. Он представляет собой тонкую гибкую пленку с включенными в ее структуру элементами, чувствительными к электромагнитному полю любой интенсивности.

В сущности, эта пленка, которую легко можно прикрепить на корпус смартфона, выполняет роль своеобразной антенны. Попадающее на ее рабочую поверхность электромагнитное излучение преобразуется в постоянный ток мощностью около 40 микроватт. Этого может быть достаточно для зарядки не слишком крупного гаджета, каким является телефон. А источником электромагнитного поля могут быть Wi-Fi-сети, которые функционируют почти по всей площади крупных городов.

В дальнейшем инженеры MIT рассчитывают увеличить мощность своей системы, чтобы она могла подзаряжать планшеты и даже ноутбуки. Для этого достаточно просто увеличить площадь преобразователя, правда, в таком случае, система перестает быть компактной.

Падение цен на литий-ионные аккумуляторы повышает их конкурентоспособность с другими технологиями (март, 2019)

За восемь лет литий-ионные аккумуляторы подешевели на 85%. В обозримом будущем их стоимость продолжит снижаться, полагают аналитики. Это значит, что другие типы батарей не смогут составить им конкуренцию еще как минимум десять лет, ведь для массового производства эффективность — не главное.

В конце 2018 года Bloomberg New Energy Finance в девятый раз опубликовал ежегодный доклад о состоянии рынка литий-ионных аккумуляторов. Авторы пришли к выводу, что начиная с 2010 года средняя цена аккумуляторов упала на 85% — до $176 за 1 кВт*ч. Аналитики подчеркивают, что указанная ими цена — средняя, так что покупатели могут столкнуться как с более высокими, так и с более низкими ценами. Например, официальная стоимость аккумуляторов Tesla составляет как раз «средние» $176 за кВт*ч.

По прогнозу Bloomberg, стоимость аккумуляторов продолжит снижаться. К 2024 году она составит $94 за 1 кВт*ч, а к 2030 году — $62. Если объемы продаж окажутся выше ожидаемых, цены просядут еще сильнее. Bloomberg полагает, что в ближайшее время у литий-ионных аккумуляторов не появится достойных конкурентов. Несмотря на активные разработки, новые типы аккумуляторов, например, твердотельные, смогут потеснить традиционные лишь к концу 2020-х годов. А по мнению исследователей из Имперского колледжа Лондона, у литий-ионных батарей не будет серьезных конкурентов еще дольше — до 2050-х годов.

Новый топливный элемент по мощности в 2 раза превосходит существующие аналоги (март, 2019)

Ученые из Вашингтонского университета Сент-Луиса разработали мощный топливный элемент, позволяющий удешевить и повысить эффективность подлодок, дронов и других аппаратов с электродвигателями. Команда, возглавляемая профессором Виджаем Рамани, создала прямой борогидридный ТЭ по мощности в 2 раза превосходящий присутствующие в продаже аналоги, сообщает sciencedaily.com. Результаты исследования представлены в Nature Energy.

Устройство использует уникальную биполярную поверхность раздела, возможную за счет рН-градиента (PMBI). ТЭ использует кислотный электролит на одном электроде и щелочной – на другом. Обычно эти вещества быстро реагируют при контакте. Ключевым прорывом стала разработанная учеными тонкая мембрана, препятствующая смешиванию кислоты и щелочи. В результате формируется резкий градиент, обеспечивающий успешную работу системы.

Доказав возможность синтеза PBMI, исследователи оптимизировали ТЭ и определили лучшие условия для его работы. Сейчас исследователи планируют расширять масштаб системы для ее внедрения в транспортный сектор.

«Полутвердый» аккумулятор от компании 24M на 40% дешевле традиционного литий-ионного (март, 2019)

Гонка по созданию более дешевых, долговечных аккумуляторов стала еще интереснее. Компания 24M объявила, что она создала «полутвердые» литий-ионные аккумуляторы с уровнем плотности энергии 250 ватт-часов на килограмм (Втч/кг). Нынешний вариант по плотности сравним с аккумуляторами Tesla Model 3, но стоит при этом почти в полтора раза дешевле.

Батареи в Tesla Model 3 считаются одними из самых эффективных на рынке. Плотность энергии в них — 250 Втч/кг. 24М приблизилась к этой цифре, но заявляет, что потенциал их технологии гораздо выше. Создатели обещают, что с их батареями электротранспорт станет легче, дешевле и сможет преодолевать расстояния, гораздо больше сегодняшних.

По утверждению создателей, при массовом производстве уже нынешний вариант будет на 40% дешевле литий-ионных аккумуляторов. Но это лишь промежуточная веха. Финансирующее 24M Минэнерго США ожидает от компании достижения плотности хранения энергии в 350 Втч/кг уже в этом году. Сейчас в лабораториях аккумуляторы 24M уже достигают 300 Втч/кг. Но команда рассказывает о работе и над совсем экспериментальной технологией, которая будет способна обеспечить 500 Втч/кг.

На солнечных электростанциях Тувы будут установлены накопители энергии, созданные в Новосибирске (март, 2019)

Накопители энергии, созданные на новосибирском предприятии «Системы накопления энергии» совместно с учеными Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), после завершения испытаний будут установлены на солнечных электростанциях энергетической компании «Хевел» в Туве.

«Сейчас на заводе компании «Системы накопления энергии» (СНЭ) завершаются испытания двух новых накопителей, которые будут поставлены на солнечные электростанции компании «Хевел» (проект Роснано) в Туве. Предварительные испытания двух накопителей мощностью 100 и 400 КВт подтвердили их заявленные характеристики. В случае успешного окончания тестов накопители планируется передать заказчику уже на следующей неделе», — сообщает пресс-служба НГТУ.

В тендере на поставку накопителей для «Хевел» СНЭ опередили конкурентов из Германии, Франции и Китая. Стоимость накопителей не уточняется, однако сообщается, что их окупаемость в среднем будет составлять 3-4 года. Она зависит от особенностей проекта, на котором применяются накопители.

Отмечается, что успешные испытания накопителей смогут ускорить процесс появления в Новосибирске кластера накопителей энергии большой мощности, в которые войдут «Лиотех», СНЭ и НГТУ. Аккумуляторы будет поставлять завод «Лиотех», суперконденсаторы — компания ТЭЭМП и завод радиодеталей «Оксид», а специалисты НГТУ будут заниматься разработкой новых систем и научным сопровождением. Всего в работе кластера может быть задействовано не менее 20 новосибирских предприятий. В результате в производстве накопителей будет использовано около 95% российских комплектующих.

Нефтегазовый гигант Shell будет производить домашние накопители энергии (март, 2019)

Нефтегазовый концерн Shell объявил о приобретении 100% акций немецкого производителя домашних накопителей энергии и «инновационных энергетических услуг» Sonnen. В 2018 венчурное подразделение нефтегазового концерна, Shell Ventures приобрело пакет акций Sonnen, в феврале 2019 в собственность Shell перешли все 100%.

Sonnen является одним их крупнейших мировых игроков в области домашнего хранения энергии. В Европе он занимает первое место с рыночной долей 21% (2017 год). Sonnen имеет производственные площадки в разных странах. В прошлом году был открыт завод в Южной Австралии с плановым объемом выпуска 10 тыс. накопителей энергии в год. Разумеется, во всех этих странах присутствует и Shell. Поскольку нефтегазовый концерн всё больше диверсифицируется, становясь энергетической компанией, возможна синергия.

«Sonnen позволит нам предложить больший выбор клиентам, которые ищут надежную, доступную и более чистую энергию», — сказал Марк Гейнсборо, исполнительный вице-президент Shell по новой энергетике. «Вместе мы сможем ускорить создание ориентированной на клиента энергетической системы в поддержку стратегии Shell по предложению более чистых энергетических решений для клиентов».

Tesla будет производить аккумуляторы и ультраконденсаторы для электромобилей по технологии сухих электродов (февраль, 2019)

Tesla договорилась о покупке калифорнийского производителя аккумуляторов Maxwell Technologies. Об этом 5 февраля 2019 г. сообщило агентство Bloomberg. Maxwell Technologies производит аккумуляторы и суперконденсаторы для различных отраслей промышленности. В настоящее время компания поставляет свою продукцию автомобильным гигантам, таким как General Motors и Volkswagen.

Tesla уже несколько лет заказывает все свои аккумуляторы у японской Panasonic. Покупка Maxwell Technologies позволит Tesla в кратчайшие сроки наладить собственное производство аккумуляторов для электромобилей. И даже немного увеличить мощность аккумуляторов Tesla. Кроме того, имеющиеся у Maxwell Technologies технологии позволят ускорить зарядку электромобилей. Сумма сделки может составить 218 млн долл. США.

Технология Maxwell использует связующий агент и проводящий агент вместо растворителя. Этот процесс может помочь сделать электрод толще, чем в обычной практике. Чем больше материала электрода в батарее, тем больше энергии он может хранить. Maxwell утверждает, что это может увеличить емкость аккумулятора до 300 Вт/кг, что на 20% больше, чем у лучших аккумуляторов для электромобилей.

Технология сухих электродов сможет снизить стоимость литий-ионных аккумуляторов. Это будет косвенно способствовать выполнению обещания И.Маска сделать Модель 3 доступной для массового покупателя по цене 35 тыс долл США.

В КНР на ветро-солнечной электростанции установлен гигантский накопитель энергии (февраль, 2019)

Компания Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), китайский производитель литий-ионных аккумуляторов, поставила аккумуляторную систему накопления энергии (battery energy storage system — BESS) емкостью 100 МВт*ч для демонстрационного проекта Luneng Haixi, который представляет собой комбинацию ветровой электростанции мощностью 400 МВт, фотоэлектрической солнечной электростанции на 200 МВт и тепловой солнечной электростанции (CSP) на 50 МВт. Китайские специалисты называют проект «первым в мире и крупнейшим в Китае электрохимическим накопителем энергии с виртуальным синхронным генератором». Важнейшую роль в проекте играет система управления батареями, с помощью которой координируется работа различных генерирующих объектов.

Компания CATL, являющаяся одним из крупнейших в мире поставщиков литий-ионных батарей для секторов автомобильной промышленности, недавно начала заниматься и промышленными системами хранения энергии.

Демонстрационный проект Luneng Haixi расположен в активной сейсмической зоне в провинции Цинхай, где, кроме того, температура воздуха колеблется от -33,6°C до 35,5°C. Суровые климатические условия и сейсмика были учтены при проектировании и строительстве станции. Система накопления энергии способна выдерживать землетрясения силой до восьми баллов. Плановый срок службы аккумуляторной системы CATL составляет 15 лет. Компания заявила, что особое внимание уделялось безопасности, особенно защите от возгораний или взрывов, вызванных отказом оборудования. Система контроля и управления батареями также обеспечивает защиту от повреждений, вызванных такими факторами, как перегрузка, чрезмерно глубокая разрядка или использование при экстремальных температурах.

Запуск Европейской технологической и инновационной платформы по аккумуляторам (февраль, 2019)

5 февраля на мероприятии в Брюсселе была запущена новая Европейская технологическая и инновационная платформа по аккумуляторным батареям. Усиливая поддержку исследований и инноваций для всех типов аккумуляторных технологий, новая платформа консолидирует промышленную базу для этого сектора в Европе, создавая новые возможности для роста и новые рабочие места.

Генеральный директор департамента энергетики Комиссии Доминик Ристори сказал: «ЕС не просто хочет быть потребителем аккумуляторов, он хочет стать лидером на рынке, и к 2025 году этот сектор будет стоить до 250 миллиардов евро. Для этого главным являются исследования и инновации, и я убежден, что эта новая платформа поможет Европе стать мировым лидером в области аккумуляторов и накопителей. На карту поставлен экономический интерес, и роль и значение этих технологий в будущем значительно возрастут. Чтобы быть в авангарде этой революции, нам необходимо консолидировать промышленную основу в этом секторе на нашем континенте, включая все аккумуляторные технологии».

Мероприятие, организованное на Промышленном форуме по чистой энергии в рамках Дней промышленности 2019 года, подвело итоги прогресса по всем аспектам политики ЕС в отношении аккумуляторных технологий. Дискуссия была организована EU Battery Alliance, InnoEnergy, и Transport & Environment.

Ученые предложили способ удешевления топливных элементов электромобилей (февраль, 2019)

Исследователи из нескольких американских университетов предложили методику, помогающую выбрать оптимальное количество металла для электродов автомобильных топливных элементов (ТЭ). Подход может помочь удешевить технологию и ускорить ее распространение. В проекте участвовали специалисты университетов Пердью, Джона Хопкинса и Калифорнийского университета Ирвина, сообщает sciencedaily.com.

Внимание группы было сосредоточено на ТЭ, вроде системы, установленной на новой Toyota Mirai. Автомобиль не выделяет выхлопных газов, но его использование ограничено из-за дорогих платиновых электродов. Исследователи использовали силы, действующие на металлической поверхности, для определения оптимальной толщины элементов. Свою теорию команда протестировала на палладии, схожим по характеристикам с платиной. С помощью компьютерных симуляций группа предсказала, что лучше манипулировать внутренними силы на поверхности палладиевых катализаторов. Согласно расчетам, для оптимизации их работы будет достаточно структуры из 5 слоев, толщиной 1 атом каждый.

Опыты, проведенные в Университете Джона Хопкинса, подтвердили прогнозы. Они показали, что метод может повысить активность катализаторов в 10-50 раз, используя на 90% меньше металла, чем в существующих электродах для ТЭ. Добиться этого позволили поверхностные силы в структурах атомарной толщины, поддерживающие определенное расстояние между атомами.

Volkswagen строит завод по переработке литий-ионных аккумуляторов (февраль, 2019)

Специалисты Volkswagen работают над концепцией утилизации отработанных литий-ионных аккумуляторов. Как сообщает автомобильная группа, на площадке в Зальцгиттер (Salzgitter) будут перерабатываться использованные автомобильные батареи — с 2020 года около 1200 тонн в год – примерно 3000 комплектов. При этом речь идёт об эффективном процессе, который позволит восстанавливать для повторного использования кобальт, литий, марганец и никель.

Аккумуляторы, «отходившие» своё в электромобилях, могут применяться в стационарных системах хранения энергии, но после этого их все равно нужно утилизировать. На новом заводе старые аккумуляторы будут измельчаться, полученный материал будет высушиваться и просеивается. Дальше процесс предусматривает извлечение так называемого «чёрного порошка». Он содержит ценное сырье — кобальт, литий, марганец и никель. Остаётся только разделить данные материалы.

Извлеченное сырьё будет направляться «в производственную цепочку» концерна — одновременно с установкой по переработке аккумуляторов в Зальцгиттер создаётся пилотный завод по производству аккумуляторных батарей. По словам представителей Volkswagen в ближайшие годы за проектом в Зальцгиттер последуют другие децентрализованные заводы по переработке.

Siemens выходит на рынок домашних накопителей энергии (февраль, 2019)

Немецкий концерн Siemens представил новый продукт, домашний накопитель энергии с литий-ионными аккумуляторами Junelight Smart Battery.

Как сообщает компания, устройство оптимально регулирует процессы загрузки и выгрузки энергии в зависимости от прогноза выработки фотоэлектрической системы, а также от индивидуального профиля потребления домохозяйства. Все потоки энергии (выработка-хранение-потребление-передача в сеть) доступны для просмотра потребителем в режиме реального времени через мобильное приложение.

Емкость накопителя может быть адаптирована к индивидуальным требованиям. Покупатель имеет возможность установить до шести аккумуляторных блоков с чистой емкостью 3,3 киловатт-час каждый. То есть максимальная ёмкость составит 19,8 кВт*ч. Аппаратное обеспечение Junelight Smart Battery стандартно оснащено всеми соответствующими соединениями для будущих расширений функций. Продукт уже в продаже в Германии и будет предлагаться на рынке Австрии с апреля 2019 года.

Натрий вместо лития: исследователи нашли способ повысить производительность натрий-ионных аккумуляторов (февраль, 2019)

Ученые нашли желаемый компонент для натрий-ионных аккумуляторов, который может способствовать повышению их производительности, включая скорость заряда. Хотя литий-ионные аккумуляторы в настоящее время весьма популярны, ученые активно ищут альтернативу литию, потому что литий дорог и его запасы ограничены.

Исследователи Нагойского технологического института (NITech) в Японии продемонстрировали, что подобранное ими соединение может выступать в качестве эффективного компонента для натрий-ионных аккумуляторов, которые будет конкурировать с литий-ионными аккумуляторами по нескольким показателям, особенно по скорости заряда.

Натрий-ионные аккумуляторы являются привлекательной альтернативой литий-ионным аккумуляторам по ряду причин. Натрий не является ограниченным ресурсом — он в изобилии присутствует в земной коре, а также в морской воде. Кроме того, компоненты на основе натрия имеют возможность получить гораздо более быстрое время зарядки при соответствующей конструкции кристаллической структуры. Однако, нельзя просто заменить натрием литий, используемый в применяемых в настоящее время материалах аккумуляторов, поскольку по сравнению с литием натрий имеет больший размер иона и несколько иную химию. Поэтому исследователи попытались найти подходящий материал для натрий-ионного аккумулятора среди огромного числа кандидатов методом проб и ошибок.

Ученые NITech после изучения около 4300 соединений и после высокопроизводительных расчетов характеристик этих соединений обнаружили, что одно из них дало положительные результаты и стало перспективным кандидатом в качестве компонента натрий-ионного аккумулятора. Это соединение – нанотрубки на основе Na2V3O7 – обеспечивает длительное время автономной работы и короткое время зарядки натрий-ионного аккумулятора.

Нефтегазовый гигант Shell будет производить домашние накопители энергии (февраль, 2019)

Нефтегазовый концерн Shell объявил о приобретении 100% акций немецкого производителя домашних накопителей энергии и «инновационных энергетических услуг» Sonnen. В 2018 венчурное подразделение нефтегазового концерна, Shell Ventures приобрело пакет акций Sonnen, в феврале 2019 в собственность Shell перешли все 100%.

Sonnen является одним их крупнейших мировых игроков в области домашнего хранения энергии. В Европе он занимает первое место с рыночной долей 21% (2017 год). Sonnen имеет производственные площадки в разных странах. В прошлом году был открыт завод в Южной Австралии с плановым объемом выпуска 10 тыс. накопителей энергии в год. Разумеется, во всех этих странах присутствует и Shell. Поскольку нефтегазовый концерн всё больше диверсифицируется, становясь энергетической компанией, возможна синергия.

«Sonnen позволит нам предложить больший выбор клиентам, которые ищут надежную, доступную и более чистую энергию», — сказал Марк Гейнсборо, исполнительный вице-президент Shell по новой энергетике. «Вместе мы сможем ускорить создание ориентированной на клиента энергетической системы в поддержку стратегии Shell по предложению более чистых энергетических решений для клиентов».

Toyota и Panasonic займутся производством твердотельных аккумуляторов для электромобилей (январрь, 2019)

По данным Nikkei Asian Review, Toyota Motors и Panasonic договорились о создании совместного предприятия по производству автомобильных аккумуляторов, при этом Toyota владеет 51 процентом компании, а Panasonic — 49 процентами.

Планируется, что к 2020 году Panasonic передаст в собственность объединенной компании пять заводов в Японии и Китае. На них впервые начнут производиться твердотельные батареи — они легче, безопаснее и эффективнее традиционных литий-ионных. Технология, которая пока не используется в промышленном производстве, позволит увеличить емкость аккумуляторов в 50 раз по сравнению с существующими.

По данным издания, Toyota уже несколько лет разрабатывает технологию производства твердотельных батарей.

«Лиотех» разработал новые аккумуляторы для электротранспорта (январрь, 2019)

Новые ячейки компании «Лиотех-Инновации» в алюминиевом корпусе емкостью 72 А·ч обладают повышенной плотностью энергии, а также целым рядом иных преимуществ, важных в электротранспорте: уменьшенными габаритами, пониженным контактным сопротивлением и тепловыделением, повышенным ресурсом. В числе потенциальных российских заказчиков — «Волгабас» и «Тролза».

За последнее время «Лиотех-Инновации» освоил промышленный выпуск аккумуляторов емкостью 270 А·ч и 170 А·ч. Следующим шагом стала разработка в 2018 году призматических ячеек емкостью более 70 А·ч в алюминиевом корпусе. Опытные образцы были выпущены на заводе «Лиотех» в декабре 2018 года при технической поддержке партнера — ООО «ТЭЭМП». Серийный выпуск и продажи новых ячеек для электротранспорта планируется начать во второй половине 2019 года. Компания также начала разработку конечных решений (системы накопления энергии и тяговые аккумуляторные батареи) на их основе.

Новые ячейки имеют целый ряд преимуществ: при сборке токоведущих частей ячеек вместо болтового соединения применено сварное, что позволяет снизить контактные сопротивления в местах соединения, уменьшить разогрев ячеек при их эксплуатации, и, в конечном счете, увеличить число циклов заряда-разряда для данной ячейки. Применение алюминиевого корпуса вместо пластикового позволяет достичь большей плотности энергии в аккумуляторе (для новой ячейки плотность энергии составила более 130 Вт·ч/кг), что принципиально важно в электротранспорте. Помимо этого, алюминиевый корпус и меньшие габариты ячеек снижают требования к системе термостатирования при создании готовых решений.

Немецкие ученые разработали эффективный натрий-никель-хлоридный аккумулятор (январрь, 2019)

Институт керамических технологий и систем им. Фраунгофера (IKTS) представляет на профильной выставке Energy Storage Europe 2019 в Дюссельдорфе керамическую высокотемпературную батарею “cerenergy” на основе натрий-никель-хлорида.

Cerenergy -это аккумулятор емкостью 5 кВт-ч с 20 ячейками на основе натрий-никель-хлорида. Разработчики утверждают, что затраты на хранение энергии для таких аккумуляторов будут составлять менее 100 евро / кВт-ч, что вдвое ниже, чем для литий-ионных. Общая эффективность составляет более 90%, а плотность энергии-130 Вт/кг. Рабочая температура керамических аккумуляторных батарей — 300°C. Для эффективной эксплуатации такого блока используется вакуумная изоляция. Она защищает батарею от внешних воздействий и устраняет необходимость в дополнительной системе охлаждения. Предполагается, что в ближайшие месяцы разработка будет запущена в производство.

«Основа натрий-никель-хлоридной батареи — поваренная соль. Вряд ли есть более дешевое и доступное сырье, — объясняет удешевление глава департамента IKTS Роланд Вайдль, — мы также полностью избавляемся от редкоземельных металлов и другого стратегического сырья».

Двумерный катализатор увеличивает емкость аккумулятора в 10 раз (январрь, 2019)

В Университете Иллинойса создали серию двумерных материалов, которые буквально преображают перспективные литий-воздушные аккумуляторы: в прототип удалось закачать на порядок больше энергии, чем в аналогичную литий-ионную батарею. Это то, что нужно электромобилям, уверяют исследователи.

Литий-воздушные батареи считаются одной из самых перспективных технологий, которая может прийти на смену тяжелым и медленно заряжающимся литий-ионным аккумуляторам. В теории они могут запасать более 11 КВт энергии на килограмм веса, быстро накапливают заряд и отдают его. Но на практике на этом пути много сложностей. Например, эффективную батарею для иллюстрирования принципа работы можно собрать на основе кислорода — но она взрывоопасна. А при работе с воздухом из-за множества примесей наступает стремительная деградация.

Двумерные катализаторы из семейства TMDC позволят аккумуляторам запасать в 10 раз больше энергии, чем нынешним литий-ионным. В лаборатории ученые создали 15 разных типов катализаторов и подобрали несколько наиболее полезных, протестировав их в условиях, имитирующих литий-воздушную батарею. Эти катализаторы помогают батарее и хранить больше заряда, и быстрее заряжаться. С таким аккумулятором дальность поездки электромобиля на одном заряде достигнет 800 км.

В академической среде пока не сформировалось единого подхода к созданию «аккумуляторов будущего». Есть скептики, которые считают, что совершить революцию уже невозможно. Одно дело — лаборатория, и совсем другое — слом сложившейся индустрии и глобальных цепей поставок. Так, группа исследователей из Имперского колледжа Лондона уверяет, что Li-Ion по крайней мере до 2050 года ни одна другая технология не обойдет по ключевому для массового использования параметру — экономичности (см. другую сегодняшнюю новость).

У литий-ионных аккумуляторов не будет достойной альтернативы до 2050 года (январрь, 2019)

С технической точки зрения литий-ионные аккумуляторы далеки от совершенства, но по экономичности им нет равных. Как и солнечные панели, Li-Ion батареи будут стремительно дешеветь и со временем спектр их применения расширится. Ожидать появления альтернативного и столь же экономичного решения со стороны других технологий в ближайшие 30 лет не стоит.

Группа исследователей из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) изучила более 30 научных работ, оценивающих перспективы систем хранения энергии. Всего ученые рассмотрели девять различных технологий и подсчитали, во сколько обойдется их применение с 2015 по 2050 годы.

Эксперты учитывали не только себестоимость самих накопителей, но и связанные с ними издержки на установку, ремонт, обслуживание, а также принимали во внимание срок службы и возможные повреждения. На основе этих сведений британские исследователи составили математическую модель для проведения подсчетов.

Анализ показал, что пока самое выгодное решение на рынке — это гидроаккумулирующие электростанции. Такие установки уже обходятся относительно недорого, однако со временем их стоимость останется прежней. Эксперты считают, что ждать снижения затрат в этой отрасли не стоит. В то же время литий-ионные аккумуляторы, как и кремниевые солнечные панели, будут дешеветь с каждым годом. Уже к 2030 году Li-Ion батареи станут самым выгодным решением в сфере хранения энергии и в других областях.

Применение накопителей для судов (декабрь, 2018)

Сравнительно короткие расстояния плавания по судоходным внутренним водным путям в сочетании с остановками в навигационных шлюзах повышают привлекательность использования двигательной установки на батареях. В то время как популярные электрохимические батареи используют литиевую технологию, имеются и другие конкурирующие батареи, которые предлагают более длительный срок использования с накоплением энергии в виде расплавленного металла.

Сейчас имеется два подхода к накоплению энергии при высоких температурах: в виде теплоты плавления и в электрохимическом виде. Во втором случае, например, расплавленная натрий-сульфатная батарея может включать сепаратор для обеспечения контролируемого электрохимического взаимодействия между расплавленной серой и расплавленным натрием. Расплавленная сульфатно-натриевая технология была использована в стационарной форме с сетевыми накопителями электроэнергии. Однако были случаи, когда натрий-сульфатные батареи воспламенялись. Исследователи из Массачусетского технологического института, работающие под руководством профессора Дональда Садоуя, достигли успехов в разработке долговечной сепараторной технологии для аккумуляторных батарей из расплавленного металла.

Она может увеличить срок службы аккумуляторных батарей с расплавленным металлом до 15 лет, что значительно снижает затраты на замену батарей, возникающие сейчас каждые три-четыре года. Такие электрохимические батареи с расплавленным металлом с улучшенной технологией разделения становятся жизнеспособной альтернативой литиевым электрохимическим аккумуляторным батареям как в стационарном, так и в мобильном исполнении.

Австралия в дополнение к аккумуляторным системам хранения энергии собирается построить 9 ГАЭС на 360 ГВт*ч (декабрь, 2018)

В Австралии отлично зарекомендовали себя аккумуляторные хранилища энергии, а страна постепенно отказываются от угольных электростанций и инвестирует ресурсы в развитие чистой энергетики. Это солнечные панели и ветряные электростанции, но не только они — в темное время суток и при отсутствии ветра страна собирается получать энергию из водных ресурсов.

В 2019 году сразу несколько компаний планируют заняться проектами гидроаккумулирующих электростанций, сообщает Greentech Media.

Например, в планах компании Snowy Hydro построить за $3,2 млрд ГАЭС, которая добавит 350 ГВт*ч. Она заработает с 2024 года.

В Новом Южном Уэльсе собираются построить ГАЭС на 600 МВт/3,6 ГВт*ч компании Oven Mountain Pumped Storage. Предполагаемый срок ввода в эксплуатацию — 2022 или 2023 год.

Интересный проект хотят воплотить в Квинсленде — первую в мире ГАЭС, оборудованную также солнечными панелями.

Строительство ГАЭС на 250 МВт/2 ГВт*ч запланировано компанией Genex Power на 2019 год.

В Южной Австралии компании Altura Group и Delta Electricity обещают построить ГАЭС на 230 МВт/1,8 ГВт*ч.

Еще один любопытный проект — это ГАЭС на 225 МВт/1,8 ГВт*ч, работающая на морской воде. Ее собирается построить EnergyAustralia.

Все вместе эти девять проектов добавят энергетике Австралии 4 ГВт мощности. Когда эти ГАЭС будут построены, страна получит дополнительные 360 ГВт*ч электроэнергии.

Tesla начала строительство Gigafactory 3 в Китае (декабрь, 2018)

Завод в Шанхае будут строить ускоренными темпами, так как Китай из-за торговой войны с США ввел 40-процентные пошлины для импортных электрокаров. Именно поэтому Tesla нужен завод в Китае как можно быстрее.

На записи с дрона видно огороженную территорию, на которой может поместиться фабрика размером с Gigafactory 1, отмечает Electrek. На видео видна тяжелая техника, занятая разгрузкой. Tesla надеется наладить выпуск некоторых деталей для Model 3 уже в следующем году. Производство автомобилей целиком начнется через пару лет.

Gigafactory 3 в Шанхае — самый амбициозный проект, который на порядок превосходит все, что до этого делал в Tesla Илон Маск. Китайская фабрика на первом этапе потребовала недюжинных дипломатических усилий. Обычно китайские власти выделяют ресурсы лишь для совместных предприятий. Маск опасался воровства технологий — и в итоге добился права строить завод без китайского партнера. После выхода на полную мощность на Gigafactory 3 будут собирать по 500 000 электромобилей в год для китайского рынка. Для компании Маска, как и для рынка электромобилей, это невероятные объемы. Например, в прошлом году Tesla поставила покупателям только 101 300 своих электрокаров, а в нынешнем году миллиардеру пришлось спать под столом в кабинете в попытке обеспечить выпуск по 5000 седанов Model 3 в неделю.

При этом Gigafactory 1 производит батарей больше, чем все остальные автопроизводители. Фабрика признана одним из мощнейших заводов в мире. Что касается Gigafactory 2, то этот завод как будто мало интересует своего создателя. Фабрику называют падчерицей Маска: чтобы завод не пустовал, Panasonic установила и наладила на Gigafactory 2 свою производственную линию, а Tesla презентовала этот шаг как тесное партнерство.

Быстрый рост ёмкости промышленных накопителей в США (декабрь, 2018)

В соответствии с отчетом Wood Mackenzie, в течение 3-го квартала 18-года объем развертывания накопителей энергии в США в ёмкостном выражении увеличился в три раза по сравнению с прошлым годом. Мощность выросла на 60%. Совокупная мощность накопителей к 2023 году может вырасти до 33 ГВт.

Мексика начинает внедрять промышленные накопители энергии (декабрь, 2018)

Энергетические власти Мексики разрабатывают стратегию хранения энергии, чтобы обеспечить работоспособность солнечных электростанций. Однако первый крупный накопитель выполняет другие функции.

Устройство мощностью 12 мегаватт при ёмкости 12 мегаватт-часов запущено в октябре для обеспечения надежности и качества электроэнергии на микросети мощностью 130 мегаватт, обслуживающей кампус автомобильного завода в Монтеррее. Устройство поддерживает мощность напряжение и частоту в полностью автономной электрической системе. Семь энергоустановок Wartsila служат источниками для микросети.

Падение стоимости натрий-ионных батарей (декабрь, 2018)

Исследователи из Стэнфордского университета разработали дешевые батареи в качестве альтернативы распространенным литий-ионным батареям. Группе удалось создать батарею на основе натрия, которая может хранить такое же количество энергии, что и батарея на основе лития, менее чем за 80% стоимости литий-ионных аналогов. Другие исследователи создали батареи на основе натрия в прошлом, но этот новый подход может быть более рентабельным.

Hyundai построит крупнейшее в мире энергохранилище (декабрь, 2018)

Hyundai Electric & Energy Systems, подразделение корпорации Hyundai, планирует построить в Ульсане крупнейшую в мире систему хранения энергии. Как заявили в пресс-службе южнокорейской корпорации, мощность этого литий-ионного аккумуляторного комплекса составит 150 МВт. До настоящего времени крупнейшим в мире считается аккумуляторный комплекс Tesla Powerpack мощностью 129 МВт в Южной Австралии.

Энергохранилище будет сдано в эксплуатацию через 3 месяца, сообщает ресурс Clean Technica. Стоит отметить, что Hyundai выбрала Ульсан для размещения этого комплекса не просто так. Здесь находится крупнейший в мире автозавод корпорации, что делает город весьма подходящим местом для создания крупнейшей в мире аккумуляторной системы.

Масштабы систем хранения электроэнергии в США растут рекордными темпами (декабрь, 2018)

Через четыре года рынок литий-ионных хранилищ электричества будет оцениваться в $4,5 млрд, во многом благодаря крупнейшим проектам энергетических компаний и экономическим стимулам со стороны правительства. Литий-ионные системы хранения электроэнергии в США захватывают рынок, показывая масштабный рост на протяжении всего года. За третий квартал 2018 было установлено 61,3 МВт/136,3 МВт*ч аккумуляторов, что на 60%/300% больше, чем за аналогичный период прошлого года.

Лидером, как всегда, стала Калифорния, хотя Гавайи и Нью-Йорк также показали хорошие результаты. Небольшие аккумуляторные системы составили примерно 57-60% от всех вновь установленных мощностей. В перспективе до 2023 года эксперты прогнозируют стремительный рост строительства крупномасштабных систем хранения энергии. В частности, энергокомпания PG&E недавно получила разрешение властей на четыре проекта общей мощностью и производительностью в 567 МВт/2,64 ГВт*ч. В том числе, систему на 300 МВт/1200 МВт*ч от Vistra Energy и 182,5 МВт/1095 МВт*ч от Tesla. После установки они станут крупнейшими литий-ионными хранилищами энергии в мире, превзойдя «Большую батарею» в Австралии.

Общая стоимость проектов, реализованных в США в 2018 году достигнет $474 млн. А к 2023 году рынок вырастет в 10 раз, превысив отметку в $4,5 млрд. Чтобы подстегнуть массовое внедрение систем хранения электроэнергии, в Аризоне и Неваде ввели экономические стимулы для предприятий и частных лиц, которые решат их установить. В Нью-Йорке развертывают соответствующие программы, а некоторые штаты вкладывают значительные средства в исследования.

Что касается мирового рынка, то в ближайшие 22 года аккумуляторные системы хранения энергии привлекут не меньше $1,2 трлн инвестиций. К такому выводу пришли аналитики Bloomberg в своем долгосрочном прогнозе Energy Storage Outlook.

Представлены аккумуляторы на основе фтора (декабрь, 2018)

Исследовательский институт компании Honda (The Honda Research работает с учеными из Калифорнийского технологического института (CalTech) и Лаборатории реактивного движения НАСА над созданием нового химического состава батарей, который может представить более энергоемкую и экологичную альтернативу литий-ионным батареям, согласно опубликованной в журнале Science статье.

В настоящее время мировые электромобили, за некоторыми исключениями, питаются от литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионный имеет много преимуществ по сравнению со старыми химическими составами батарей, такими как металлогидрид никеля, благодаря большим скоростям заряда и отсутствию эффекта «памяти».

У литий-ионных батарей также есть несколько существенных недостатков, а именно: ущерб окружающей среде, который обусловлен методами добычи лития и кобальта, и склонность накопителей к возгоранию. Химия на основе фторидных батарей, разрабатываемая Honda, NASA и CalTech, облегчила бы многие из этих проблем.

Одним из самых привлекательных преимуществ составов на базе фтора является их заметно большая плотность энергии по сравнению с литиевыми моделями.

Накопители на основе расплава кремния (декабрь, 2018)

Группа инженеров предложила использовать доступный на рынке кремний в качестве «горячего» и «холодного» термостата при температурах соответственно 2400 и 1900 градусов Цельсия. Нагрев может производиться при помощи избыточной электроэнергии, произведённой на ВИЭ. По мнению авторов идеи, этот перепад температуры может обеспечить работу того или иного теплового цикла. Сгенерированная таким образом энергия может возвращаться в сеть.

Планы постройки крупных накопителей (ноябрь, 2018)

Комиссия по коммунальным предприятиям Калифорнии одобрила предложение Pacific Gas & Electric о замене трех электростанций на природном газе литий-ионными аккумуляторами Tesla.

Решение включает четыре отдельных проекта хранения энергии, два из которых станут крупнейшими в мире системами аккумуляторов. Данных о стоимости проекта пока нет.

По данным Bloomberg, комиссия CPUC предписала PG & E, крупнейшей коммунальной компании Калифорнии, предложить, как заменить газовые установки Calpine Corp.

Четыре проекта промышленных накопителей включают 183-мегаваттный объект к югу от Сан-Хосе, Калифорния, который будет построен Tesla и будет принадлежать PG & E. Vistra Energy Corp. планирует установку на 300 мегаватт. Hummingbird Energy Storage LLC разрабатывает проект на 75 мегаватт. Наконец, Micronoc Inc. планирует установить 10 мегаватт мощности. PG & E будет покупать энергоемкость других проектов, но проект Tesla является единственным, что PG & E, которым PG & E занимается напрямую. Любопытно, что в случае реализации проектов Tesla становится проектировщиком и строительной компанией в области электроэнергетики.

90-метровый гравитационный «аккумулятор» решит проблемы альтернативной энергетики (ноябрь, 2018)

Как сообщает издание New Atlas, инженеры компании Energy Vault недавно запустили демонстрационную систему, которая делает запас потенциальной энергии тяжёлых грузов, поднятых высоко над землёй. Конструкция, созданная в Energy Vault, представляет собой кран с несколькими стрелами. Он строит «башню» из поставленных друг на друга массивных бетонных блоков. Как сообщает ресурс TechCrunch, общая высота сооружения может достигать 90 метров (около 29 этажей), а общее количество блоков – пяти тысяч. Их суммарная масса составляет около 35 тонн. Всего такая конструкция способна запасти 35 мегаватт-часов и развить пиковую мощность в четыре мегаватта.

Потери энергии во время зарядки и разрядки такой «батарейки» не превышают 10%. При этом, в отличие от традиционного аккумулятора, детищу Energy Vault не свойственно самопроизвольно разряжаться с течением времени и постепенно терять ёмкость. Систему нельзя назвать медлительной: пиковая мощность развивается уже через три секунды после включения. К достоинствам этого устройства следует также отнести его долговечность (оно рассчитано на 30–40 лет работы). Стоимость системы для покупателя составит 7–8 миллионов долларов США.

Первая коммерческая конструкция будет сооружена в Индии для фирмы Tata Power Company Limited и должна вступить в строй в 2019 году.

Мощный накопитель Tesla емкостью 50 МВтч введен в эксплуатацию на австралийской солнечной электростанции (ноябрь, 2018)

Накопитель Tesla 25 МВт/50 МВтч был введен в эксплуатацию в ноябре на солнечной электростанции Gannawarra (мощностью 60 МВт) к северу от Мельбурна в австралийском штате Виктория.

Аккумуляторная система принадлежит разработчику возобновляемых источников энергии Австралии Edify Energy и немецкой Wirsol и управляется EnergyAustralia в соответствии с долгосрочным соглашением о покупке электроэнергии. Система была оплачена грантом австралийского агентства по возобновляемым источникам энергии и правительства Виктории в размере 50 миллионов долларов, каждый из которых внес по 25 миллионов долларов. Хотя проект был завершен досрочно, Edify Energy и Wirsol говорят, что им пришлось преодолеть ряд уникальных нормативных и технических проблем, чтобы поставить первую аккумуляторную систему хранения на существующую солнечную ферму.

Прогнозное снижение стоимости литий-ионных аккумуляторов (ноябрь, 2018)

Исследователи из Bloomberg NEF (BNEF) прогнозируют, что с настоящего времени по 2040 год в ВИЭ будет вложено более 1 триллиона долларов США. В последнем выпуске Long Energy Energy Storage Outlook говорится о том, что затраты на производство литиево-ионных аккумуляторов будут определять скорость этого тренда. Авторы ожидают, что эти стоимость накопителей снизится на 52% в период между 2018 и 2030 годами, что опережает уже наблюдаемое падение. В ближайшей перспективе на рынке будут доминировать Южная Корея и США, но Китай станет движущей силой с 2020-х годов.

Механические накопители компании Energy Vault (ноябрь, 2018)

Energy Vault предложила построить накопители, основанные на потенциальной энергии бетонных блоков, поднятых на большую высоту. Чтобы зарядить эту «батарею» размером в небоскреб, шестиступенчатый кран поднимает блоки с земли и складывает их вокруг своей базы, создавая башню. Для возвращения энергии в сеть краны опускают блоки обратно на землю, превращая потенциальную энергию в электричество. Собственные алгоритмы калибруют и контролируют циклы зарядки и разрядки, чтобы сделать ее максимально эффективной.

Компания утверждает, что каждая башня может быть построена на емкость до 35 МВтч и максимальную мощность 4 МВт в зависимости от размера, а модульность системы позволяет увеличить пропускную способность за счет строительства большего количества башен. Подобный кран сможет выдавать мощность всего за 2,9 секунды, а эффективность использования энергии составляет около 90 процентов. И в отличие от систем химического хранения, потенциальная энергия описанной конструкции не теряется. Компания заявляет, что система должна иметь срок службы от 30 до 40 лет.

Углеродные нанотрубки позволили резко повысить ёмкость литий-ионных аккумуляторов (ноябрь, 2018)

Ученые из Университета Райса рассчитывают на пленки из углеродных нанотрубок, чтобы создать высокомощные быстро заряжающиеся литий-металлические аккумуляторы, которые смогут заменить традиционные литий-ионные аккумуляторы.

Доказано, что тонкие пленки из нанотрубок эффективно тормозят отростки, которые прорастают естественным образом из незащищенных литиевых металлических анодов в батареях. Со временем эти дендриты, подобно щупальцам, могут прокалывать электролитическое ядро батареи и достигать катода, после чего аккумулятор выходит из строя.

Эта проблема приостановила использование литиевых элементов в коммерческих применениях и побудила ученых по всему миру решать ее. Предложение команды из Райса, описанное в Advanced Materials, простое, недорогое и крайне эффективное в замедлении роста дендритов. Нужно просто покрыть литиевую металлическую фольгу несколькими слоями углеродных нанотрубок. Литий поглощает пленку из нанотрубок, а пленка, в свою очередь, рассеивает ионы лития.

Добыча лития имеет экологические последствия (ноябрь, 2018)

В 2018 году два крупнейших мировых производителя лития заключили сделки с правительством Чили, которые позволят им значительно увеличить добычу этого металла в Атакаме, где американская компания Albemarle Corp и чилийская SQM работают всего в 5 км друг от друга. Обе компании заявили, что они уверены, что смогут значительно повысить добычу без ущерба для экологии региона.

В недавнем интервью Reuters генеральный директор Альбемарле настаивал на том, что «нет сомнений» в достаточном количестве воды для поддержания операций по добыче лития. По его словам, компания может производить 80 000 метрических тонн лития ежегодно, что составляет примерно 36 процентов мирового спроса в 2017 году, благодаря технологии, которую она разработала, что позволит ей добывать больше лития из того же количества рассола.

Тем не менее, наблюдатели высказывают озабоченность в состоянии обводнённости в области месторождения.

Перспективы применения углеродного волокна в качестве электрода (октябрь, 2018)

Исследование, проведённое в шведском технологическом университете Chalmers, рассматривает углеродное волокно в качестве электродного материала и механического силового элемента одновременно.

Углеродное волокно, изготовленное для конструкционных целей, обычно спроектировано настолько жестко, насколько это возможно, но эти материалы оставляют желать лучшего с точки зрения электрохимической способности. Напротив, углеродное волокно с хорошими электрохимическими способностями имеет тенденцию к значительно более низкой жесткости.

Теперь же ученые решили найти углеродное волокно, которое может соответствовать обоим задачам. Тогда, например, кузов электромобиля будет не просто несущим элементом, но и будет действовать как аккумулятор. Также возможно будет использовать углеродное волокно для других целей, таких как сбор кинетической энергии для датчиков или проводников как энергии, так и данных. Если бы все эти функции были частью кузова автомобиля или самолета, это могло бы значительно уменьшить вес конструкции.

Запатентован новый тип батареи (октябрь, 2018)

Стремясь добиться прорыва в автономности своих устройств, Huawei Consumer Business Group в понедельник представила первую в отрасли запатентованную литиево-кремниевую батарею, которая может значительно улучшить показатели быстрой зарядки. Пока она будет использоваться в будущих смартфонах Huawei, говорится в заявлении компании. Кремниевые аноды в литий-кремниевой батарее делает батарею более долговечной и увеличивает её емкость.

Новые батареи имеют трехмерной азотно-углеродную сетевую структуру, которая может быть синтезирована при низкой температуре и имеет высокую проводимость, что обеспечивает сверхбыструю зарядку. В отличие от традиционных быстрозаряжающихся решений, данная сверхбыстрая технология использует низковольтный режим при большой силе тока, поступающего в устройство, при одновременной минимизации потерь в виде тепловыделения. Это означает большую энергоэффективность при зарядке.

Названа технология, которая придёт на смену литий-ионным аккумуляторам (сентябрь, 2018)

Калифорнийская компания NantEnergy сумела создать одну из первых (а главное эффективную и недорогую) перезаряжаемую батарею на основе оксида цинка.

Основной энергетический блок батареи состоит из эластичных элементов, заключенных в специальный кожух и платы для контроля за накоплением заряда и оксида цинка, который и участвует в энергообмене. Цинковая батарея работает таким образом, что ее элементы не боятся нагревания, а значит для аккумуляторов не требуются системы охлаждения для предотвращения перегрева. По сообщениям разработчиков, уже сейчас производство цинковых аккумуляторов в пересчете на 1 киловатт в час не должно превысить 100 долларов США, в то время как стоимость литий-ионных батарей достигает 300-400 долларов за киловатт в час.

На данный момент руководство NantEnergy рассчитывает найти применение своей технологии в телекоммуникационных башнях, а затем начать обеспечение энергией жилого сектора. Первыми рассчитывать на подключение к новому источнику электроэнергии могут жители штатов Нью-Йорк и Калифорния.

Renault будет строить промышленные накопители энергии (сентябрь, 2018)

Автомобильный концерн Рено (Renault) объявил о начале реализации программы строительства накопителей энергии (Advanced Battery Storage) на основе подержанных и новых аккумуляторов, применяемых в электромобилях.

Автопроизводитель собирается к 2020 г построить «крупнейшую в Европе систему стационарных накопителей энергии из батарей, используемых в электромобилях», с характеристиками 70 МВт/60 МВт*ч. Первые три объекта появятся во Франции и в Германии в 2019 году. Эти сетевые накопители энергии будут помогать интегрировать дополнительные объемы вариабельных возобновляемых источников энергии в энергосистемы. Бизнес-модель компании позволяет эффективно пристраивать подержанные батареи, а использование таковых в качестве стационарных накопителей – перспективная тема.

Появилась батарея, которая поглощает углекислый газ (сентябрь, 2018)

Батарея нового типа, разработанная исследователями из Массачусетского технологического университета (MIT), может частично состоять из углекислого газа — отходов электростанций. Вместо того, чтобы пытаться преобразовать углекислый газ в безвредные химические вещества с использованием металлических катализаторов, что очень сложно, батарея может непрерывно превращать отходы в твердый минеральный карбонат по мере разрядки.

Несмотря на то, что разработка батареи по-прежнему основана на предварительных исследованиях, оно может открыть новые возможности для сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу уже в ближайшем будущем.

Далее исследователи рассматривают различные способы «вылавливания» углекислого газа для дальнейшей разработки батарей — без помощи человека изменяя его в химическое сырье или топливо.

Новые пути повышения ресурса электрических батарей (сентябрь, 2018)

Исследование, опубликованное группой ученых в Nature Materials, может дать ответы на вопрос «как увеличить ресурс литий-ионных батарей. Группа исследователей из Стэнфордского университета, Университета Бата и Массачусетского технологического института использовала оборудование SLAC National Accelerator Lab в Стэнфорде для наблюдения за движением ионов лития в батареях.

Для этого использовалось рентгеновское сканирование. Одна из проблем может заключаться в том, что распространённые модели транспорта лития, используемые для анализа и проектирования батарей, недостаточно точны, потому что наблюдать перенос ионов в наномасштабе не удавалось до недавнего времени.

Теперь же, понимая транспортные характеристики ионов лития, команда может помочь построить более совершенную батарею. Это включает проектирование транспортных каналов, дополнительную защиту батарей от коррозии или образования горячих областей.

Это, в свою очередь, может помочь повысить эффективность и долговечность батарей, которые применяются в гибридных и электрических транспортных средствах, а также перезаряжаемых батарей, предназначенный для хранения солнечной энергии.

Домашние системы хранения энергии бьют рекорды популярности в США (сентябрь, 2018)

Колоссальный рост рынка сдерживают только перебои в поставке аккумуляторов — производители не справляются с возрастающим спросом. Ажиотаж мешает снизить цены, но покупателей это не смущает. Согласно отчету Wood Mackenzie Power & Renewables лидерами рынка стали Калифорния и Гавайи — в совокупности на них приходится 72% всех установленных домашних систем хранения энергии. Скорее всего, они и дальше сохранят свои позиции, хотя шанс потеснить эти два штата будут у Массачусетса и Аризоны, если они начнут активнее развиваться в этом направлении, пишет PV Magazine. По последним данным, во втором квартале 2018 домовладельцы США установили системы хранения энергии на 156,5 МВт*ч. Это на 24% больше, чем за первый квартал 2018. А по сравнению со вторым кварталом 2017, рост составил рекордные 200%.

Существующих производственных мощностей сейчас не хватает, чтобы обеспечить беспрецедентный спрос. В частности, Tesla временно приостановила производство Powerwall, чтобы сконцентрировать все ресурсы на выпуске Model 3. А для покупки конкурирующих систем хранения энергии от Sharp SmartStorage приходится за полгода записываться в лист ожидания. Из-за этого цены на аккумуляторы снижаются вовсе не так заметно, как ранее прогнозировали эксперты. По данным Wood Mackenzie, системы хранения в нынешнем году станут дешевле всего на 5% (см. рисунок ниже).

В Германии установлено уже 100 тысяч домашних накопителей энергии (сентябрь, 2018)

В Германии состоялся торжественный запуск стотысячного домашнего накопителя энергии, сообщает немецкий Союз солнечной энергетики (BSW-Solar).

Сегодня в ФРГ каждая вторая солнечная электростанция покупается вместе с накопителем энергии, который позволяет существенно увеличить долю собственного потребления солнечного электричества. Ну и для энергосистемы от накопителей большая польза – они сглаживают пики производства и потребления энергии. Рынок (количество установок систем хранения энергии в год) удваивается каждые два года. Продолжающееся снижение стоимости накопителей энергии может даже ускорить развитие. Ожидается, что отметку в 200 тысяч рынок может преодолеть в течение следующих двух лет.

Рынок литий-ионных накопителей энергии будет расти на 55% в год до 2022 г. (август, 2018)

Компания GTM Research (Wood Mackenzie) опубликовала очередной прогноз развития рынка литий-ионных накопителей энергии. По оценке авторов, рынок будет расти в среднем на 55% в год (CAGR). Если в 2017 году было установлено 2 ГВт*ч накопителей, то в 2022 рынок вырастет до 18 ГВт*ч новых инсталляций за год, то есть в девять раз за пять лет.

Важно отметить, что речь идёт только о аккумуляторах, используемых в энергетических целях. На рынке электромобилей объемы продаж Li-ion аккумуляторов совсем другие. Там в 2017 г объем реализации достиг 112 ГВт*ч, а к 2022 г ожидается трёхкратный рост рынка. Быстрое наращивание объемов производства батарей для аккумуляторов имело синергетический эффект – оно способствовало снижению стоимости аккумуляторов и для энергетических приложений.

По объемам установок литий-ионных накопителей в энергетике продолжат лидировать США, за которыми будут следовать Китай, Япония, Австралия и Германия. Дальнейшей снижение стоимости Li-ion батарей в результате роста масштабов производства и технического прогресса в сочетании с быстрым расширением солнечной и ветровой энергетики, предъявляющей спрос на системы хранения энергии, обеспечивает возрастающие объемы рынка.

Производство лития в мире утроится за следующие четыре года (август, 2018)

Высокий спрос на литиевые батареи приведет к трехкратному увеличению объемов производства лития в мире в течение ближайших четырех лет, прогнозирует исследовательская компания GlobalData. В период 2010-2017 объемы поставок этого металла росли в среднем на 6,4% в год, однако в период 2018-2022 мощности по добыче увеличатся на 86 тыс. тонн, а годовой выпуск к 2022 году вырастет до 154 тыс. тонн. На сегодняшний день основные поставки лития на мировой рынок идут из Австралии (18,3 тыс. тонн), за которой следуют Чили (14,1) и Аргентина (5,5 тыс. тонн). Среди крупнейших глобальных производителей названы чилийская компания SQM, которая занимает 25% мирового рынка, австралийская Talison (24%) и американские Albemarle (17%) и FMC (9%). Основной прирост мощностей по добыче придётся на Австралию (37%), где начнут работу месторождения Pilgangoora, Wodgina, Bald Hill и Mt Holland. В Аргентине прирост составит 29%, Канаде — 16%, Чили — 9%, США — 6% и Мексике — 4%.

Цены на литий более чем удвоились с середины 2015 г до конца 2017 года, но стали снижаться в 2018 году на фоне замедления потребления лития в Китае и появления более дешевых материалов, которые можно модифицировать для использования в аккумуляторах. По данным, Metal Bulletin, если в январе 2018 г цены на литий в Китае находились в диапазоне $23268-23995 за тонну, то 17 августа они снизились до $13088-13815. По информации USGS (U.S. Geological Survey), благодаря разведке оценка мировых запасов лития была существенно повышена — до 53 миллионов тонн. Определенные на сегодняшний день запасы в Аргентине составляют 9,8 млн. тонн; Боливии — 9 млн.; Чили — 8,4 млн; Китае — 7 млн.; США – 6,8 млн.; Австралии — 5 млн.; Канаде — 1,9 млн; Конго, России и Сербия — по 1 млн. в каждой стране; Чехия – 840 тыс.; Зимбабве – 500 тыс.; Испания – 400 тыс.; Мали – 200 тыс.: Бразилия и Мексика – по 180 тыс. в каждой; Португалия – 100 тыс., и Австрия – 50 тыс. тонн.

Созданы энергоемкий литий-кислородный аккумулятор со 100-процентной кулоновской эффективностью (август, 2018)

Химики из Университета Ватерлоо (Канада) нашли решение двух самых сложных проблем при создании литий-кислородных аккумуляторов. Разработанный учеными аккумулятор показал 100-процентную кулоновскую эффективность, измеряемую отношением отданных ампер-часов к ампер-часам, полученным от зарядного устройства. Об этом пишет «EurekAlert!».

Энергоемкость литий-кислородных аккумуляторов в десять раз больше, чем применяемых в нынешних электромобилях литий-ионных аккумуляторов, и практически равна энергоемкости бензина. Кроме того, что эти аккумуляторы вмещают больше энергии, они еще и могут перезаряжаться более 2 тыс. раз до 90% емкости и более. Большинство современных литий-ионных аккумуляторов — только до 80%—90%. Но при создании литий-кислородных аккумуляторов существуют ряд серьезных проблем, которые связаны прежде всего с промежуточным звеном химии клеток (супероксидом, LiO2) и пероксидным продуктом (Li2O2), взаимодействующим с пористым углеродным катодом, который разрушает клетку изнутри. Кроме того, супероксид потребляет органический электролит в процессе, что значительно ограничивает продолжительность цикла.

Ученые заменили органический электролит на более стабильную неорганическую расплавленную соль, а пористый углеродный катод — на бифункциональный катализатор на основе оксида металла. Во время работы аккумулятора при температуре 150 °С исследователи обнаружили, что вместо Li2O2 образуется более стабильный продукт Li2O. Это позволило создать высокоемкий литий-кислородный аккумулятор с кулоновской эффективностью, достигающей 100%.

Продолжают улучшаться потребительские характеристики литий-ионных батарей (август, 2018)

Исследователи разработали технологию перезаряжаемых батарей, которая может удвоить емкость сегодняшних литий-ионных элементов. Новая батарея может значительно расширить пробег электромобилей и время между зарядами сотового телефона, не занимая никаких дополнительных мест.

Используя керамический твердотельный электролит, инженеры могут использовать металлические литиевые батарей без традиционных проблем, связанных с низкой надежностью и опасностью короткого замыкания. Результатом данной разработки может быть следующее поколение перезаряжаемых батарей.

В 1980-е годы перезаряжаемые литиевые металлические батареи, которые использовали жидкие электролиты, считались многообещающим решением, проникающим на рынок в ранних портативных телефонах. Но их склонность к воспламенению при зарядке заставила инженеров искать новые пути. Атомы лития, которые перемещаются между электродами, имели тенденцию к созданию древовидных нитей, называемых дендритами на поверхностях электродов, в конечном итоге замыкание батареи и воспламенение легковоспламеняющегося электролита.

Литий-ионная батарея — более стабильная, но менее энергоемкая технология — появилась в 1991 году и быстро стала новым стандартом. Эти батареи заменяли литий-металл графитовыми анодами, которые поглощают литий и препятствуют образованию дендритов, но также имеют эксплуатационные издержки: графит может содержать только один ион лития на каждые шесть атомов углерода, что дает ему удельную емкость приблизительно 350 миллиампер-часов на грамм (мАч/г). Твердотельная модификация имеет удельную емкость 3800 мАч/г. В итоге, текущие литий-ионные аккумуляторы дают плотность энергии около 600 ватт-часов на литр. В принципе, твердотельные батареи могут достигать 1200 ватт-часов на литр.

Суперконденсаторы питают стилус Note 9 (август, 2018)

В последнем поколении смартфона Note 9 от Samsung появилась новая функция: в первый раз стилус S Pen имеет Bluetooth и может заряжаться мгновенно с помощью суперконденсатора. Оставляя S Pen в телефоне в течение 40 секунд, можно обеспечить 30 минут его работы. Суперконденсаторы (или ультраконденсаторы) хранят энергию и в этом смысле аналогичны батареям. Но в то время как батареи могут содержать приличное количество энергии, но долго заряжаться, суперконденсаторы заряжаются быстро, всего несколько секунд или минут, однако они запасают лишь небольшое количество энергии. При этом низкая ёмкость в этом случае компенсируется высоким ресурсом. И применение конденсаторов в популярном потребительском устройстве является интересным признаком развития этого типа накопителей.

Vistra — партнер FlexGen по крупнейшему проекту по хранению энергии в Техасе (август, 2018)

Компания FlexGen выбрана компанией Vistra Energy для создания крупнейшего проекта по хранению энергии в Техасе.

FlexGen спроектирует и примет участие в создании литий-ионной системы хранения энергии с параметрами
10 МВт/42 Мвт*ч на солнечной электростанции Upton 2 мощностью 180 МВт в округе Аптон, штат Техас. В проекте будет использовано Гибридное программное обеспечение FlexGen.

Ожидается, что проект будет завершен к концу этого года.

Краны как накопители энергии (август, 2018)

Около 96% мировых мощностей по хранению энергии — гидроаккумуляторные станции. Но они требует определенных географических условий, с доступом к воде и резервуарам на разных высотах. В результате, около трех четвертей всего доступного объема построено только в 10 странах. Стартап под названием Energy Vault заявляет, что у него есть дешевая альтернатива: вместо использования воды и плотин, для накопления энергии используются бетонные блоки и краны (см. рис.). Общая энергия, которая может храниться в башне, составляет 20 мегаватт-часов (МВт-ч). Система работает в тестовом режиме до сегодняшнего дня, но скоро будет представлена официально.

На рынке накопителей появляется «пузырь» (август, 2018)

На интенсивно развивающихся рынках имеют обыкновение образовываться финансовые пузыри. Рынок накопителей может стать примером этого правила. По данным экспертов Bloomberg, в первой половине этого года расходы на запуск накопителей выросли до 1,5 млрд. долл. США. Но некоторые из новейших технологий могут устареть ещё до выхода на рынок из-за стремительных темпов развития отрасли. Ученые экспериментируют с новыми химическими процессами, чтобы улучшить традиционную литиево-ионную батарею и найти новые способы накопления электроэнергии. Инвесторы в этих проектах начинают беспокоиться о том, что они, возможно, выбрали неправильную технологию.

Компания Rolls-Royce представила батарею для электрификации водного транспорта (август, 2018)

Компания Rolls-Royce представила систему хранения энергии с жидкостным охлаждением на основе литий-ионных батарей (liquid-cooled battery system), предназначенную для морских перевозок. Система под названием SAVe Energy масштабируема и соответствует международным правилам для силовых установок с низким и нулевым уровнем выбросов.

SAVe Energy может применяться в разных областях, включая сглаживание пиков, горячий резерв, оснащение электрических судов. Система может соединяться с большинством типов силовых установок. В сочетании с двигателем, работающим на сжиженном природном газе или дизельным, она повысит эффективность и сократит выбросы. SAVe Energy будет поставляться предприятием Rolls-Royce Power Electric в Бергене, Норвегия, в рамках предложения комплексных судовых систем.

Сетевой литий-ионный накопитель энергии для газовой пиковой электростанции (август, 2018)

Австралийская энергетическая компания Origin Energy строит сетевой литий-ионный накопитель энергии с характеристиками 4 МВт/4 МВт*ч для своей пиковой газотурбинной электростанции Mt Stuart Power Station мощностью 414 МВт. Накопитель энергии поставит и установит «корейский консорциум» под руководством компании Bosung Рowertec.

Смысл комбинации и размещения аккумуляторной системы хранения энергии на электростанции, которая была запущена еще в 1999 году и вырабатывает электричество в пиковые часы, состоит в том, чтобы обеспечить более «плавную» работу газовой генерации. Накопитель также сможет помочь в интеграции возобновляемых источников энергии, в основном солнечной энергии, в том числе вырабатываемой близлежащей солнечной фермой Clare Solar.

Рост популярности накопителей не влияет на рынок кобальта (август, 2018)

Избыток кобальта, используемых для изготовления перезаряжаемых батарей, вынудил китайских компании снизить цены на 30 процентов в последние месяцы.

Ожидается, что рост рыночной доли электромобилей повысит спрос и цены на кобальт, элемент, который стабилизирует и продлевает срок службы литий-ионных аккумуляторов. Однако такой сдвиг вряд ли произойдет до следующего десятилетия, когда заметно увеличится производство и продажа электромобилей.

Рост цены кобальта на Лондонской бирже металлов до уровня 98 000 долл. США за тонну в апреле был вызван устойчивым спросом среди традиционных секторов, таких как производители реактивных двигателей, и падением поставок металлов.

Разработки органических типов проточных батарей (август, 2018)

Сохранение возобновляемой энергии так же важно, как и ее генерация, а проточные батареи могут быть одним из наиболее перспективных способов обеспечить накопление энергии. Группа инженеров из Гарварда за последние годы добилась больших успехов в области органических батарей и теперь протестировала новый химический состав, который обеспечивает более высокие характеристики накопителей. Проточные батареи строятся на основе двух жидких электролитов, которые хранятся во внешних резервуарах и поступают в камеру по мере необходимости. В результате, емкость и мощность накопителя могут варьироваться независимо путем изменения размера резервуаров и мембраны соответственно. Традиционно лучшие результаты этого типа батарей получались с электролитами на основе ванадия и брома, растворенных в кислоте, но эти растворы могут быть дорогостоящими и опасными. Группа нашла органические альтернативы ванадию в виде хинонов, молекул, подобных тем, которые используются в растениях и животных для хранения энергии. В 2014 году она начала экспериментировать с более чем 10 000 типов хинонов, постепенно выясняя, какой из них лучше всего подходит. Позднее они заменили бром ферроцианидом и сменили кислоту на щелочную смесь, а затем выделили модифицированный вариант витамина В2 как особенно полезный хинон. И, наконец, в прошлом году они начали использовать растворы на нейтральной воде. Подобные модификации химии проточных батарей способствуют снижению их стоимости. В свою очередь, это облегчает их более широкое внедрение.

Для быстрой зарядки электромобилей компания CHAKRATEC разработала систему накопления энергии с помощью маховиков (июль, 2018)

Известно, что одной из проблем электромобилей является долгое время зарядки. И связано это не только с невозможностью современных электромобилей принять мощный заряд, но и с невозможностью большинства зарядных станций его выдать. Для этого необходимо наличие сетей большой мощности в местах расположения зарядной инфраструктуры.

Израильская компания Chakratec предложила другой вариант: использовать в качестве аккумуляторов энергии маховики. Когда к зарядной станции подъезжает электромобиль, энергия от маховика преобразуется обратно в электричество. Станция зарядки на маховике Chakratec может работать до 20 лет и она на 70 процентов дешевле типовых зарядных станций. Чтобы не оставлять водителей в ожидании пополнения разряженного маховика, каждая зарядная станция, работающая на Chakratec, включает в себя несколько маховиков и зарядных разъемов.

Chakratec уже начал развертываться в Европе и ожидает к концу года пять покупателей. Французский поставщик решений для зарядки DBT-CEV планирует использовать технологию Chakratec для утроения мощности, доступной сети.

Новый крупный проект в Австралии (июль, 2018)

Не только Тесла хорошо развивает системы хранения энергии в Австралии. Kokam, успешно развернул промышленный накопитель мощностью 30 МВт / 11,4 МВт-ч для Alinta Energy.

Он не такой большой, как установка Tesla ESS, но это самый большой литий-ионный аккумулятор, предназначенный для промышленного применения (Tesla ESS предназначен для сети). Система стабилизиует работу изолированной высоковольтной сети, которая поставляет мощность для предприятия по добыче железной руды в регионе Пилбара Западной Австралии.

В настоящее время компания Kokam установила более 650 МВт-ч аккумуляторных систем хранения энергии по всему миру.

Плотина Гувера может быть реконструирована (июль, 2018)

Плотина Гувера была одним из великих технических достижений 20-го века. Теперь она может быть использована для накопления избыточного электричества, генерируемого солнечными фермами и ветровыми турбинами. Департамент водного хозяйства и энергетики Лос-Анджелеса, первоначальный оператор плотины в 1930-х годах, хочет оснастить её трубопроводом стоимостью 3 млрд. долл. США и насосной станцией, работающей на солнечной и ветровой энергии. Насосная станция, расположенная ниже по течению, поможет регулировать поток воды через генераторы плотины, нагнетая воду обратно в верхнюю часть, чтобы помочь управлять электричеством в периоды пикового спроса.

Более 100 ГВт-ч аккумуляторов для электроавтомобилей в год: 5 новых гигафабрик в Китае (июль, 2018)

Китай является крупнейшим рынком в мире не только электромобилей, но и аккумуляторов для них. Хотя производимый в КНР объем литий-ионных аккумуляторов для электроавтомобилей уже сейчас втрое больше производства всех остальных стран вместе взятых, 5 разных компаний строят новые гигафабрики.

— Крупнейший в КНР производитель аккумуляторов для электромобилей Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL) реализует проект гигафабрики в городе Ниндэ южной «чайной» провинции Фуцзянь. Общий объем производства после завершения строительства завода в 2020 году составит 24 ГВт-ч (общие мощности производителя достигнут 88 ГВт-ч). CATL поставляет батареи для таких производителей как BMW, Volkswagen AG, Nissan Motor Co., Hyundai Motor Co. Toyota Motor, китайской Guangzhou Automobile Group.

— В июне 2018 крупнейший производитель электрических и гибридных автомобилей Китая, компания BYD запустила в эксплуатацию завод по производству аккумуляторов в северо-восточной провинции Цинхай. На полную производственную мощность, 24 ГВт-ч, завод выйдет в следующем году. Интересно, что именно в провинции Цинхай находится 83% всех запасов лития, доступных в Китае.

— Компания Eve Energy (Yiwei Lithium Energy Co., Ltd), вышедшая на рынок в 2001 году, продает свои аккумуляторы для электромобилей Geely. Компания недавно объявила о планах построить завод производственной мощностью 1,5 ГВт-ч в городе Хойчжоу, провинция Гуандун. По данным на 2017 год компания уже владела производственными мощностями в 7,5 ГВт-ч в год.

— Funeng Technology – главный поставщик аккумуляторов для пекинской BAIC Motor, ведущего производителя электроавтомобилей в государственной собственности КНР. Сама же Funeng Technology принадлежит американцам. Компания начала строительство завода мощностью 10 ГВт-ч в конце 2016 в Ганьчжоу провинции Цзянси. Также есть информация о том, что компания начала новое строительство производства мощностью 8 ГВт-ч осенью 2017 года.

— Guoxuan High-Tech также поставляет батареи для BAIC Motor. В апреле прошлого года компания объявила о строительстве завода аккумуляторов годовой мощностью 4 ГВт-ч. Фабрика начала работу в марте 2018.

Компания Enel X предоставила канадской компании Amhil North America решение в области хранения электроэнергии (июль, 2018)

Enel X подписала новое соглашение по установке и эксплуатации литий-ионной системы хранения электроэнергии типа Behind-the-Meter мощностью 2,34 МВт/4,7 МВт-ч с компанией Amhil North America, расположенной в канадской провинции Онтарио и занимающейся упаковкой пищевых продуктов.

Для оптимизации использования аккумулятора в пиковые часы будет применяться программное обеспечение DEN.OS Enel X, что позволит компании Amhil расширить свое участие в программе управления спросом в Онтарио. Проект, который будет реализован ко второму полугодию 2018 года, призван помочь компании Amhil в рамках 11-летнего договора снизить энергозатраты на 20%.

Жидкометаллический высоковольтный проточный аккумулятор (июль, 2018)

Группа исследователей из Стэнфордского университета изучили возможности использования в проточном аккумуляторе соединений на основе натрия и калия, которые при смешивании образуют жидкий металл при комнатной температуре, используя его в качестве донора электронов на отрицательной стороне аккумулятора. Теоретически, это жидкометаллическое соединение может аккумулировать по меньшей мере в 10 раз больше энергии на единицу веса, чем другие жидкие вещества. А для того чтобы использовать полученное жидкометаллическое соединение на отрицательной стороне аккумулятора была подобрана соответствующая керамическая мембрана из окиси калия и алюминия для разделения отрицательных и положительных зарядов. Это позволило более чем удвоить максимальное напряжение проточной батареи. При этом прототип оставался стабильным в течение нескольких тысяч часов работы. Более высокое напряжение означает, что аккумулятор может запасать больше энергии на единицу объема.

Hyundai инвестирует в твердотельные литий-ионные батареи (июль, 2018)

Hyundai CRADLE, корпоративное венчурное бизнес-подразделение Hyundai Motor Company, исповедующее принципы открытых инноваций, инвестирует в твердотельные аккумуляторные материалы. В пресс-релизе не указаны подробности или сумма инвестиций, но Hyundai вероятно считает это стратегически важным направлением.

Новая модификация литий-ионных батарей (июль, 2018)

Исследователи из Университета штата Мэриленд совместно с Брукхейвенской национальной лабораторией разработали новый аккумуляторный катодный материал, который, по их словам, может утроить плотность энергии литий-ионных батарей.

Новый материал представляет собой разновидность трифторида железа и обеспечивает теоретическую плотность энергии на уровне 1922 Вт-ч/кг. Однако пока что неудовлетворительная электрохимическая стабильность из-за быстрого разрушения фторида препятствует практическому применению этой модификации.

В 2019 году цена литий-ионных аккумуляторов для электромобилей упадёт ниже $200 за кВт-ч (июль, 2018)

Компания EnergyTrend, подразделение тайваньской TrendForce опубликовала очередной прогноз развития электрического транспорта и экономики батарей для электромобилей. Компания прогнозирует, что доля электромобилей в мировых продажах достигнет 5% к 2020 году и 8-9% к 2023 г. При этом, стоимость батарей быстро снижается и будет снижаться дальше благодаря «техническим прорывам». Например, в 2016 году цена литий-ионных аккумуляторов составляла 400-600 долларов США на кВт-ч емкости. В 2018 году она снизилась до 250-300 долларов. EnergyTrend прогнозирует, что в 2019 году она упадёт ниже $200 на кВт-ч (напомним, однако, что Тесла планирует снизить стоимость литий-ионных элементов до $100 на кВт-ч уже в текущем году, а комплектов батарей до этого же уровня в течение двух лет).

Несмотря на снижение стоимости топливных элементов, они пока существенно проигрывают в экономическом плане литий-ионным аккумуляторам. Сегодня автомобили на топливных элементах имеют преимущество в дальности пробега на одной заправке, однако предполагается, что улучшение характеристик литий-ионных аккумуляторов и снижение их стоимости будет постепенно нивелировать данное превосходство водородных авто.

Выпуск первых твердотельных батарей (июль, 2018)

В этом году будут выпущены первые твердотельные литиевые батареи. Они будут использоваться внутри беспилотных летательных аппаратов, но в ближайшие несколько лет эти батареи могут найти применение и в других устройствах.

Твердотельные литиевые батареи являются более безопасной альтернативой традиционным литий-ионным батареям, которые могут взорваться в случае повреждения. Твердотельные батареи также имеют в два раза большую удельную емкость, чем обычная батарея такого же веса.

GE Power поставит оборудование для завершения создания самой крупной в мире гидроаккумулирующей станции (июль, 2018)

Международная технологическая компания (со штаб-квартирой в г. Грац, Австрия) ANDRITZ и китайская компания Dongfang Electric Machinery выбрали GE Power в качестве поставщика электрооборудования для станции гидроаккумулирования Fengning в провинции Хэбэй в Китае. Станция станет крупнейшим в мире гидроаккумулятором с установленной мощностью 3,6 гигаватт (ГВт) и годовой выработкой электроэнергии на уровне 3,4 тераватт-часов. Завершение строительства этой станции запланировано на 2021 год. Проект гидроаккумулирования в Fengning является первым в Китае проектом, использующим технологию с переменной скоростью вращения гидротурбин.

Отделение компании GE’s Power Conversion business предоставит конверторы MV7000 для двух генераторов мощностью 300 МВт, поставляемых ANDRITZ. GE Power предоставит также один статический конвертер частоты для остальных четырех генераторов, поставляемых Dongfang Electric Machinery.

Siemens открыл тестовую площадку для хранения электроэнергии в аммиаке (июль, 2018)

Компания Siemens собирается изучать возможности хранения электроэнергии, полученной из возобновляемых источников, в аммиаке. Для этого, вместе с правительством Великобритании, в Оксфордшире была построена первая в мире экспериментальная станция. Проект стоимостью $2 млн на две трети профинансирован правительственным агентством Innovate U.K. Также в нем принимают участие специалисты университетов Оксфорда и Кардиффа.

Для краткосрочного хранения небольшой емкости электроэнергии доминирующим типом будут батареи, а когда нужно запасать большое количество энергии на долгий срок, аммиак может сыграть свою роль. Особенно, если энергию нужно перевозить с места на место или хранить в местности, лишенной холмов или пещер, где удобно использовать сжатый водород или воздух.

Аммиак достаточно просто хранить и транспортировать, но, в отличие от ископаемых топлив, его сжигание не приводит к выделению в атмосферу углерода. А в отличие от водорода его использование гораздо безопаснее. Другой плюс аммиака в том, что этот газ уже производится в промышленных масштабах, так что не придется изобретать новые технологии. Впрочем, как признает программный менеджер Siemens Йен Уиклинсон, аммиак — не панацея и не решит всех проблем, но может быть полезен в определенных условиях. Выяснить их и есть задача нового комплекса Siemens.

Alphabet собирается создать хранилище энергии в виде расплавленной соли и охлажденной жидкости (июль, 2018)

Холдинг Alphabet (частью которого является Google) собирается реализовать проект «Мальта» (Project «Malta») — хранилище энергии в виде расплавленной соли и охлажденной жидкости. Стоимость проекта оценивается в 1 млрд. долларов США. Идея хранилища энергии, часть которого — резервуар расплавленной соли, а часть — емкость с охлажденным теплоносителем принадлежит лауреату Нобелевской премии по физике профессору Стэнфордского университета Роберту Лафлину.

Главная идея проекта — обеспечить непрерывность подачи энергии, генерируемой возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) в больших масштабах. Используемые в настоящее время аккумуляторные системы могут обеспечить хранение относительно небольшого объема энергии. Если же говорить о масштабах города, региона или страны, то таких аккумуляторных систем нет. Но их можно создать, воспользовавшись идеей Лафлина.

Идея хранилища Лафлина предусматривает приведение в действие за счет генерируемой ВИЭ энергии теплового насоса, обеспечивающего запас теплоты в расплаве соли и холода в сильно охлаждаемом теплоносителе. Для генерации электроэнергии запускается обратный процесс с участием теплового насоса.

Новая модификация литий-ионных накопителей (июнь, 2018)

Профессор химического факультета Университета Корнелла Линден Арчер полагает, что необходима революция в технологии батарей, и думает, что его лаборатория совершит такую революцию.

Снехаши Чоудхури предложил «изящное» решение фундаментальной проблемы с батареями, которые используют металлические литиевые аноды, которые. могут оказаться нестабильными из-за дендритов, развивающихся по мере повтора циклов заряда-разряда. Если дендрит пересечёт сепаратор и достигнет катода, может произойти короткое замыкание и возгорание. Показано, что твердые электролиты механически подавляют рост дендритов, но только за счет скорости переноса ионов. Решение Чаудхури: ограничить рост дендрита в структуре электролита химически. Это достигается при помощи добавления кремниевых наночастиц, которые увеличивают эффективное расстояние, проходимое ионами в электролите. Это приводит к росту ресурса анода.

«Центротех» изготовил основные части опытного образца новой системы накопления энергии для троллейбусов (июнь, 2018)

В ООО «Научно-производственном объединении «Центротех» (входит в состав Топливной компании Росатома «ТВЭЛ») завершено изготовление основных частей опытного образца новой системы накопления энергии для троллейбусов.

В основе новой системы накопления энергии (СНЭ) – литий-ионные аккумуляторы, благодаря которым троллейбус сможет проезжать до 30 км без контактной сети. При этом тяговая аккумуляторная батарея разряжается на 50%, затем при движении троллейбуса под контактной сетью с поднятым пантографом в течение 1 часа батарея полностью заряжается. Это обеспечивает увеличенный автономный ход троллейбуса. Изготовленный образец существенно расширяет возможности уже существующих троллейбусных линий в городах. Можно включать в маршруты троллейбусов заезды в новые жилые микрорайоны, но при этом не тянуть туда новую контактную сеть со всей инфраструктурой.

Enel запускает в Соединенном Королевстве свою первую систему хранения энергии на базе автономного накопителя (июнь, 2018)

Enel S.p.A. («Enel») ввела в эксплуатацию систему автономных накопителей электроэнергии Tynemouth, расположенную в Соединенном Королевстве, в муниципальном районе Норт-Тайнсайд, рядом с Ньюкаслом. Система, разработанная подразделением Глобальной тепловой генерации, работает на литий-ионных батареях общей мощностью 25 МВт/12,5 МВтч. Общие инвестиции компании Enel в проект, в том числе и строительство, составили примерно 20 миллионов евро.

Tynemouth представляет собой первую систему накопления энергии на базе автономной батареи промышленного масштаба Группы Enel; проект обеспечен 4-летним контрактом, в рамках которого он будет активно задействован британским системным оператором National Grid с целью оказания услуг по балансированию сети.

Тесла собирается достичь стоимости аккумуляторных элементов $100 за кВт*ч уже в текущем году (июнь, 2018)

На прошедшем собрании акционеров Tesla компания сообщила ряд интересных деталей по поводу стоимости аккумуляторных батарей. Как известно, этот показатель является ключевым в ценовой конкуренции электромобилей и (пока) традиционных машин с двигателем внутреннего сгорания.

По мнению Илона Маска, стоимость элементов может упасть ниже $100/кВт*ч в текущем году в зависимости от цен на сырьё. В долгосрочной перспективе до этого уровня упадёт стоимость комплектов батарей в сборе, причём долгосрочная перспектива «определенно означает меньше 2 лет». Маск также ожидает, что через 2-3 года компания добьется повышения показателя плотности энергии батарей на 30%. Это будет означать, что емкость аккумуляторов повысится на 30% при сохранении из прежнего объёма. По этому показателю компания опережает отрасль примерно на 4-5 лет.

Кроме того, за последнее время Тесла существенно сократила содержание кобальта в своих батареях, что в некоторой степени страхует её от изменения цен на этот дефицитный металл и угрозы дефицита поставок.

Российский рынок накопителей электроэнергии может вырасти до 3 млрд долларов в год (июнь, 2018)

При правильных и своевременных действиях Россия может сформировать новую высокотехнологичную отрасль систем накопления электроэнергии. Об этом говорится в новом докладе ЦСР «Рынок систем накопления электроэнергии в России: потенциал развития», подготовленном при поддержке Роснано и рабочей группы «Энерджинет» Национальной технологической инициативы. С отставанием, но страна все же приступает к формированию рынка систем накопления электроэнергии и развитию их применения в различных секторах экономики. Системы накопления электроэнергии (СНЭ) – быстро развивающийся класс высокотехнологичного оборудования, открывающего принципиально новые возможности для развития электроэнергетики. Они делают электрическую энергию «складируемой» и портативной, снимая необходимость строгой одновременности процессов генерации и потребления электроэнергии.

У России есть шанс в сравнительно короткий срок ликвидировать отставание и реализовать потенциал рынка СНЭ, так считают авторы доклада. Согласно их оценкам, максимальный объем российского сегмента глобального рынка СНЭ к 2025 году вырастет до $3 млрд в год. Для того чтобы добиться такого результата необходимо в среднесрочной перспективе сделать одним из приоритетов научно-технической политики России формирование технологической базы СНЭ следующего поколения. Эксперты отмечают, что основными барьерами на пути развития рынка систем накопления электроэнергии в России остаются существующая неопределенность в нормативно-правовой базе, недостаточный уровень развития научно-технологической инфраструктуры, а также отсутствие в российской практике форматов, обеспечивающих эффективную скоординированную работу органов государственной власти, госкорпораций, бизнеса, малых технологических предприятий, научных организаций.

Использование сжиженного воздуха для накопления энергии (июнь, 2018)

Компания Highview Power открыла первый в мире накопитель энергии на основе резервуара для хранения жидкого воздуха (LAES) промышленной мощности. Эта технология может составить конкуренцию другим типам накопителей.

Технология представляет собой относительно простой процесс, который включает использование непикового или возобновляемого электричества для охлаждения воздуха до -196 ° C, после чего он превращается в жидкость, которая может эффективно храниться в изолированных сосудах низкого давления. Когда жидкий воздух высвобождается из этих сосудов, он возвращается в газообразную форму. При этом он быстро расширяется в объеме, приводя в движение турбину, которая связана с электрогенератором.

Технология имеет потенциал для обеспечения более длительного хранения энергии, чем могут предложить батареи. Сейчас, опытная установка в северо-западной Англии имеет мощность 5 МВт при емкости 15 МВт-ч. Представители Highview говорят, что LAES можно легко масштабировать до сотен мегаватт в соответствии с энергетическими потребностями целых городов.

Падение стоимости продолжается (июнь, 2018)

Недавнее исследование McKinsey показывает, что быстрое падение стоимости накопителей энергии продолжается. Некоторые бизнес-модели для хранения энергии уже являются экономичными. Еще больше применений станет привлекательным для коммунальных предприятий, промышленных потребителей и домашних хозяйств, поскольку более низкие системные издержки в сочетании с такими трендами, как постепенное сокращение экономических стимулов для солнечной генерации, сделают накопители энергии разумным решением, успешно конкурирующим с её обратной продажей в сеть. Однако конкуренция на рынке накопителей тоже растёт. По мере развития рынка авторы ожидают, что относительно небольшой ряд компаний, специализирующихся в накоплении энергии и энергосбережении, станет существенно прибыльными из-за низкомаржинального характера этого рынка.

Реконструирование энергосистемы Пуэрто-Рико (июнь, 2018)

Тесла принимает широкое участие в восстановлении энергосистемы в Пуэрто-Рико после того, как в прошлом году острова была разрушены ураганами.

В течение нескольких месяцев были завершены сотни проектов по строительству накопителей энергии на островах. Теперь же Илон Маск говорит, что в Пуэрто-Рико выполняется около 11 000 таких проектов. В прошлом месяце, по словам Маска, компания установила батареи на 662 площадках в Пуэрто-Рико. Энергетическое подразделение автопроизводителя также развернуло систему солнечных батарей и батарею в больнице в Пуэрто-Рико. В расчёте один Powerwall для каждого проекта, это бы означало добавление не менее 150 МВт-ч емкости.

Британцы изучают возможность хранить энергию в виде сжиженного воздуха (июнь, 2018)

Британские специалисты тестируют новый и весьма экологичный вариант решения проблемы хранения энергии: излишки, вырабатываемые ВИЭ, используются для сжижения воздуха, который для этого охлаждают до температуры минус 196 градусов Цельсия. Затем жидкий воздух помещают при низком давлении в специальные изолированные от внешней среды цистерны.

Когда возникает потребность в дополнительной электроэнергии, воздух вновь доводят до газообразного состояния, повышая давление и температуру, и он используется для вращения турбины, которая начинает вырабатывать электричество. Станция в окрестностях Манчестера сейчас имеет мощность 5 мегаватт.

Рост цен на литий (май 2018)

Австралийское налоговое управление (ATO), заинтересовалось ценой, по которой покупатели приобрели австралийское литиевое сырье. В результате американскому гиганту Albemarle и китайской компании Tianqi, возможно, придется заплатить больше за литий, который они приобрели на шахте Greenbushes в Западной Австралии в 2015 и 2016 годах. Greenbushes — крупнейший в мире производитель высококачественных литий-содержащих сподуменских пород, и растущий спрос на литий привел к удвоению доходов и прибыли за последние три года для частной компании, владеющей шахтой Windfield Holdings. Windfield принадлежит 51% принадлежащих Tianqi и 49 процентов принадлежит Albemarle, и два акционера также являются крупнейшими покупателями сподуменского концентрата Windfield. Сейчас Windfield запросила одобрение ATO для «предварительной ценовой договоренности» для продаж в Тяньцзи и Альбемарле в 2017, 2018 и 2019 годах.

Создана емкая наногибридная литий-ионная аккумуляторная батарея, способная заряжаться за считанные секунды (май 2018)

Новая емкая наногибридная аккумуляторная батарея разработана исследователями из Корнуэльского университета. Уникальная трехмерная структура этой батареи позволит производить ее полную зарядку буквально за считанные секунды. Вместо одного цельного катода и анода в новой батарее использованы тысячи наноразмерных катодов и анодов. Каждый из этих катодов или анодов представляет собой наночастицу, размерами около 20 нанометров. При помощи особого технологического процесса эти наночастицы смешиваются и соединяются друг с другом, образуя два изолированных «губчатых» электрода, буквально вросших друг в друга. Электроды новой батареи не могут замкнуться и вероятность их самопроизвольного возгорания стремится к нулю. Зато такая конструкция обеспечивает не только быструю зарядку и разряд, она позволяет кардинальной увеличить эффективную площадь электродов, что равносильно увеличению показателя плотности хранения энергии и емкости аккумуляторной батареи.

Исследователи из Корнуэла продолжают работать над совершенствованием данной технологии с целью доведения ее до уровня промышленного производства и практического применения. Параллельно с этим ведется оформление патентной заявки и патентной защиты опытных образцов новых батарей.

Проточный аккумулятор (накопители энергии) VoltStorage для дома (май 2018)

Немецкая компания VoltStorage GmbH выпустила «первую рентабельную» систему хранения энергии на основе проточного аккумулятора по хорошо известной технологии Vanadium-Redox-Flow (ванадиевые проточные аккумуляторы). Компактное устройство «всё в одном» размером с небольшой холодильник (57x140x57 см) обладает емкостью 6,8 кВт*ч и способно выдавать мощность 3 кВт (максимум до 4,5 кВт). Разумеется, допускается масштабирование – последовательная установка нескольких устройств. В технических характеристиках заявляется, что устройство с рассчитано на более 10000 циклов зарядки/разряда. При этом, что свойственно для технологии flow batteries, допускается 100% разряд аккумуляторов. Производитель говорит о 20-летнем сроке службы накопителя, но даёт 10-летнюю гарантию. Впрочем, на данных условиях, как правило, продают свою продукцию и производители литий-ионных аккумуляторов.

VoltStorage выйдет на рынок в июне 2018 года, цена, по которой принимались предварительные заявки составляла 5999 евро. Это примерно соответствует рыночному уровню для Li-ion устройств (для Германии). При этом VoltStorage заявляет, что его продукт долговечнее, экологичнее и безопаснее литий-ионных накопителей, что в общем-то недалеко от реальности.

Один из крупнейших в Европе накопителей энергии введен в строй в Швейцарии (май, 2018)

Электрическая компания кантона Цюрих — EKZ (Elektrizitätswerke des Kantons Zürich) ввела в эксплуатацию крупнейший в Швейцарии накопитель энергии на основе литий-ионных аккумуляторов мощностью 18 МВт и емкостью 7,5 МВт*ч. Как сказано в сообщении компании, данная система сможет в течение 8-12 минут снабжать электроэнергией 18 500 жителей городка Фолькетсвиль (Volketswil), в котором она установлена. Однако, основное назначение данного накопителя — стабилизация швейцарской и европейской электрических сетей, оказание ряда услуг энергосистеме. Сегодня в Швейцарии эту задачу выполняют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), но аккумуляторные системы справляются с ней гораздо быстрее. Даный проект ещё раз подтверждает, что батарейные накопители энергии постепенно становятся «обычной» составной частью большой электроэнергетики

Накопитель энергии представляет собой три контейнера по 50 тонн весом каждый. Поставщиком системы выступила компания NEC. Производитель аккумуляторов – LG Chem. Гарантированный срок службы аккумуляторов – 10 лет. Полный объём инвестиций составил примерно 6 млн швейцарских франков.

Vattenfall ввел в эксплуатацию накопитель энергии из аккумуляторов BMW i3 на 22 МВт (май, 2018)

Шведский энергетический концерн Vattenfall ввёл в эксплуатацию крупнейший накопитель энергии на основе литий-ионных батарей мощностью 22 МВт. Объект, названный „battery@pyc“, примыкает к действующей ветровой электростанции на 228 МВт в Уэльсе Pen y Cymoedd (отсюда и аббревиатура “pyc”).

Накопитель энергии состоит их шести контейнеров, в пяти из которых размещено 500 комплектов Li-ion аккумуляторов, таких же, какие используются в электромобилях BMW i3. Батареи были адаптированы для работы в стационарных системах хранения энергии. Объект будет оказывать услуги по стабилизации британской электрической сети в рамках национальной инициативы EFR-Service (Enhanced Frequency Response).

Таким образом, можно отметить уже действительно массовое внедрение батарейных накопителей в энергетическое хозяйство на технологически развитых рынках, что обеспечивает эффективную интеграцию вариабельных возобновляемых источников энергии без ущерба для системной надежности.

Tesla запустила новую систему хранения энергии Powerpack в Бельгии (май, 2018)

Tesla реализовала в Бельгии новый проект хранилища энергии Powerpack на основе литий-ионных аккумуляторов. Система состоит из 140 устройств Powerpack и нескольких инверторов Tesla, ее общая мощность составляет 18.2 МВт. Она будет работать как виртуальная электростанция — балансировать поставки электроэнергии в сети. В целом, функции системы будут соответствовать тем, которые выполняет крупнейшая на сегодня аккумуляторная система Tesla, расположенная в Южной Австралии.

Проект был реализован в сотрудничестве с Restore, оператором поставок в сети (агрегатор спроса и предложения на рынке электроэнергии). Система хранения энергии Tesla отменит необходимость использование газогенераторных установок и парогазовых турбин, которые сейчас запускают для покрытия повышенного спроса и потерь напряжения в сетях. В Tesla к тому же отмечают, что аккумуляторная система в 100 раз быстрее реагирует на возникновение необходимости выдавать мощность в сеть, чем электростанции на ископаемом топливе.

Алюминиевые батареи демонстрируют хороший потенциал развития (май, 2018)

Уже довольно давно ученые ищут достойную альтернативу распространённым литиево-ионным батареям. Новый многообещающий кандидат для выхода на рынок — это алюминиевая батарея, изготовленная из материалов, которые делают её чрезвычайно дешевой для производства. Ученые из ETH Zurich и Empa занимаются разработками в этой области. В своем исследовании они предложили два новых материала, которые необходимы для создания подобной батареи. Первый материал будет использоваться для проводящих частей и имеет коррозионно-стойкие свойства. Второй материал будет использоваться для положительного полюса батареи.

Важно, чтобы в проводящих частях батареи использовался коррозионно-стойкий материал, так как электролит, который предполагается использовать в алюминиевых батареях, очень агрессивен и будет воздействовать даже на золото и платину. Для работы в этих условиях был выбран нитрид титана, вероятно в виде тонких плёнок или в качестве покрытия на других материалах. Ученые также считают, что этот материал может использоваться в других типах батарей: на основе магния или натрия, или в высоковольтных литий-ионных батареях. Второй предложенный материал, полипирен, может быть использован в качестве альтернативы графиту в положительном электроде алюминиевых батарей. Между его молекулярными цепочками остается много места. Это позволяет относительно большим ионам жидкости электролита проникать и легко заряжать электродный материал.

Между тем, после многолетних разработок компании Alcoa и Rio Tinto при финансовой поддержке Apple наконец довели до коммерческой эксплуатации новую технологию производства алюминия. Особенностью этого метода является отсутствие выбросов углекислого газа. Напротив, метод позволяет выделить кислород из глинозема. Именно кислород и является продуктом, наряду с алюминием. При этом разработчики обещают кратное увеличение ресурса работы оборудования за счёт применения инновационных электродов.

В Стенфорде разработан дешевый долговечный аккумулятор с высокой плотностью энергии (май, 2018)

В аккумуляторе, разработанном в лаборатории материаловедения, в составе электролита на водной основе используется марганец. Во время зарядки аккумулятора электролиз разлагает воду на водород и кислород, а марганец из раствора электролита связывается с кислородом, осаждаясь на углеродном катоде. Фактически, энергия хранится в аккумуляторе в форме водорода. Во время использования аккумулятора ионы марганца вновь растворяются в электролите, а кислород и водород соединяясь превращаются в воду.

Плотность энергии разработанного аккумулятора достигает 140 Вт/кг, а срок эффективной работы — 10 тыс циклов зарядки/разрядки. Что касается стоимости, то, по словам разработчиков, аккумулирование энергии, которой достаточно для питания лампочки мощностью 100 Вт в течение 12 часов, обойдется в несколько центов.

Европейский рынок домашних накопителей энергии в 2017 году (май, 2018)

Компания EuPD Research опубликовала исследование европейского рынка домашних накопителей энергии. В 2017 г в Европе было установлено порядка 50000 таких устройств, тогда как в предыдущем году объём рынка составил всего 31 тысячу штук.

Основным потребителем домашних накопителей энергии в Европе является Германия, где в 2017 году было установлено 37 тысяч единиц (74%). Италия занимает 10% европейского рынка, Великобритания – 6%. Среди производителей с большим отрывом лидируют Sonnen и LG Chem, занимающие 21% и 20% рынка соответственно (в 2016 году компания LG Chem владела всего 10% долей европейского рынка, то есть в 2017-м компания значительно упрочила позиции).

Изобретен накопитель энергии, который заряжается за полминуты (апрель, 2018)

Группа ученых из Корейского института передовых технологий создала гибридный накопитель энергии, которому для зарядки необходимо полминуты. При этом аккумулятор имеет гораздо большую емкость и держит заряд намного дольше других аккумуляторных источников питания. В качестве материала для накопителя энергии был выбран графен, поскольку его уникальная структура значительно увеличивает рабочую поверхность накопителя и, соответственно, его емкость, а сам материал абсолютно безвреден для окружающей среды и для человека. Прорыв обеспечила разработанная авторами инновационная технология совмещения металлодиэлектрических нанокатодов и цепей полимеров на поверхности графена.

Энергетическая политика штата Нью-Йорк (апрель, 2018)

Губернатор Эндрю Куомо объявил о новых стандартах энергоэффективност и для Нью-Йорка. Коммунальные предприятия, принадлежащие инвесторам, должны достичь ежегодной экономии за счет повышения эффективности в объеме 3% продаж к 2025 году.

Новая цель повысит энергоэффективность более чем на 40 процентов по сравнению с текущими прогнозами и снизит потребление энергии на 185 триллионов Btu. Штат также выделил $36,5 млн. на подготовку более 19 500 жителей Нью-Йорка для работы с экологически чистыми технологиями в энергетике.

Комиссия по коммунальным услугам Нью-Йорка (New York’s Public Service Commission) также одобрила ряд мер на прошлой неделе в рамках инициативы «Реформирование энергетического ландшафта» (Reforming the Energy Vision, REV). REV продолжается четвертый год и представляет собой радикальный пересмотр правил работы энергосистем в сторону интеграции в сеть источников распределенной энергии. Одно из изменений позволит подключить к сети распределенные накопители энергии мощностью до 5 мегаватт.

В январе Куомо обнародовал ряд предложений по чистой энергетике, в том числе обещал разместить 1500 мегаватт накопителей энергии к 2025 году, поскольку к 2030 году штат будет потреблять 50% энергии из ВИЭ. Целевой показатель 1500 мегаватт сопровождается финансированием в размере 200 миллионов долларов от Green Bank NYSERDA. Еще 60 миллионов долларов поступит от Фонда чистой энергии NYSERDA.

Bosch и EnBW вводят в параллельную работу аккумуляторную систему хранения энергии на угольной электростанции Heilbronn (апрель, 2018)

Немецкая компания EnBW и компания Bosch запустили в эксплуатацию аккумуляторную систему хранения энергии на угольной электростанции Хайльбронн (земля Баден-Вюртемберг, Германия), которая будет использоваться для сглаживания колебаний напряжения в сети. Максимальная мощность системы невелика – всего 5 мегаватт (при суммарной мощности станции более 1 ГВт). Как отмечается, такие объекты накопления энергии идеально подходят для интеграции энергосистемы с объектами возобновляемой энергетики и со станциями быстрой зарядки электротранспорта.

EDF планирует инвестировать 8 млрд евро в 10 ГВт накопителей энергии (апрель, 2018)

Французская EDF, одна из крупнейших энергетических компаний мира, ключевую позицию в портфеле которой исторически занимает атомная энергетика, намерена стать европейским лидером в области хранения энергии. В настоящее время EDF управляет пятью гигаваттами систем хранения энергии (это, главным образом, гидроаккумулирующие станции). Дополнительно к этой действующей мощности до 2035 года должны быть построены еще десять гигаватт, для чего EDF намерена инвестировать восемь миллиардов евро. Из этих вновь создаваемых мощностей 6 ГВт придется на крупные промышленные системы для «большой энергетики», которые будут включать в себя как новые ГАЭС, так и аккумуляторные батареи. 4 ГВт будет представлено «индивидуальными аккумуляторами» для розничных, муниципальных и корпоративных клиентов. Помимо Франции других стран Европы, EDF планирует развитие систем хранения энергии в Африке. Также компания планирует удвоить инвестиции в НИОКР в области накопителей энергии – в течение 2018-2020 годов сюда будет направлено 70 млн евро.

Экономическое обоснование накопителей (апрель, 2018)

Подключённые к сети батареи малой емкости или «коммунальные батареи» могут быть экономически целесообразны в сочетании с децентрализованными источниками энергии. К этому выводу пришли авторы отчета, опубликованного DNV GL. Авторы также описывают структуру принятия решений, которая поможет операторам сетей и другим заинтересованным сторонам определять и оптимизировать бизнес-модели и денежные потоки при накоплении энергии на различных рынках.

Создан первый в мире накопитель на основе муравьиной кислоты (апрель, 2018)

Швейцарские ученые из GRT Group и EPFL создали первый в мире интегрированный блок питания, который может производить электричество с использованием муравьиной (метановой) кислоты.

Устройство состоит из двух основных частей, реформера водорода (HYFORM) и топливного элемента с протонно-обменной мембраной (PEMFC). Реформер HYFORM использует катализатор на основе рутения для получения водорода из муравьиной кислоты, хотя в настоящее время уже разрабатываются катализаторы на основе более дешевых материалов.

Демонстрационный блок HYFORM-PEMFC имеет номинальную мощность 800 Вт и может производить 7000 кВт-ч в год. Его электрическая эффективность в настоящее время достигает 45%.

Блок HYFORM-PEMFC прост в обслуживании, легко масштабируем и отличается использованием стабильного и долгоживущего катализатора.

Новые суперконденсаторы (март, 2018)

Компания Rolls-Royce, известная своими газовыми турбинами, решила заняться разработкой накопителей энергии в сотрудничестве с компанией Superdielectrics Ltd. В планах — коммерциализация нового типа суперконденсаторов на основе специального полимера, обеспечивающего увеличение емкости на несколько порядков при удельной плотности энергии, превышающей показатели многих литий-ионных батарей. Разработчики заявляют, что материал достигает практических значений емкости до 4 Ф/см2 с гладким электродом; существующие суперконденсаторы обычно достигают 0.3 Ф/см2. Кроме того, они утверждают, что с использованием специально обработанного электрода из нержавеющей стали, можно достичь от 11 до 20 Ф/см2.
Такие суперконденсаторы могут достичь плотностей энергии до 180 Вт-час/ кг.

Разработан новый эффективный литий-воздушный аккумулятор (март, 2018)

Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго и Аргоннской Национальной лаборатории в США разработали новый литий-воздушный аккумулятор, которая работает в естественной воздушной среде и продолжает функционировать после рекордных 750 циклов заряда/разряда.

Литий-воздушные аккумуляторы могут накапливать до пяти раз больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, широко используемые для питания телефонов, ноутбуков и электромобилей. Однако, для их создания специалистам в результате многолетних исследований пришлось решить большое количество технологических проблем, таких как окисление литиевого анода и производство нежелательных побочных продуктов на катоде, малое число циклов заряда/разряда и др.

Лиотех разработал мобильный накопитель электроэнергии на литий-ионных аккумуляторах (март, 2018)

Компания Лиотех презентовала на международной выставке «Интербат-2918» (Москва, 21-22 марта 2018) мобильный накопитель энергии на литий-ионных аккумуляторах, который может эффективно заменить традиционные мобильные источники энергии – бензиновые и дизельные генераторы. Это бесшумный, экологичный и безопасный автономный источник энергии, который в отличие от генераторов не требует обслуживания и работает при температурах ниже -20ºС. Благодаря своим небольшим размерам (510х566х810 мм) и относительно низкой массе, мобильный накопитель Лиотех позволяет просто и без дополнительного оборудования обеспечить энергией бытовые, коммерческие и строительные электроприборы, в том числе в труднодоступных местах и помещениях общего назначения.

Начало серийного производства мобильных накопителей мощностью от 2 до 4кВт-ч запланировано на вторую половину 2018 года. Одновременно Лиотех анонсирует старт продаж домашних накопителей электроэнергии, построенных на основе литий-ионных аккумуляторов, емкостью от 3-10 кВт-ч.

Дефицит кобальта (март, 2018)

Спрос, создаваемый производителями электромобилей и накопителей энергии, привел к росту цен на кобальт свыше 80000$/т (см. рис. – источник TradingEconomics.com). В настоящее время кобальт добывается главным образом как побочный продукт никелевых и медных руд. В этих условиях часть компаний, производящих аккумуляторы или продукты на их основе, стремится заключаться контракты напрямую с добывающими компаниями, как поступает Apple.

Enel планирует построить в Германии 22-мегаваттную аккумулирующую станцию (март, 2018)

Enel Green Power Germany, дочерняя компания итальянской энергетической группы Enel, подписала контракт на строительство и управление 22-мегаваттной (МВт) литий-ионной аккумулирующей установки в Кремзове, Бранденбург. В контракте также участвуют немецкая энергетическая компаниея ENERTRAG, обеспечивающая развитие ветроэнергетики, и швейцарская компания Leclanche, специализирующаяся на решениях по аккумулированию энергии. В проект будет инвестировано около 17 млн евро ($20,94 млн). Сообщается, что первые 2 МВт установки должны были быть введены в эксплуатацию в апреле, а вся установка будет запущена в конце этого года. Отмечается, что данная система хранения поможет существенно повысить устойчивость энергосети и облегчит интеграцию возобновляемых источников.

Быстрый рост рынка аккумуляторных накопителей энергии в Германии (март, 2018)

На конференции Energy Storage Europe (ESE-2018) в Дюссельдорфе немецкий Союз, объединяющий профессионалов в области хранения энергии, Bundesverband Energiespeicher (BVES), сообщил что оборот продаж накопителей на основе аккумуляторов в промышленном сегменте достиг в 2017 году 1,12 млрд евро, а в домашнем сегменте – 0,49 млрд. Хотя, по установленной мощности гидроаккумулирующие станции далеко впереди (в Германии их установлено 6,36 ГВт), рынок накопителей сегодня растет главным образом за счет аккумуляторных накопителей. Ожидается, в 2018 году установленная мощность аккумуляторных накопителей достигнет более 0,7 ГВт (более 0,32 ГВт в промышленном сегменте и более 0,38 ГВт в домашнем сегменте). Уже сейчас в Германии установлено примерно 85 тысяч домашних систем хранения энергии.

Ниже показана динамика роста установленной мощности аккумуляторных накопителей в Германии
(МВт; слева – промышленные накопители, справа – домашние).

LG Chem и Samsung SDI являются ведущими производителями литий-ионных аккумуляторов (март, 2018)

Ожидается, что рынок литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов к 2026 году превысит $ 23 млрд, благодаря их низкой стоимости, большой плотности энергии, высокой эффективности и безопасности. Основной рост рынка будет наблюдаться в Северной Америке, Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе. Новый отчет Navigant Research рассматривает стратегию и деятельность 10 мировых производителей литий-ионных аккумуляторов, которые наиболее активны на мировом рынке крупномасштабного аккумулирования электроэнергии: LG Chem, Samsung SDI, BYD, Panasonic, Kokam, Toshiba, Saft, Leclanché, Electrovaya, CATL. Эти компании были оценены по 12 критериям: стратегическое видение; стратегия выхода на рынок; партнеры; производственная стратегия; технология; географический охват; продажи, маркетинг и распределение; характеристики продукции, качество и надежность продукции; ассортимент продукции; ценообразование; и устойчивость. Для предоставления потребителям и инвесторам обобщенной информации относительно сильных и слабых сторон рассмотренных компаний, они были оценены и ранжированы, используя разработанную Navigant Research методологию. При этом в категорию лидеров попали корейские компании LG Chem и Samsung SDI.

Первый российский накопитель электроэнергии большой мощности разработали в НГТУ (март, 2018)

В Новосибирском государственном техническом университете разработаны два сетевых накопителя энергии: СНЭ-1 мощностью от 100 до 500 киловатт-часов и СНЭ-2 мощностью от 2 до 32 мегаватт-часов, работающих на основе мощных литий-ионных аккумуляторов. Накопители такой мощности до сих пор не производились в России, их делает всего несколько компаний в мире. Предполагается, что российская разработка окажется существенно дешевле зарубежных аналогов. Изначально накопитель СНЭ-1 будет стоить около 10 млн рублей, с ростом объёмов производства цена должна начать снижаться. Первый российский накопитель будет произведён в Новосибирске и поставлен заказчику в 2018 году дочерним предприятием компании «Системы постоянного тока» (СПТ). Наблюдательный совет Фонда инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО утвердил решение о создании совместной с СПТ компании «Системы накопления энергии», которая и будет заниматься инжинирингом накопителей.

Батареи со встроенным искусственным интеллектом (март, 2018)

Компания Stem заявила о выпуске системы искусственного интеллекта Athena, предназначенной для оптимизации алгоритмов, управляющих покупкой (зарядкой) и продажей (выдачей) электроэнергии.

Ранее компания получила грант от U.S. Department of Energy’s, по которому должна довести стоимость «солнечной» электроэнергии, буферизованной при помощи накопителей, до 14 центов за киловатт-час. В настоящее время компания занимается пилотным проектом в Японии в сотрудничестве с Mitsui по установке распределенного парка аккумуляторов. Цель проекта – создание быстро реагирующего ресурса, который может сбалансировать сеть.

Новые методы восстановления батарей (март, 2018)

Группа из University of California San Diego предложила способ восстановления использованных катодов литий-ионных батарей, который позволяет достичь емкости, времени зарядки и ресурса на первоначальном уровне. Извлеченный из катода LiCoO2, см. рис., восстанавливаются путём прессовки в горячем щелочном растворе солей лития. За этим следует отжиг при 800 С и медленное остыванием. В расчете на килограмм катода требуется 5.9 МДж, и процесс может повторяться многократно. С небольшими вариациями этот же метод может использоваться для восстановления катодов автомобильных батарей, содержащих никель и марганец.

Новые датчики для литий-ионных батарей (март, 2018)

Исследователи из University of Warwick разработали специальный датчик температуры для установки в литий-ионные батареи. Датчик, способный работать агрессивной среде, позволяет с большой точностью измерять температуру в объеме батареи. Чрезмерно быстрая зарядка может приводить к короткому замыканию и взрыву батареи. Для предотвращения этого эффекта скорость зарядки ограничивается, но невозможность точного измерения температуры внутри батарей приводила к тому, что ограничения были избыточными. Сейчас же открывается возможность отказаться от запаса по скорости зарядки, что позволит повысить скорость зарядки до 5 раз.

Enel и Pacific Gas and Electric подписали соглашение о хранении электроэнергии (февраль, 2018)

Итальянский энергоконцерн Enel подписал три соглашения о создании объектов хранения электроэнергии с американской энергетической компанией Pacific Gas and Electric (PG&E). В рамках данных соглашений Enel до 2023 года осуществит в Калифорнии проекты по созданию независимых энергоаккумулирующих объектов Kingston (50 МВт / 200 МВт-ч), Cascade (25 МВт / 100 МВт-ч) и Sierra (10 МВт / 40 МВт-ч) на основе литий-ионных аккумуляторов.

Замедление скорости ввода в эксплуатацию накопителей (февраль, 2018)

Опубликована новая статистика GTM Research (подразделение Wood Mackenzie) в сотрудничестве с Energy Storage Association. После рекордного 3-го квартала 2016 года, когда в США были введены порядка 150 МВт мощности накопителей, скорость ввода новых мощностей сократилась. За 3-й квартал 2017 года были установлены порядка 42 МВт мощности по данным Energy Storage Association. Причем 30 из них были установлены в Техасе. Подобные темпы не пока не позволяют эффективно перераспределять по времени мощность пиковой генерации для покрытия пикового потребления.

Публикация данных в режиме реального времени (январь, 2018)

Калифорнийский оператор сетей (California Independent System Operator), установивший в соответствии с распоряжением властей штата накопители энергии, начал публиковать статистику их работы.

Расширение добычи лития в США (январь, 2018)

Компания Reedy Lagoon планирует начать добычу лития на месторождении в 200 км от производства Tesla. Месторождение в виде литиевого солевого раствора будет второй площадкой для добычи лития такого рода в США. Месторождение было разведано в 1977 году, но до сих пор его коммерческий потенциал не рассматривался.

#Накопители энергии (январь, 2018)

Регулятор калифорнийской энергосистемы (California Public Utilities Commission) выпустил распоряжение о замене газотурбинных электростанций, работающих в режиме горячего резерва (reliability must-run), более дешевыми (по оценке регулятора) литий-ионными накопителями. Конкретные мощности не указываются, но сейчас для горячего резерва используются парогазовая электростанция Metcalf Energy Center (около 600 МВт) и две гидроэлектростанции по 50 МВт (Yuba River, Feather River)

#Накопители энергии (январь, 2018)

Литий-ионный накопитель (100МВт/129МВт-часов) компании Тесла в Австралии продемонстрировал рекордные показатели, среагировав на сбой 3-го блока угольной станции Loy Yang за несколько миллисекунд.

Рис. Выдача мощности накопителем Тесла (станция HPR: Hornsdale Power Reserve) на фоне падения мощности угольной электростанции Loy Yang (станция LYA3: Loy Yang A3).

#Накопители энергии (декабрь, 2017)

Группа из Университета Ватерлоо заявляет о прорыве в создании металлического литиевого анода для литий-кислородных батарей, способного увеличить электрическую ёмкость батареи до трёх раз.

Нашли опечатку ?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.

Tesla заинтересовалась покупкой пакета акций подразделения LG, выпускающего аккумуляторы

В июле LG Chem удалось стать крупнейшим производителем тяговых аккумуляторов для электромобилей в мире, теперь корейский производитель намеревается выделить этот бизнес из своей структуры. По данным корейских СМИ, компания Tesla заинтересовалась возможностью покупки 10 % акций вновь создаваемой LG Energy Solution.

Источник изображения: Reuters

В понедельник об этом сообщило издание The Korea Times со ссылкой на информированные источники в банковском секторе. Американскому производителю электромобилей эта сделка позволит обеспечить себя стабильными поставками тяговых аккумуляторов, в которых она остро нуждается на фоне растущих амбиций по наращиванию производства. Собственные инициативы Tesla по совершенствованию тяговых батарей принесут плоды не сразу, поэтому компания ещё долго будет зависеть от сторонних поставщиков.

Пока сложно оценить, насколько участие Tesla в капитале LG Energy Solution позволит компаниям усилить сотрудничество в создании новых типов батарей. У американского производителя электромобилей есть опыт сотрудничества с Panasonic, партнёры совместно выпускают аккумуляторные ячейки в США. Ещё одним крупным партнёром Tesla является китайская компания CATL, которая снабжает аккумуляторами электромобили локальной сборки, сходящие с конвейера в Шанхае. Диверсификация источников поставок батарей позволяет Tesla придерживаться гибкого ценообразования.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Как уже известно, в ближайшие год-полтора Tesla не собирается вносить значительных изменений в конструкцию и методы производства аккумуляторов. Но у компании есть более отдалённые планы на одно и другое. Планы эти пока не слишком конкретные, и очевидно, реализовываться они будут небыстро. Тем не менее, упоминания они явно заслуживают.

Начнём с более-менее определённого. Итак, Tesla представила новый формфактор литиевой «банки» под номером 4680. Внешний диаметр ячейки 46 мм, её высота — 80 мм. Это шаг вперёд по сравнению с ячейкой 21700 (21 × 70 мм). За счёт увеличения объёма примерно в 5,5 раз «располневшая» ячейка способна накапливать в пять раз больше энергии.

Мощность ячейки увеличена в шесть раз, что обусловлено не только возросшей ёмкостью, но и новой конструкцией проводника, соединяющего катод батареи с контактом на её корпусе. За счёт перехода от длинной и тонкой полоски-проводника к короткому и толстому проводнику-вкладышу внутреннее сопротивление проводника снизилось, а величины допустимых токов возросли и, следовательно, увеличилась мощность батареи без риска перегрева.

Как заявил Маск, батарея 4680 уже выпускается в небольших объёмах на опытной линии в США. Это не концепт и не компьютерная графика. Если проблем не возникнет, к концу следующего года производство аккумулятора 4680 на новом заводе компании во Фримонте, штат Калифорния, выйдет на уровень годовой мощности 10 ГВт·ч. Следовательно, в течение 2022 года суммарная ёмкость выпущенных аккумуляторов 4680 должна будет выйти на указанную величину. Это более чем в три раза меньше, чем сегодня выпускает завод Tesla (Гигафабрика в США). Например, с позиции выпуска ячеек проектная мощность завода в Неваде в 2020 году должна составить 35 ГВт·ч в год. Поэтому полномасштабное производство ячеек 4680 Маск рассчитывает увидеть только через три года — в 2023 году. И ключевое слово здесь — рассчитывает.

За счёт увеличения формфактора элемент 4680 позволит собирать батарейные блоки, которые увеличат пробег электромобиля на полном заряде на 16 % по сравнению с блоками из элементов 21700. По сути, улучшение будет достигнуто за счёт того, что в батарейном блоке аккумуляторы займут больше пространства. Тем самым снизится стоимость хранения каждого КВт·ч. По расчётам — на 14 %. Дополнительно в Tesla считают, что благодаря увеличенному формфактору инвестиции в строительство новых батарейных заводов снизятся на 7 % в пересчёте на каждый ГВт·ч.

Итак, увеличение формфактора ячейки — это первый и, несмотря на сопутствующие новой организации производства трудности, относительно простой шаг.

Следующим новшеством при производстве аккумуляторов (4680 или в другом формфакторе) обещают стать принципиально новые промышленные линии. Производить аккумуляторы Tesla собирается подобно выпуску бумаги рулонным методом или как разливают напитки на соответствующих линиях — быстро-быстро и даже быстрее. Принципиально новые линии должны ускорить выпуск аккумуляторных блоков от производства ячеек до готовых блоков в семь раз. На дальность пробега это не повлияет, но себестоимость хранения каждого КВт·ч в батарейном блоке электромобиля обещает снизиться ещё на 18 %. Также это может снизить инвестиции в новые заводы для выпуска батарей до 34 % (в пересчёте на каждый ГВт·ч). Каждая новая линия сможет выпускать за год ячеек на 20 ГВт·ч.

Новые линии будут включать в себя четыре главных участка: изготовление электродов (анодов и катодов) рулонным методом, намотка электродов и разделительной мембраны в рулоны для помещения каждого в ячейку, сборка ячеек и изготовление батарейных блоков. Из всего этого самым слабым звеном с точки зрения дальнейшего прогресса Tesla считает этап изготовления электродов. Сегодня для этого материал электродов дробится до состояния порошка и растворяется либо в воде, либо в своём растворителе. После нанесения раствора на подложку электроды долго сушатся в гигантских электропечах и затем после сушки проходят финальную обработку (прессовку). Для компании выгодным стал бы «сухой» процесс изготовления анодов и катодов, чтобы сэкономить время, ресурсы и, в конечном итоге, деньги.

«Сухой» процесс нанесения вещества электродов на рулонную подложку разработала компания Maxwell Technologies, которую Tesla купила больше года назад. Этот процесс хорошо показал себя в лабораторных условиях и со временем обещает воплотиться в производственном оборудовании компании. Маск не сказал, когда это произойдёт. Поскольку выпуском производственного оборудования занимаются сторонние компании, а сырьё поставляют ещё одни, то новшество вряд ли станет коммерческим решением в ближайшую пятилетку. Но если это будет воплощено в производстве, то стоимость производства аккумуляторов снизится самым ощутимым образом.

Следующим новшеством должен стать переход на другой материал для анода ячейки. Сегодня для этого массово используется графит. Маск предлагает вместо графита использовать металлургический кремний — это кремний с присутствием ощутимого объёма посторонних примесей. Но этот материал крайне дёшев и его запасы на Земле неисчерпаемы. Кроме того, кремний способен вобрать в себя в девять раз больше ионов лития, чем графит, а это — путь к наращиванию ёмкостей батарей. Проблемой было «разбухание» и разрушение кремния по мере поглощения ионов лития, но исследователи Tesla решили эту проблему. Так, кремний измельчается и пропитывается эластичным полимером, что придаёт ему неразрушающуюся структуру.

Переход на новые аноды также произойдёт весьма и весьма нескоро, так как он определённо зависит от производителей оборудования и поставщиков сырья. Но если это случится, то ёмкость обновлённых аккумуляторов может дополнительно вырасти, что увеличит пробег ещё на 20 %, а стоимость хранения одного КВт·ч уменьшит на 5 %. Новые аноды также обещают снизить инвестиции в производство одного ГВт·ч на 4 %.

Когда-нибудь появятся в будущих аккумуляторах Tesla и новые катоды. Более того, компания собирается производить ячейки с тремя разными катодами для разных сфер применения, что позволит быстрее снижать цену на массовою продукцию. Например, для массовых электромобилей, цена которых через пять-десять лет должна снизиться до $25 000, катоды элементов будут создаваться на основе железа, что даст им увеличенный срок жизни. Для электромобилей премиального класса будут выпускаться ячейки с катодом на основе кобальта и марганца, а это — увеличенная ёмкость и дальность пробега. А для пикапа и грузовика компания предложит ячейки с катодами из никеля — это большая отдача (мощность) и увеличенная ёмкость, что также можно будет конвертировать в больший пробег.

Для производства катодов Tesla построит свой завод, поставки никеля для которого она собирается частично обеспечить сама. Для этого в четвёртом квартале этого года компания запустит пилотную линию для отработки процессов переработки старых аккумуляторов. Из таких батарей компания планирует заодно извлекать литий и кобальт. Наконец, Tesla займётся добычей лития в Неваде с запуском переработки на своих площадках, которые тоже предстоит построить. Комплекс задач не на одну пятилетку. Если она всё воплотит в жизнь, то сможет увеличить дальность пробега на одном заряде ещё на 4 %. Стоимость хранения одного КВт·ч уменьшится на 12 %, а инвестиции в производство снизятся на 16 %.

Завершающим штрихом станет полная интеграция аккумуляторов в состав электромобиля. Как сегодня топливные баки стали естественным элементом крыльев самолётов, так со временем батареи Tesla станут неотъемлемыми элементами будущих электромобилей Tesla. Они будут одним целым с машиной, что удешевит конструкцию и стоимость владения машиной и батареей. Tesla явно не собирается идти по пути китайцев, и не будет делать упор на станции по быстрой замене батарей. Похоже, будущий «народный» автомобиль Tesla проще будет заменить на новый целиком, чем заказывать замену тяговых аккумуляторов.

И всё же, интеграция батарей в конструкцию электромобиля добавит к дальности хода ещё 14 %, снизит стоимость хранения одного КВт·ч на 7 % и уменьшит инвестиции в производство ячеек ёмкостью в один ГВт·ч на 8 %. В сумме все представленные выше шаги позволят на 54 % увеличить пробег электромобилей, снизят стоимость хранения одного ГВт·ч на 56 % и уменьшат инвестиции в производство одного ГВт·ч батарей на 69 %. Однако на реализацию этих планов уйдёт время как минимум до конца текущего десятилетия. Многие в них к тому же может поменяться, но верить в хорошее хочется всегда.

По инновациям в сфере аккумуляторов лидирует вовсе не Tesla, а японские компании

Представленные вчера компанией Tesla аккумуляторные ячейки нового типоразмера обнажили проблему отсутствия реальных прорывов в технологии изготовления аккумуляторов. Что характерно, японские компании за последние годы подали больше всего патентных заявок в этой сфере, но собственное производство электромобилей в Японии это развить не помогло.

Источник изображения: Nikkei Asian Review

По идее, в этом нет ничего удивительного, ведь тот же Panasonic сотрудничает с американской Tesla, и этот заказчик должен получать выгоду от внедрения японских инноваций в первую очередь. Проведённое Европейским патентным ведомством в сотрудничестве с Международным энергетическим агентством исследование выявило, что японские компании в 2018 году подали больше всего патентных заявок в сфере технологий изготовления аккумуляторных батарей. По сути, на их долю пришлась треть всех заявок, а корейские конкуренты отстали примерно в два раза. Китай оказался на четвёртом месте, а США довольствуются только пятым.

Источник изображения: Nikkei Asian Review

Если рассматривать период с начала текущего века до 2018 года, то лидером по количеству поданных патентных заявок окажется Samsung Electronics, которая выразила намерения зарегистрировать 4787 изобретений. На втором месте оказалась Panasonic с 4046 заявками, LG Electronics подала только 2999 заявки. К слову, и Panasonic, и LG Chem являются поставщиками Tesla, поэтому самой компании пока нет нужды защищать интересы США в этой сфере. Всё может измениться по мере укрепления позиций Tesla в статусе производителя аккумуляторных ячеек, но на это уйдут годы.

Производители автомобильных компонентов тоже активно интересуются темой разработки аккумуляторных батарей. Toyota занимает четвёртое место, Nissan — девятое, а на пятом, шестом и седьмом расположились Bosch, Hitachi и Sony соответственно. Toshiba замыкает десятку, а NEC напоминает о себе на восьмой позиции. Если в 2000 году в этой сфере было подано только 1029 патентных заявок, то в 2018 году их количество выросло 7153 штук. Из этого числа примерно 45 % изобретений имели отношение к литийионным аккумуляторам.

Мощные позиции в инновациях пока никак не способствуют развитию внутреннего рынка электромобилей в Японии. По объёмам их реализации страна сильно отстаёт от многих развитых экономик, занимая 2 % мирового рынка. Лидирующие позиции в этом смысле занимает Китай, на долю которого приходится половина продаваемых во всём мире электромобилей.

Планы Tesla подорвали веру инвесторов в азиатских производителей аккумуляторов

На мероприятии Battery Day, которое было совмещено с годовым собранием акционеров, глава и основатель Tesla Илон Маск (Elon Musk) рассказал о новом типе аккумуляторных батарей и планах компании по наращиванию собственного производства. Это повлекло за собой снижение курса акций тех компаний, которые снабжают Tesla аккумуляторами сейчас.

Источник изображения: The Verge

На американских производственных площадках Tesla давним партнёром компании по производству тяговых батарей является японская корпорация Panasonic. На китайское предприятие Tesla аккумуляторные элементы поставляют LG Chem и CATL. Объёмы выпуска батарей нового типа в США в течение года достигнут 10 гигаватт-часов в совокупном выражении, но покупать аккумуляторы у партнёров Tesla продолжит в десять раз большем количестве, поэтому в ближайшей перспективе влияние инициативы Tesla на бизнес поставщиков не должно оказаться существенным.

Как стало понятно после завершения трансляции с мероприятия Tesla, завышенные ожидания инвесторов не оправдались, курс акций компании снизился на 7 %, сократив капитализацию производителя электромобилей сразу на $50 млрд. Самое интересное, что падением акций Tesla дело не ограничилось. Инвесторы осознали, что собственное производство батарей позволит компании оказывать ценовое давление на сторонних поставщиков. Это подорвёт их выручку, поэтому данные рассуждения уже сейчас вызвали снижение курса акций Panasonic на 4 %, ценные бумаги LG Chem подешевели на 2,2 %, а китайской компании CATL пришлось столкнуться со снижением курса акций на 2,8 %.

Собственные планы Tesla традиционно демонстрируют высокие амбиции. Уже в 2022 году она рассчитывает ежегодно выпускать батареи совокупной ёмкостью 100 гигаватт-часов, а к 2030 году увеличит объёмы производства в 30 раз — до 3000 гигаватт-часов. Подобная производительность превзойдёт имеющиеся возможности предприятия в Неваде в 85 раз. Возможно, роль сторонних поставщиков батарей будет ослабевать в ближайшие годы, поэтому инвесторы слегка утратили веру в их потенциал.

Tesla представила батарею повышенной мощности (на самом деле нет)

Событие, которое было два раза перенесено и которое обещало перевернуть мир литийсодержащих аккумуляторов, свершилось — Илон Маск представил новые батареи для будущих электромобилей. Новые аккумуляторные ячейки стали в 6 раз мощнее и в 5 раз ёмче. Но рано радоваться. Без подтасовки не обошлось.

Аккумуляторная ячейка Tesla 4680 (Tesla)

Фактически ёмкость новых литийсодержащих аккумуляторных ячеек Tesla выросла за счёт увеличения объёма ячейки. В компании представили новый увеличенный формфактор аккумулятора, который назвали 4680 (46 мм в диаметре и 80 мм высотой). По сравнению с аккумуляторной ячейкой 2170, которая до этого использовалась и будет использоваться дальше в блоках тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla, физический объём элемента 4680 в шесть раз больше.

Нетрудно заметить, что ёмкость в пересчёте на объём элемента даже стала меньше — она увеличилась только в пять раз. Однако это даст небольшой выигрыш в составе блока батарей, что увеличит дальность пробега на одном заряде примерно на 16 %.

Отметим, что переход на новый формфактор был сопряжён с преодолением ряда технических проблем. Например, задачу по эффективному отводу тепла от элемента решили путём отказа от медного вкладыша и переходом к теплорассеивающей медной прокладке по диаметру элемента.

Новый элемент использует новый теплорассеивающий вкладыш (на фото справа)

Новый формфактор также приведёт к снижению стоимости хранения киловатт-часа примерно на 14 %. Ожидается, что паритет между бензиновыми автомобилями и электромобилями с точки зрения затрат на «топливо» произойдёт тогда, когда стоимость блока батарей за каждый киловатт-час снизится до $100. По данным консалтинговой компании Cairn Energy Research Advisors, аккумуляторные батареи Tesla в 2019 году стоили $156 долларов за киловатт-час. К сожалению, обещанные 14 % экономии проблемы не решают.

Другими путями снижения стоимости аккумуляторных батарей в компании Tesla считают отказ от кобальта (полный или почти полный) и переход на никель с решением вопросов переработки аккумуляторов на собственных мощностях. Батареи 4680 откажутся от кобальта в своём составе и станут использовать никель. Маск заявил, что уже призвал горнодобывающие компании обеспечить наращивание поставок никеля. Российский «Норильский никель», кстати, якобы исключён из списка поставщиков по просьбе местных экоактивистов. В немилость он попал по причине нанесения урона окружающей среде в местах добычи.

В перспективе производством элементов 4680 будут заниматься множество заводов во всём мире. По словам Маска, через три года выпуск аккумуляторов компании будет увеличен в 85 раз с нынешних 35 ГВт·ч до 3000 ГВт·ч. Производство элементов 4680 Tesla обещает начать ближе к концу следующего года на своём заводе в США во Фремонте, штат Калифорния, с запланированной мощностью 10 ГВт·ч. Но к полномасштабному выпуску новых элементов компания приступит не раньше, чем через три года.

Примечательно, что выпуском новых катодов (электродов для элементов) будет заниматься свой собственный завод Tesla. О планах его строительства Маск заявил во время анонса новых батарей. Однако пока ничего конкретного на этот счёт не сообщается. Информация будет обнародована позже.

В то же время известие о весьма нескором выпуске новых аккумуляторов обрушило капитализацию Tesla на $50 млрд. От компании ждали совсем другого. Ранее Маск и другие где прямо, а где намёками обещали революцию в батареях намного раньше — не позднее 2021 года. Теперь же придётся ориентироваться на 2023, а то и 2024 год. Мы регулярно сталкиваемся с так называемыми «бумажными» анонсами, но ждать три года или около того — это перебор. И можно ли назвать революцией увеличение физических объёмов батареи? Нет, нельзя, а эволюцией — пожалуйста. Но к катоду без кобальта мы ещё присмотримся.

Будущий Galaxy S21 Ultra получит такую же батарею, как и S20 Ultra

Только в прошлом месяце Samsung представила флагманские смартфоны Samsung Galaxy Note 20 и Note 20 Ultra. Несмотря на это, компания активно работает над новыми устройствами серии Galaxy S, которые, как ожидается, будут представлены в марте следующего года.

Эти аккумуляторы смогут больше

Чем автомобильный аккумулятор отличается от аккумулятора для ИБП?

Почему нельзя установить автомобильную батарею для работы с источником бесперебойной работы?

Поскольку автомобильная батарея значительно дешевле специализированного аккумулятора для ИБП, то эти два вопроса являются основными при покупке источника бесперебойного питания, работающего от внешних аккумуляторов.

Ответ на вопрос уже содержится в названии аккумуляторов: они отличаются по предназначению и условиям функционирования. Автомобильная батарея расположена в хорошо проветриваемом пространстве — под капотом. Она предназначена для запуска двигателя при помощи стартера и подачи электрического тока на свечи зажигания у бензиновых двигателей. Этот процесс длится недолго, после запуска двигателя внутреннего сгорания питание всех систем происходит от работающего генератора. Несмотря на то, что цикл невелик, от аккумулятора требуется высокое значение тока за небольшой период времени для запуска двигателя. В процессе работы батарея теряет большую ёмкость.

Аккумуляторные батареи для ИБП располагаются, как правило, в малопроветриваемом помещении и источники бесперебойного питания с такими батареями предназначены для длительной работы (до нескольких суток). Выбор комплекта ИБП и батарей определяется ёмкостью батарей и мощностью зарядного устройства аппарата. Батареи для ИБП равномерно отдают энергию, но этот процесс длится долго. Первое существенное различие — длительность цикла работы и равномерность выделения электрического тока достигается за счёт толщины пластин (электродов) внутри аккумулятора. У автомобильной батареи средняя толщина электрода составляет у аккумулятора для ИБП — Чем меньше толщина электродов, тем быстрее движутся электроны. Если автомобильный аккумулятор функционирует в длительном цикле с ИБП, то его пластины быстро разрушатся. Однако электроды большей толщины у специализированной батареи не смогут отдать больше тока за определенную единицу времени, если их установить в автомобиль. У них намного больше ресурс при длительной эксплуатации.

Второе важное отличие заключается в напряжении постоянного тока у зарядного устройства в машине и у источника автономного электроснабжения. Напряжение цепи постоянного тока автомобиля примерно равно у зарядного устройства ИБП оно составляет от 13,5 до 13,8 В. Автомобильные и специализированные аккумуляторы рассчитаны на различные значения напряжения тока заряда. Подсоединив автомобильную батарею к системе резервного электропитания, вы обнаружите, что она постоянно недозаряжена. Если аккумулятор заряжен не полностью, то время автономной работы будет меньше, чем при заряженном аккумуляторе. Полностью заряженная батарея имеет высокое внутреннее сопротивление, потому при работе с ИБП потребляет во время заряда небольшой ток. У разряженного аккумулятора низкое внутреннее сопротивление, в процессе заряда он потребляет больший ток. Т.к. автомобильная батарея при работе с ИБП будет постоянно потреблять ток и не перейдёт в режим полной зарядки, это приводит к кипению электролита, что негативно сказывается на параметрах аккумуляторной батареи.

Третье отличие аккумуляторов: в процессе заряда батарея выделяет водород. Когда она установлена под капотом машины, то пространство вокруг АКБ хорошо проветривается, выделяемый водород быстро улетучивается. Если такой аккумулятор установить в помещении, то водород может скапливаться в замкнутом пространстве. Смесь водорода с воздухом образует очень опасную взрывоопасную смесь, которая может детонировать от любой искры, например, при включении или выключении света. Аккумулятор для ИБП полностью герметизирован, в процессе работы он не выделяет водород в атмосферу, а рециркулирует в пространстве батареи.

У автомобильного аккумулятора большое значение тока саморазряда. Как правило, батарея для машины имеет жидкий электролит (разбавленная серная кислота), а в жидкой среде химические процессы протекают быстро, за счёт чего срок службы АКБ меньше, чем в аккумуляторе для ИБП. Не подключённый аккумулятор разряжается быстрее специализированного. Батареи для аппаратов резервного электроснабжения изготовлены по технологии AGM: между электродами располагается губчатый материал, пропитанный электролитом, а не жидкий электролит. За счёт этого ток саморазряда невелик. Когда система резервного электропитание переходит на функционирование от батарей, то даже полностью заряженные автомобильные аккумуляторы проработают за счёт большого тока саморазряда меньше, чем специализированные батареи такой же ёмкости.

Немаловажный фактор — экологичность применяемого оборудования. У АКБ электролит постепенно выкипает, под крышкой батареи образуется свободное пространство, которое заполняет взрывоопасный водород. Применять такие аккумуляторы в жилом помещении не рекомендуется, т. к. они могут выделять водород в атмосферу.

Автомобильная аккумуляторная батарея стоит дешевле аналогичной по ёмкости специализированной аккумуляторной батареи для ИБП, но экономия ощутима только при покупке. Очень быстро экономия превратится в убытки. В среднем, автомобильный аккумулятор на 100 А/ч стоит 4000 руб. (цены на Яндекс.Маркет) и служит 2 года (с ИБП). Батарея для ИБП, например, Leoch DJM12100 на 100 А/ч стоит около 8000 руб., но служит 10 лет. Получаем, что специализированные батареи в долгосрочной перспективе выгодней более чем в 2 раза.

При применении автомобильного аккумулятора вместе с источником автономного электропитания есть вероятность, что ИБП перестанет работать или совсем не запустится. Для надежной и длительной работы системы резервного электроснабжения в качестве ёмкости электрического тока лучше покупать специализированные аккумуляторы известных производителей, выполненные по технологии AGM.

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.

Столицы отказываются от машин с двигателями внутреннего сгорания

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.

Электромобили не скоро смогут заменить обычные автомобили

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.

Классификация аккумуляторов

Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо знаете преимущества и недостатки тех или иных технологий, совершенно необязательно, что ваш выбор будет базироваться на традиционных подходах.

Достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются не только более высокая емкость, но и способность работать с большим током нагрузки. Кроме того, в отличие от никель-металлгидридных, у литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти. Однако специализированные аккумуляторы стоят довольно дорого, и найти в продаже нужный элемент питания гораздо сложнее. Нельзя сбрасывать со счетов и якобы устаревшие никель-кадмиевые элементы. Практика показывает, что в некоторых случаях, когда, например, нагрузка устройств сильно варьируется или приходится работать с устройством при разной температуре (в том числе и на морозе), никель-кадмиевые элементы оказываются наиболее надежным решением.

Выбор технологии

Термин «аккумулятор» у большинства пользователей ассоциируется с автомобилем, хотя применяемый в нем аккумулятор отнюдь не отвечает требованиям, предъявляемым к автономным источникам питания для мобильных устройств или к резервным источникам питания в системах безопасности. Автомобильные аккумуляторы предназначены для подачи очень мощного тока за короткое время, а батареи, обслуживающие мобильные устройства, должны выдавать относительно небольшой ток, но на протяжении длительного периода. Поэтому для подобных устройств, помимо емкости, важнейшее значение приобретают так называемые временные зарядно-разрядные характеристики, то есть кривые заряда-разряда батареи.

Основное достоинство любых аккумуляторов, в том числе и автомобильных, состоит не столько в том, что они могут хранить электрическую энергию и отдавать ее в соответствии с требуемыми характеристиками, сколько в возможности снова заряжать их до полной мощности. В связи с этим одной из важнейших характеристик аккумуляторов является срок службы (эксплуатации). Его оценивают по количеству циклов зарядки-разрядки, которое аккумулятор выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров. Срок службы зависит от многих факторов — от методов зарядки, глубины разрядки, процедур обслуживания или его отсутствия, температуры и химической природы самого аккумулятора. Кроме того, этот срок определяется временем, прошедшим со дня изготовления, что особенно важно для литий-ионных (Li-Ion) устройств. Аккумулятор обычно считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости до 60-80% от номинального значения.

Следует принимать меры предосторожности при использовании и утилизации аккумуляторов.

Основные термины

Ток, протекающий через аккумулятор при зарядке и разрядке, удобно выражать в значениях, кратных Сн, где Сн — ток, численно равный номинальной емкости (например, Сн для аккумулятора емкостью 1,2 А·ч равно 1,2 А). Номинальная емкость — это емкость полностью заряженного аккумулятора при температуре 20 °С. Скорость зарядки и разрядки обычно выражается в величинах, кратных долям Сн, и в зависимости от этой величины строятся кривые заряда-разряда аккумуляторных батарей. Далее мы рассмотрим это более подробно, а пока отметим, что если разрядка аккумулятора определяется током потребления конкретного мобильного устройства, то скорость зарядки варьируется в зависимости от различных зарядных устройств (режимов зарядки). Известны такие режимы, как; быстрая зарядка, зарядка малым током («капельная»), стандартная, ускоренная и др. Проще говоря, режим быстрой зарядки производится током от 1Сн до 4Сн, зарядка малым током предполагает использование токов от Сн/50 до Сн/10, стандартная зарядка идет от Сн/20 до Сн/10, а ускоренная — от Сн/5 до Сн/3.

Отметим также влияние температуры окружающей среды на форму разрядных кривых и на реальную емкость аккумуляторов. Рассмотрим функциональную эффективность типичного никель-металлгидридного аккумулятора (NiMH) в зависимости от температуры. Такая батарея рассчитана, как правило, на 500-600 циклов зарядки-разрядки. При этом изменение разрядной емкости при колебании температуры окружающей среды прямо пропорционально изменению температуры (t) и может быть оценено в процентах по следующей формуле: Сн = 90 + 0,77 t (%).

При разрядной емкости 80-90% от номинальной производитель гарантирует 500 циклов зарядки-разрядки, хотя в среднем можно получить и большее число циклов. По своим обобщенным зарядно-разрядным характеристикам, NiMH-аккумуляторы подобны никель-кадмиевым (NiCd), но превышают последние в 1,5-2 раза по удельной емкости. Однако диапазон температур, при которых возможна эксплуатация NiMH-аккумуляторов, все же несколько меньше, чем у никель-кадмиевых, как и гарантированное число циклов зарядки-разрядки. Кроме того, в отличие от NiCd— и NiMH-аккумуляторов, изменение температуры окружающей среды не оказывает столь значительного влияния на форму разрядных кривых и на емкость современных литий-ионных аккумуляторов.

Классификация аккумуляторов

Аккумуляторные батареи используются в автономных источниках энергии в самых различных областях. Требования, предъявляемые к этим устройствам, тоже различаются весьма значительно. При выборе конкретного типа аккумулятора с потребительской точки зрения во внимание принимаются следующие характеристики:

  • рабочее напряжение;
  • планируемый режим разряда (постоянный или импульсный разряд);
  • максимальный ток разряда;
  • температурный режим при разрядке;
  • допустимый режим зарядки (стандартный, ускоренный, быстрый или режим постоянной подзарядки, называемый также буферным);
  • масса и габаритные характеристики;
  • срок службы.

К тому же в случае, если заряженные батареи некоторое время хранятся без использования, необходимо обращать внимание на скорость их саморазряда.

В зависимости от электрохимической технологии можно выделить следующие основные типы современных источников тока для мобильных устройств:

  • герметизированные свинцово-кислотные (SLA);
  • никель-кадмиевые (NiCd);
  • никель-металлгидридные (NiMH);
  • литий-ионные (Li-Ion);
  • литий-полимерные (Li-Pol).

К редким типам аккумуляторов можно отнести:

  • никель-цинковые;
  • серебряно-цинковые;
  • серебряно-кадмиевые;
  • топливные.

Что касается последних, то пока нет устоявшихся технологий для изготовления миниатюрных топливных элементов, поэтому устройства данного типа мы рассматривать не будем.

Чтобы удовлетворить разнообразные потребности пользователей, аккумуляторы независимо от применяемой технологии традиционно выпускают в различных конструктивных вариантах (форм-факторах), с различной емкостью и номинальным напряжением. Кроме того, они могут иметь специфические свойства для обеспечения наилучших характеристик в особых режимах и условиях эксплуатации. Указанные параметры аккумуляторов соответствуют международным стандартам, что гарантирует возможность замены аккумуляторов различных производителей. Основные форм-факторы аккумуляторов следующие:

  • цилиндрический;
  • дисковый;
  • призматический.

Отметим, что гальванические источники тока одноразового действия (батарейки) обычно отличаются от аккумуляторов по внешнему виду, хотя существуют аккумуляторы, конструктивно выполненные так же, как батарейки. Чтобы различать эти устройства, потребителю необходимо обращать внимание на маркировку, нанесенную на корпус элементов питания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA)

Для обозначения таких аккумуляторов применяется аббревиатура SLA (Sealed Lead Acid — герметизированные свинцово-кислотные). Это старейшие перезаряжаемые аккумуляторы, предназначенные для коммерческого использования, причем они до сих пор остаются наиболее дешевыми автономными источниками энергии. Видимо, самым существенным недостатком, присущим свинцово-кислотным элементам, является выделение газов — кислорода и водорода. Предотвратить его можно только путем уменьшения напряжения при зарядке, однако при подзарядке это приводит к тому, что аккумулятор не заряжается полностью до номинального напряжения. Так что проблема до сих пор не решена. Вместе с тем способность удерживать номинальную силу тока при низком напряжении, небольшая цена по сравнению с затратами на обслуживание батарей этого типа и отсутствие сбоев питания при их использовании вполне оправдывают установку свинцово-кислотных аккумуляторов большой емкости.

Сегодня SLA-аккумуляторы применяются в основном там, где требуется большая мощность при низкой стоимости устройств, а их вес и габаритные характеристики несущественны (например, в блоках бесперебойного питания, охранных системах, системах резервного освещения). В портативных приборах используются герметичные (необслуживаемые) аккумуляторы или аккумуляторы с регулирующим клапаном давления. Подобными SLA-устройствами иногда комплектуются переносные сотовые телефоны большой мощности и некоторые видеокамеры, но в целом их применение для портативных систем нехарактерно. Появились необслуживаемые и мало обслуживаемые аккумуляторы, основанные на внутренней рекомбинации газа, а также различные герметизированные аккумуляторы (правильно говорить «герметизированные», а не «герметичные»).

Из особенностей современных свинцово-кислотных аккумуляторов следует отметить:

• зарядка от простейших зарядных устройств;

• улучшение работы в буферном режиме, то есть в режиме постоянного подзаряда — срок службы доведен уже до 25 лет;

• значительное увеличение ресурса — количество циклов зарядки-разрядки составляет уже 600-800, а не 200-300, как раньше;

• сведение к минимуму величины саморазряда — 0,1% в день;

• появление множества типоразмеров и введение их единой стандартизации.

В отличие от обычных свинцово-кислотных аккумуляторов, в частности автомобильных, SLA-аккумуляторы для электроники разрабатываются с низким потенциалом перезарядки с целью предотвращения выделения газа. Поэтому SLA-аккумулятор имеет длительный срок хранения, но никогда не заряжается до своей полной емкости, а следовательно, по сравнению с другими типами заряжаемых батарей имеет самую низкую плотность энергии (удельную энергоемкость), которая выражается в количестве запасенной энергии к единице веса или объема. Вследствие низкого саморазряда, отсутствия эффекта памяти и минимальных требований по обслуживанию такие батареи в некоторых областях до сих пор остаются весьма выгодным решением. Так, если NiCd-аккумуляторы за три месяца саморазряжаются на 40%, то SLA-аккумуляторам для подобной саморазрядки понадобится не менее года.

Разновидностью SLA-устройств являются так называемые гелиевые аккумуляторы (некоторые из них продаются под торговой маркой gelcell), основанные на технологии Gelled Electrolite (GEL), которая была разработана в конце 50-х годов и предусматривает добавление в электролит двуокиси кремния (SiO2), в результате чего через несколько часов после заполнения электролит приобретает консистенцию желе. В толще желеобразного электролита образуются поры и раковины, имеющие значительные объем и площадь поверхности, где происходит рекомбинация молекул кислорода и водорода с выделением воды. В результате количество электролита остается неизменным, и в течение всего срока службы аккумулятора долив воды не требуется.

Кроме GEL-технологии, применяется технология Absorptive Glass Mat (AGM), разработанная в конце 70-х годов и предполагающая использование пористого заполнителя из стекловолокна, пропитанного жидким электролитом. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью, и в этом свободном пространстве происходит рекомбинация газов, что позволяет производить необслуживаемые батареи, как и по GEL-технологии.

У свинцово-кислотных аккумуляторов, естественно, имеются и недостатки. Например, они не могут быстро заряжаться (зарядный ток, в зависимости от конструкции, не должен превышать 0,1-0,3 Сн, а типовое время зарядки — не менее 8-16 ч) и не переносят глубокого разряда. К тому же хранение SLA-аккумулятора в разряженном состоянии вызывает сульфатацию, которая делает последующую зарядку трудной или вообще невозможной, вследствие чего стандартные свинцово-кислотные аккумуляторы выдерживают относительно небольшое число циклов зарядки-разрядки. Так, в зависимости от глубины разрядки и температуры эксплуатации, типичный SLA-аккумулятор выдерживает лишь 300-500 циклов зарядки-разрядки. фактически каждый такой цикл отнимает у аккумулятора некоторую часть емкости. Конечно, это верно и для аккумуляторов других электрохимических систем, но в меньшей степени. Впрочем, у некоторых современных SLA-аккумуляторов, как уже отмечалось, количество циклов зарядки-разрядки доведено до 600-800, что сравнимо с NiMH-технологией.

К тому же при низких температурах у SLA-аккумуляторов значительно уменьшается способность отдавать большой ток в нагрузку. Зависимость нелинейная, но для каждого элемента наблюдается падение напряжения на 2-5 мВ на один градус.

Что касается утилизации вышедших из строя батарей, то из-за высокого содержания свинца SLA-аккумуляторы по нанесению экологического вреда уступают только NiCd-аккумуляторам.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd)

Основное преимущество никель-кадмиевых элементов по сравнению со свинцово-кислотными заключается в том, что они почти не выделяют газа и отличаются простотой в обслуживании. При этом у них очень низкое внутреннее сопротивление и они способны отдавать большой ток в относительно короткие промежутки времени — практически так же, как и свинцово-кислотные. NiCd-аккумуляторы переносят даже короткое замыкание. Кроме того, эти устройства могут выдерживать длительные нагрузки, причем их функциональные свойства мало изменяются при понижении температуры.

NiCd-устройства, несмотря на то, что они уступают по емкости (при тех же массе и габаритах) аккумуляторам других типов, остаются наиболее популярными для применения в целом ряду портативных устройств, особенно там, где требуется высокая отдача. Поэтому до сих пор около половины выпускаемых аккумуляторов для переносного оборудования — никель-кадмиевые. Появление новых технологий электрохимических аккумуляторов сначала привело к резкому сокращению использования NiCd-аккумуляторов, однако по мере выявления недостатков новых моделей интерес к NiCd-устройствам снова возрос. Так, в приборах, где применяются электродвигатели и потребляются довольно большие токи, NiCd-батареям трудно найти замену. Однако максимальная емкость потребительских NiCd-аккумуляторов не превышает 3000 мА·ч. Типовые разрядные токи, на которых используются подобные аккумуляторы, невысоки — 20-40 А. При токах до 70 А NiCd-батареи и ныне остаются вне конкуренции.

В числе преимуществ NiCd-аккумуляторов можно назвать следующие:

  • работоспособность в широком интервале рабочих токов заряда, разряда и температур окружающей среды (допустимый ток разряда составляет 0,2-2 Сн, диапазон рабочих температур — от –40 до +50 °С);
  • высокая нагрузочная способность даже при низких температурах (NiCd-аккумулятор при низких температурах даже можно перезаряжать);
  • возможность быстрой и простой зарядки в любом режиме (NiCd-аккумуляторы нетребовательны к типу зарядного устройства);
  • большое количество циклов зарядки-разрядки (при правильном обслуживании NiCd-аккумулятор выдерживает свыше 1000 циклов);
  • возможность восстановления после понижения емкости или длительного хранения;
  • пожаро и взрывобезопасность, устойчивость к механическим нагрузкам;
  • низкая цена, длительный срок службы и широкая доступность, большой ассортимент потребительских форм-факторов.

Для зарядки NiCd-аккумуляторов быстрый режим более предпочтителен, чем медленный, а импульсный заряд — чем заряд постоянного тока. К тому же для восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов можно применять так называемый реверсивный заряд, когда импульсы разряда чередуются с импульсами заряда. Реверсивный заряд даже ускоряет процесс, поскольку помогает рекомбинации газов, выделяющихся во время заряда: дополнительные исследования показали, что реверсивный заряд добавляет около 15% к сроку службы NiCd-аккумулятора. Для увеличения отдачи этих аккумуляторов некоторые пользователи практикуют быструю зарядку с дозарядкой слабыми токами, что приводит к более полной зарядке батарей.

Однако, наряду с преимуществами, данные элементы имеют серьезные недостатки. До недавнего времени у NiCd-аккумуляторов наблюдался неприятный эффект, получивший название «эффект памяти». Его возникновение объясняется тем, что в процессе циклической эксплуатации источника меняется структура поверхности электродов, а в сепараторе аккумулятора образуются химические соединения, мешающие его дальнейшей разрядке малыми токами. Источник как бы запоминает свое состояние неполного разряда. Чтобы избежать возникновения данного эффекта, необходимо после того, как NiCd-батарея отработала, обязательно ее разрядить. Если этого не делать, то NiCd-аккумулятор постепенно теряет эффективность, то есть его емкость постепенно уменьшается — он очень быстро заряжается, но так же быстро и разряжается, имея при этом пониженное напряжение на выходе. Вдобавок возможно и небольшое увеличение внутреннего сопротивления.

Хранить NiCd-батареи необходимо в разряженном состоянии. Если ваше зарядное устройство не имеет встроенного разрядника, то для полного разряжения батареи можно воспользоваться лампочкой накаливания с номинальным напряжением и с допустимым током 3-20 А. Необходимо подключить такую лампу к аккумулятору и дождаться того момента, когда спираль начнет краснеть (кстати, глубокая разрядка вовсе не означает, что аккумулятор следует посадить «в ноль»). NiCd-батареи — это единственный тип аккумуляторов, которые лучше выполняют свои функции в случае, если периодически подвергаются полной разрядке. Электрохимические аккумуляторы всех остальных разновидностей нуждаются в неглубокой разрядке. Впрочем, если выполнять процедуру полного разряда слишком часто, то и NiCd-аккумуляторы неизбежно изнашиваются.

Мировым лидером в производстве NiCd-элементов, способных отдавать большие токи, является фирма Sanyo (по сравнению с моделями других производителей, аккумуляторы Sanyo имеют меньшее внутреннее сопротивление и большую отдачу, медленнее стареют и меньше греются). Аналогичные NiCd-аккумуляторы производят фирмы Panasonic и Varta. Производители непрерывно совершенствуют технологию никель-кадмиевых аккумуляторов, и в современных NiCd-батареях от известных фирм эффект памяти почти не возникает. Например, компания GP Batteries выпускает никель-кадмиевые аккумуляторы по новой, пенной технологии. В этом случае дозаряд перед разрядом не требуется, а ресурс батареи полностью используется по назначению. Благодаря этому не только исключается эффект памяти, но и продлевается реальный срок службы никель-кадмиевых устройств.

Очевидные недостатки NiCd-батарей — необходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), высокий саморазряд (до 10% в течение первых суток после зарядки) и большие габариты при той же емкости по сравнению с аккумуляторами других типов. Некоторые новые типы NiCd-элементов имеют высокую емкость, близкую к емкости NiMH-батарей. Однако аккумуляторы высокой емкости не могут обеспечивать такой же большой ток нагрузки, как стандартные NiCd-аккумуляторы, а следовательно, лишаются одного из своих главных преимуществ. Кроме того, в этом случае количество циклов зарядки-разрядки у них несколько меньше, хотя все равно больше, чем у NiMH-аккумуляторов.

Разрядные характеристики NiCd-аккумуляторов при различных токах
разрядки при температуре окружающей среды 20 °С

Разрядные характеристики NiCd-аккумуляторов при различной
температуре окружающей среды при токе разрядки 0,2 Сн

Следует особо отметить важность правильной утилизации отработавших NiCd-элементов. Дело в том, что кадмий, содержащийся в NiCd-аккумуляторах, по токсичности не уступает ртути. Поэтому во всех цивилизованных странах имеются пункты приема таких батарей, а стоимость переработки сразу включается в цену аккумуляторов. Более того, во многих странах запрещено использовать NiCd-элементы, которые не включены в общую программу утилизации, то есть на которых отсутствует специальная маркировка.

Никель-металлгидридные аккумуляторы (NiMH)

Никель-металлгидридная технология развивалась как альтернатива никель-кадмиевой — для преодоления вышеописанных недостатков. Неэкологичный кадмиевый анод был заменен на анод на основе сплава, абсорбирующего водород. Напряжение этих систем одинаковое, а изменение в химическом составе позволило реализовать новый внутренний баланс элемента при существенном увеличении плотности энергии. Новый катодный материал высокой плотности на основе сферического гидрата закиси никеля с войлочной основой позволил существенно улучшить характеристики NiMH-аккумуляторов. Кроме того, NiMH-технология предусматривает возможность достижения более высокой удельной емкости, чем по NiCd-технологии, что позволило никель-металлгидридным аккумуляторам стать серьезными конкурентами никель-кадмиевых и вытеснить их из целого ряда областей портативной техники, прежде всего из областей, где не требуется высокий ток отдачи, а важнее время непрерывной работы.

Отличительные особенности современных NiMH-аккумуляторов:

  • высокая удельная энергия по массе и объему (емкость в 1,5-2 раза больше, чем у стандартных NiCd-аккумуляторов тех же габаритов);
  • диапазон рабочих температур от –10 до +40 °С;
  • меньшая склонность к эффекту памяти, чем у NiCd-батарей (то есть периодических циклов восстановления практически не требуется);
  • устойчивость к длительному перезаряду малыми токами;
  • механическая прочность и устойчивость к механическим нагрузкам;
  • длительный срок службы и хранения (в разряженном состоянии);
  • меньшая токсичность при утилизации.

К сожалению, NiMH-аккумуляторы имеют ряд недостатков и по некоторым параметрам уступают NiCd-батареям. Так, число циклов зарядки-разрядки NiMH-аккумуляторов существенно меньше, чем никель-кадмиевых, — гарантируется примерно 500 циклов, в то время как у NiCd-аккумуляторов оно может доходить до 1000. К тому же для NiMH-аккумуляторов, в отличие от NiCd-батарей, более предпочтителен поверхностный, а не глубокий разряд, а ведь долговечность аккумуляторов непосредственно связана именно с глубиной разряда.

При быстрой зарядке NiMH-аккумулятора выделяется значительно большее количество тепла, чем во время зарядки NiCd-батареи, поэтому никель-металлгидридные аккумуляторы предъявляют к зарядным устройствам повышенные требования — необходимы более сложные алгоритмы для обнаружения момента полного заряда и контроль температуры (впрочем, большинство современных NiMH-аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда). По той же причине NiMH-аккумулятор не может заряжаться так же быстро, как никель-кадмиевый, — время заряда NiMH-батареи такой же емкости обычно вдвое больше.

Рекомендуемый ток разряда для NiMH-аккумуляторов, как мы уже отмечали, значительно меньше, чем для NiCd-батарей, и большинство производителей рекомендуют ток нагрузки от 0,2 до 0,5 Сн (то есть от 20 до 50% номинальной емкости). Этот недостаток не столь критичен, если необходим низкий ток нагрузки, а для устройств, которые требуют высокого тока нагрузки или имеют импульсную нагрузку (например, переносных радиостанций и мощных инструментов с электродвигателями), рекомендуются специальные типы NiMH-аккумуляторов, такие как вышеописанные изделия компании Panasonic, или NiCd-аккумуляторы.

Кроме того, как для NiCd-, так и для NiMH-аккумуляторов характерен высокий саморазряд. Однако если NiCd-батарея теряет около 10% своей емкости в течение первых суток, после чего саморазряд составляет примерно 10% в месяц, то саморазряд у NiMH-аккумуляторов примерно в 1,5-2 раза выше. Конечно, для некоторых типов NiMH-батарей применяются гидридные материалы, улучшающие связывание водорода для уменьшения саморазряда, но это обычно приводит к уменьшению емкости аккумулятора, то есть к потере главного преимущества по сравнению с NiCd-технологией.

Диапазон рабочих температур у NiMH-аккумуляторов также меньше, чем у NiCd-батарей. Так, если температура –20 °C является пределом, при котором NiMH— и Li-Ion-аккумуляторы прекращают функционировать, то NiCd-батареи могут продолжать работать до температуры –40°C.

Разрядные характеристики NiMH-аккумуляторов при различных
токах разряда при температуре окружающей среды 20 °С

Разрядные характеристики NiMH-аккумуляторов при токе разряда
н при различной температуре окружающей среды

Наконец, цена NiMH-аккумуляторов приблизительно на треть выше цены NiCd-батарей. Даже современные NiCd-аккумуляторы большой емкости, которые дороже стандартных, по соотношению «емкость/цена» все равно превосходят NiMH.

Общие рекомендации по зарядке аккумуляторов

При проектировании систем с автономным питанием разработчики сталкиваются с довольно серьезными проблемами по зарядке аккумуляторов и часто вынуждены применять сложные схемы для управления процессом зарядки-разрядки. В частности, нередко портативные устройства рассчитаны на питание как от сетевого малогабаритного источника питания (адаптера) или автомобильного аккумулятора, так и от внутренней батареи. Вследствие этого в подобных устройствах должно быть предусмотрено эффективное автоматическое переключение питания между батареей и внешним источником энергии, обеспечены безопасная зарядка аккумуляторов внутри устройства и точный контроль степени их заряженности. Но даже в этом случае от пользователя требуется определенная аккуратность и строгое следование рекомендациям производителя.

Что же говорить о тех случаях, когда зарядка аккумуляторов производится пользователем самостоятельно, причем с применением зарядных устройств от сторонних производителей? В этих ситуациях на процесс зарядки следует обратить особое внимание, ведь соблюдение технологии зарядки связано не только с продлением срока службы аккумуляторов, но и с личной безопасностью.

Простейший путь зарядки аккумулятора — использование постоянного тока небольшой величины. Этот способ, известный как капельная зарядка (trickle charging), относительно дешев, но требует много времени для полной зарядки аккумулятора — 12-24 часа. Но иногда, исходя из соображений удобства эксплуатации, необходимо полностью заряжать аккумуляторы за 1-2 часа, а для этого необходимо хорошо понимать природу процессов, происходящих при зарядке аккумуляторов определенного типа.

Ниже мы приведем рекомендации по обращению с NiMH-аккумуляторными батареями. Их соблюдение обеспечит максимальный срок службы аккумуляторов и обезопасит от возможных неприятностей. Несмотря на то, что здесь учитывается специфика NiMH-аккумуляторов, данные рекомендации, с некоторыми оговорками, распространяются и на другие типы электрохимических источников питания:

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion)

Технологии непрерывно развиваются, и на смену традиционно используемым никель-кадмиевым и никель-металлгидридным батареям пришли литий-ионные. При примерно одинаковом весе одного элемента они имеют большую емкость, чем рассмотренные выше аккумуляторы (превосходя NiCd-аккумуляторы в 4-5, а NiMH в 3-4 раза), и дают более высокое напряжение на одном элементе. Например, напряжение элемента наиболее распространенных потребительских форматов у литий-ионных аккумуляторов составляет 3,6 В, что в три раза больше, чем у NiCd— и NiMH-элементов. Следовательно, там, где прежде требовались батареи из двух или трех элементов, теперь можно использовать только один. Что касается количества рабочих циклов, то по этому параметру литиевые элементы находятся между NiCd— и NiMH-аккумуляторами. Вообще говоря, данных по реальному количеству рабочих циклов для литий-ионных аккумуляторов пока еще очень мало, так что к приводимым производителями характеристикам следует относиться критически. Однако технология изготовления Li-Ion-устройств быстро совершенствуется, а вместе с этим увеличивается и срок службы батарей.

В литиевых батареях в качестве анода используется металлический литий — один из химически активных металлов, самый легкий, с наибольшим электрохимическим потенциалом, обеспечивающий самую высокую плотность энергии. Благодаря этому теоретическая удельная емкость у аккумуляторных батарей на основе лития максимальна, а источники тока на основе лития обладают высоким разрядным напряжением. Однако химическая активность лития очень осложняет технологические процессы изготовления и предъявляет жесточайшие требования к герметичности источника тока, что в конечном счете сказывается на себестоимости аккумуляторных батарей.

Долгое время вообще не удавалось получить литий-ионные аккумуляторы для коммерческого использования, поскольку производители не могли обеспечить надлежащего уровня безопасности при обращении с ними. Если температура внутри аккумулятора достигнет температуры плавления лития, то в результате бурного химического взаимодействия лития с электролитом может произойти взрыв. Известно, что большое количество литиевых аккумуляторов, поставленных в Японию в начале 1990-х годов, было возвращено производителям после того, как в результате взрывов элементов питания в сотовых телефонах от ожогов пострадало несколько человек. А последний скандал по поводу взрывов литий-ионных аккумуляторов в мобильниках Nokia разгорелся совсем недавно, в 2003 году, когда ожоги получили более 20 человек. Nokia, конечно, утверждала, что батареи во всех взрывоопасных телефонах были несанкционированно заменены на произведенные сторонними фирмами, но независимые исследования показали, что и некоторые фирменные батареи Nokia тоже не защищены от короткого замыкания и взрыва.

Пытаясь создать безопасный источник тока на основе лития, производители заменили неустойчивый при повышении температуры в процессе зарядки-разрядки металлический литий на соединения лития с другими металлами в оксидах. Сначала для создания литий-ионных аккумуляторов в качестве активного материала применялся литий/кобальта оксид (Li/CoO2). Но этот материал довольно дорог, склонен к разложению, которое резко ускоряется и приобретает необратимый характер, если напряжение аккумулятора превышает номинальное или падает ниже (например, для аккумуляторов 3,6 В допустимые пределы — от 2,7 до 4,2 В). Поэтому использование аккумуляторов на его основе невозможно без специального контроллера, ограничивающего напряжение заряда и разряда на каждом аккумуляторе, входящем в состав батареи. Такой контроллер обеспечивает и безопасность, останавливая работу аккумулятора при превышении предельных величин тока и температуры. Кстати, именно для того, чтобы не допустить использования литий-ионных аккумуляторов в оборудовании, не приспособленном для их применения, производители отказались от выпуска аккумуляторов в габаритах, идентичных массовым бытовым типоразмерам.

Сегодня под названием «литиевые батареи» объединены источники с различной химической начинкой:

  • литий/тионилхлоридные (Li/SOCl2);
  • литий/серы оксид (Li/SO2);
  • литий/никеля оксид (Li/NiO2);
  • литий/марганца оксид (Li/MnO2).

Наиболее изученный и технологически отработанный тип литиевых батарей — элементы на основе литий/оксидов марганца (Li/MnO2 и Li/Mn2O4), поэтому они из всей группы самые доступные по цене. Их емкость ниже, чем у материалов на основе кобальта, но они дешевле и не требуют сложного контроллера для управления процессами зарядки-разрядки. Li/NiO2 имеет более высокую емкость, чем предыдущий оксид, но труднее в производстве и более опасен. Поэтому для повышения безопасности в аккумуляторах большой емкости начали использовать смешанные оксиды кобальта и никеля (20-30% никеля).

Батареи Li/SOCl2 характеризуются самым высоким выходным напряжением (3,6 В), наиболее широким диапазоном температур (от –55 до +85 °С), очень малыми токами саморазряда и небольшим типовым током разряда. Однако батареи с таким типом электролита не выносят высокой температуры. А поскольку при значительных токах разряда на внутреннем сопротивлении батареи может выделяться тепло, превышающее допустимый уровень, в конструкцию элемента вводят предохранитель-ограничитель тока (терморезистор), не допускающий токовых перегрузок. Впрочем, существуют специальные серии Li/SOCl2-элементов, способных выдавать повышенные токи разряда и нормально работать при высокой температуре. Достичь этого удалось благодаря специальной конструкции цилиндрического корпуса, препятствующей проникновению влажных паров снаружи, но не мешающей выходу газов.

Примерно такие же ограничения имеет и серия батарей на основе Li/SO2, которые тоже критичны к высоким температурам и не допускают сильноточного разряда, но имеют меньшее рабочее напряжение (3,0 В). Кст ати, из всех литий-ионных аккумуляторов эта серия появилась на рынке раньше других.

Несмотря на то, что новые электродные материалы обладают в несколько раз меньшей, по сравнению с чистым литием, удельной электрической энергией, аккумуляторы на их основе получаются более безопасными для человека при условии соблюдения некоторых мер предосторожности в процессе зарядки-разрядки. При этом удельные зарядно-разрядные характеристики литий-ионных аккумуляторов на основе оксидов превышают аналогичные показатели NiCd— и NiMH-аккумуляторов, по крайней мере вдвое, они хорошо работают на больших токах (что необходимо, например, в сотовых телефонах и портативных компьютерах) и имеют низкий саморазряд (для современных батарей — всего 2-5% в месяц). Как и все аккумуляторы, литиевые подвержены старению, но в меньшей степени, чем многие конкуренты, — через 2 года батарея сохраняет более 80% емкости.

Однако Li-Ion-технологии по-прежнему требуют соблюдения техники безопасности, поэтому каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки, а также предотвратить понижение напряжения элемента при разрядке ниже допустимого уровня для долговечной работы батарей. Кроме того, следует ограничить максимальный ток зарядки и разрядки и контролировать температуру элемента. Эти меры приводят к удорожанию аккумуляторов на основе лития, что является главным препятствием для их более широкого распространения, не говоря уж о высокой стоимости, как самого лития, так и технологии производства данных батарей (необходимы инертная среда, очистка неводных растворителей и т.д.).

Таким образом, главный недостаток литий-ионных аккумуляторов — их дороговизна. Однако рынок литиевых элементов и батарей малой емкости, цена которых по определению не может быть существенной, постоянно расширяется, появляются все новые и новые области их использования, так что литий-ионные аккумуляторы сегодня считаются самыми перспективными.

В 1991 году фирма Sony Energetic впервые начала коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов и в настоящее время является одним из самых крупных поставщиков. Отметим, что по материалу отрицательного электрода литий-ионные аккумуляторы можно разделить на два основных типа: с отрицательным электродом на основе кокса (технология Sony) и на основе графита. Источники тока с отрицательным электродом на основе графита имеют более плавную разрядную кривую с резким падением напряжения в конце цикла разряда по сравнению с более пологой разрядной кривой аккумулятора с коксовым (сажевым) электродом. Поэтому в целях получения максимально возможной емкости конечное напряжение разряда аккумуляторов с коксовым (сажевым) отрицательным электродом обычно устанавливают ниже, чем на аккумуляторах с графитовым электродом. Так, аналогичные по форм-фактору литий-ионные аккумуляторы одной и той же компании с номинальным напряжением 3,6 В — это, как правило, аккумуляторы с сажевым электродом, а 3,7 В — с графитовым, то есть производители специально вводят различия по номинальному напряжению, чтобы уравнять характеристики. Сегодня все больше производителей предпочитают выпускать Li-Ion-аккумуляторы с графитовым отрицательным электродом, поскольку они способны обеспечить более высокий ток нагрузки и меньший нагрев во время зарядки-разрядки, чем коксовые аккумуляторы.

Из преимуществ современных Li-Ion-аккумуляторов по сравнению с другими технологиями можно отметить следующие:

  • самый высокий уровень удельной емкости и плотности разрядного тока;
  • минимальный саморазряд (для некоторых типов литий-ионных батарей при 20 °С — не более 3% в год);
  • длительный срок службы (до 10 лет);
  • большое количество циклов зарядки-разрядки (гарантируется свыше 1000 циклов);
  • работоспособность в широком диапазоне температур;
  • высокая сохранность запасенной энергии и постоянная готовность к работе.

Следует иметь в виду, что стандартные элементы обеспечивают более высокую емкость при средних токах и высокое напряжение разряда в широком диапазоне рабочих температур, а элементы повышенной емкости гарантируют более длительный срок службы при малых токах.

За последние годы общая картина производства литий-ионных источников претерпела существенные изменения. Производители непрерывно совершенствуют технологию, находят более современные материалы электродов и состав электролита. Параллельно прилагаются усилия для повышения безопасности эксплуатации аккумуляторов на основе лития на уровне, как отдельных источников тока, так и управляющих электрических схем.

Что касается главного недостатка Li-Ion-аккумуляторов — высокой цены, то сегодня решается задача замены оксида кобальта батарей на менее дорогие материалы, что приведет к снижению их стоимости в течение ближайших лет примерно в два раза. Дополнительные резервы в плане удешевления Li-Ion-аккумуляторов при использовании новых материалов кроются в повышении безопасности этой технологии в источниках питания.

Однако Li-Ion-технология, помимо высокой цены, имеет и другие недостатки. Известно, что стандартные литий-ионные аккумуляторы лучше всего функционируют при комнатной температуре, а работа при повышенной температуре сокращает срок их службы, поскольку это приводит к ускоренному старению, сопровождаемому увеличением внутреннего сопротивления. Плохо реагируют Li-Ion-аккумуляторы и на отрицательные температуры.

Однако ученые из Американской национальной лаборатории (INEEL) в штате Айдахо объявили о разработке новой конструкции литиевой батареи, в которой значительно расширены функциональные возможности этого традиционного устройства и преодолены имеющие недостатки.

Основное изменение в конструкции заключается в использовании смеси гелеобразного полимера и керамического порошка, которые образуют прозрачную мембрану, выполняющую роль электролита при контакте с двумя электродами. Такая конструкция по сравнению с традиционными, где в качестве электролита используются жидкости и гели, обладает рядом преимуществ. Прежде всего, в новой конструкции исключена возможность утечки электролита (поскольку электролит там твердый) и нет осаждения изолирующего слоя на поверхности электродов, что приводит к сокращению времени работы батареи, а в конце концов — к потере ее работоспособности. Отсутствие жидкого электролита, который к тому же потенциально пожароопасен и в некоторых случаях приводит к взрывам в процессе зарядки батарей, значительно повышает безопасность использования. Сами исследователи видят наибольшее преимущество твердого электролита в том, что батареи теперь можно будет применять в более широком диапазоне температур — электролит не расплавится при высоких температурах и не замерзнет при отрицательных, сохраняя свою работоспособность даже при –73 °С.

Из других недостатков технологий на основе лития можно отметить следующие: Li-Ion-аккумулятор не любит глубокого разряда, очень требователен к температурному диапазону (при переохлаждении устройства с литиевым аккумулятором повышается внутреннее сопротивление батарей, что может проявляться в самопроизвольном отключении устройства), боится перезаряда, взрывоопасен при нарушении герметичности и со временем понемногу теряет емкость (то есть стареет даже при отключенной нагрузке). Одним словом, до идеального источника энергии ему еще далеко, хотя все недостатки компенсируются высокой удельной энергоемкостью.

В последнее время в области технологий на основе лития наметился переход на литий-полимерные аккумуляторы (Lithium-Polimer battery). Собственно, принципиальных различий в указанных технологиях нет, однако при почти такой же плотности энергии, что у литий-ионных аккумуляторов, литий-полимерные батареи могут изготовляться в различных пластичных геометрических формах, что особенно актуально для миниатюрных устройств. Нетрадиционные для обычных аккумуляторов формы литий-полимерных батарей позволяют заполнять все свободное пространство внутри портативного устройства и не требуют специального отсека, как прежде. Таким образом, при применении литий-полимерной батареи той же удельной емкости, что у традиционной цилиндрической батареи, за счет выбора оптимальной формы и заполнения всех неиспользуемых объемов можно, не меняя формы самого портативного устройства, сохранять на 20-30% больше энергии.

Разрядные характеристики Li-Ion-аккумуляторов при различных
токах разряда при температуре окружающей среды 15-25 °С

Разрядные характеристики Li-Ion-аккумуляторов при токе разряда
0,2 Сн при различных температурах окружающей среды

Основное отличие литий-полимерных (Li-Pol, Li-Polymer) аккумуляторов от литий-ионных заложено в самом их названии и заключается в типе применяемого электролита. Сухой твердый полимерный электролит (или электролит в виде полимерного геля) похож на пластиковую пленку и не проводит электрический ток, но допускает обмен ионами. В результате становится возможным упрощение конструкции элемента, поскольку полимерному электролиту не грозит утечка, а значит, нет необходимости обеспечивать герметичность. Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Такая конструкция элементов более безопасна, делает процесс их изготовления менее сложным и позволяет производить тонкие аккумуляторы произвольной формы, но пока, к сожалению, сухие полимерные электролиты обладают недостаточной электропроводностью даже при комнатной температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не может обеспечить величину тока, необходимую современным портативным устройствам. Кроме того, вследствие недостаточной отработанности технологии изготовления Li-Pol-аккумуляторы еще слишком дороги и недолговечны — гарантированное число полных циклов зарядки-разрядки для них по крайне мере в 2 раза меньше, чем для Li-Ion. Правда, промежуточные решения — с жидким гелиевым электролитом — уже весьма надежны и широко применяются.

Общие рекомендации по использованию аккумуляторов в портативных устройствах

В большинстве портативных аппаратов источник питания контролируется постоянно, а развернутая (как правило, четырехступенчатая) индикация состояния батарейки стала уже стандартом для современной аппаратуры, поэтому «скоропостижная смерть» батарейки может случиться лишь у нерадивого пользователя. В конце концов, всегда можно приобрести запасной источник питания и обезопасить себя от всяких неожиданностей.

Аккумуляторы до сих пор остаются довольно дорогими источниками питания, поэтому многих владельцев портативных устройств волнует вопрос сокращения расходов. Возможности сберечь энергоресурсы ваших аккумуляторов действительно существуют, и если вы будете следовать некоторым простым рекомендациям по использованию портативных устройств, то сможете увеличить срок службы аккумуляторов. Путей уменьшения потребления энергоносителей много — начиная от исключения непроизводительных затрат энергии и заканчивая отключением наиболее прожорливых функций. Однако не каждый согласится пожертвовать частью функциональности своего устройства в пользу долговечности источников питания, поэтому мы постараемся обозначить только наиболее простые и безболезненные способы.

Ссылка на основную публикацию