Ceļvedis nesenajiem akumulatora uzlabojumiem

Elektriskajiem transportlīdzekļiem, hibrīdiem un atjaunojamo enerģiju ir vismaz viena kopīga iezīme — ja tie kādreiz tiks plašāk izmantoti, veidojot lielāko daļu automašīnu uz ceļiem vai lielu daļu elektroenerģijas piegādes, akumulatoriem ir jāuzlabo ievērojami labāk. . Baterijām būs jāuzglabā vairāk enerģijas, tās jāpiegādā ātrāk un uzticamāk, un galu galā tās maksās daudz mazāk. Īpašie veidi, kā jāuzlabo akumulatori, atšķiras atkarībā no lietojumprogrammas, taču visās šajās jomās pētnieki ir guvuši ievērojamus panākumus.

Pagājušajā nedēļā MIT pētnieki, kurus vadīja materiālu zinātnes un inženierzinātņu un mašīnbūves profesors Jans Šao Horns, un ķīmiskās inženierijas profesore Paula Hamonda, paziņoja par jaunu pieeju lieljaudas litija jonu akumulatoriem, kas ir noderīgi. hibrīdautomobiļiem vai elektrotīkla stabilizēšanai. Lieljaudas akumulatori ātri pieņem un nodrošina uzlādi. Hibrīdos mērķis ir papildināt benzīna dzinēju, ļaujot tam darboties pēc iespējas efektīvāk. Akumulators vada automašīnu ar mazu ātrumu īsos attālumos un palielina paātrinājumu, samazinot dzinēja pieprasījumu. Tas arī uztver bremzēšanas enerģiju, kas pretējā gadījumā tiktu zaudēta siltuma veidā. Elektrības tīklā šādas baterijas varētu amortizēt izmaiņas elektroenerģijas piedāvājumā un pieprasījumā — tas kļūst arvien svarīgāks, jo tiek ieviesti mainīgāki elektroenerģijas avoti, piemēram, vēja un saules enerģija.

MIT pētnieki demonstrēja jaunu akumulatora elektrodu, kura pamatā ir īpaši apstrādātas oglekļa nanocaurules, kas ilgst tūkstošiem ciklu, nezaudējot veiktspēju. Akumulatori, kas izgatavoti no šiem elektrodiem, var nodrošināt pietiekami daudz jaudas, lai, piemēram, darbinātu lielus piegādes furgonus vai atkritumu savākšanas mašīnas, ja akumulatori nav pārāk smagi, lai tie būtu praktiski. (Pētniekiem ir jāpalielina elektrodu biezums, lai tie būtu praktiski šajos lietojumos.) Tādi uzņēmumi kā A123 Systems, kas atrodas Votertaunā, MA, ir arī izstrādājuši ļoti jaudīgus litija jonu akumulatorus un citas akadēmiskās grupas un jaunizveidotie uzņēmumi izstrādā uz oglekļa nanocaurulēm balstītus ultrakondensatorus, kas uzglabā enerģiju, izmantojot citu mehānismu, nevis akumulatorus, kas ir īpaši noderīgi lielai jaudai un ilgam kalpošanas laikam.

Lai gan jaunie elektrodi galu galā varētu būt noderīgi hibrīdiem un tīkla stabilizēšanai, tie nav īpaši piemēroti citiem lietojumiem, piemēram, pilnībā elektriskiem transportlīdzekļiem. Elektriskajiem transportlīdzekļiem kopējais enerģijas daudzums, ko uzglabā akumulatori, ir svarīgāks par to, cik ātri šo enerģiju var piegādāt, jo tas ir kopējais daudzums, kas nosaka, cik tālu šīs automašīnas var nobraukt starp uzlādēm. MIT pētnieki, kas izstrādāja jaunos oglekļa nanocaurules elektrodus, izstrādā arī cita veida akumulatorus, lai uzglabātu lielu enerģijas daudzumu. To sauc par litija-gaisa akumulatoru, kur viens no diviem akumulatora elektrodiem tiek aizstāts ar saskarni ar gaisu, tehnoloģija nesen ir piesaistījusi lielu valsts finansējuma apjomu un interesi no tādiem uzņēmumiem kā IBM. Teorētiski šādas baterijas varētu uzglabāt trīs reizes vairāk enerģijas nekā parastie litija jonu akumulatori. Taču dizainam ir vairākas problēmas, kas apgrūtina tā komercializāciju, tostarp aktīvo materiālu neaizsargātība pret mitrumu (tā izmantotais litija metāls var aizdegties, ja tas kļūst slapjš) un akumulatoru tendence pārstāt darboties pēc uzlādēšanas. dažas reizes.

Tāpat kā litija-gaisa akumulatori, arī citas potenciālās lielas enerģijas akumulatoru tehnoloģijas saskaras ar vairākiem šķēršļiem, kas varētu palīdzēt izskaidrot, kāpēc hibrīdi ar lieljaudas, nevis lielas enerģijas akumulatoriem ir bijuši veiksmīgāki nekā elektriskie transportlīdzekļi. Daudzas daudzsološākās akumulatoru ķīmiskās vielas ir pārāk grūti izgatavotas lielā mērogā, tās sadalās pēc dažiem cikliem vai ir pārāk dārgas. Saskaņā ar ASV Enerģētikas departamenta datiem, pilni akumulatoru komplekti mūsdienās maksā no 800 līdz 1200 USD par kilovatstundu un uzglabā aptuveni 100–120 vatstundas uz kilogramu. Lai padarītu elektriskos transportlīdzekļus praktiskus un pieejamus, DOE vēlētos, lai izmaksas samazinātos līdz 250 USD par kilovatstundu un palielinātu uzglabāšanas jaudu līdz vairāk nekā 200 vatstundām uz kilogramu. (Lai sasniegtu šos mērķus, būs nepieciešama vēl lielāka uzglabāšanas jauda atsevišķiem akumulatora elementiem, kas veido akumulatoru komplektus — aptuveni 400 vatstundas uz kilogramu.)

Lai gan hibrīdauto un elektrisko transportlīdzekļu akumulatoru uzlabošana ir sarežģīta, viens no lielākajiem ilgtermiņa izaicinājumiem akumulatoru pētniekiem ir tādu akumulatoru izgatavošana, kas var lēti uzglabāt lielu daudzumu enerģijas, ko rada saules paneļi un vēja turbīnas, lai elektroenerģija no šiem avotiem būtu pieejama, kad saule nespīd vai vējš nepūš. Pagaidām šādas baterijas nav vajadzīgas — ir pietiekami daudz jaudas no tradicionālajiem avotiem, lai novērstu izsīkumu. Bet, ja saules un vēja enerģija kādreiz nodrošinās lielāko daļu elektroenerģijas, būs nepieciešama uzglabāšana, un baterijas mūsdienās ir pārāk dārgas. DOE mērķis šādiem akumulatoriem ir mazāks par 100 USD par kilovatstundu, kas ir mazāk nekā puse no tā mērķa attiecībā uz elektriskajiem transportlīdzekļiem. Mūsdienās lētāk ir būvēt dabasgāzes spēkstaciju kā rezerves enerģijas avotu vai uzglabāt enerģiju, sūknējot ūdeni kalnup, kur tas vēlāk var plūst lejup, lai grieztu ģeneratoru. Viena eksperimentāla pieeja šādām zemu izmaksu akumulatoriem ir tā sauktais šķidrais akumulators , kurā tiek izmantoti lēti akumulatoru materiāli, kas tiek samontēti paši.

Pat ja problēmas ar akumulatoriem tiek novērstas laboratorijā, šīs tehnoloģijas saskaras ar šķēršļiem to komercializācijai. Lai samazinātu izmaksas, akumulatoru ražotāji pievēršas citām lietojumprogrammām, nevis elektriskajiem transportlīdzekļiem un tīklam, lai ieviestu jaunas tehnoloģijas, piemēram, mikroelektroniku, elektroinstrumentus un sacīkšu automašīnas. Plug-in hibrīdi var arī palīdzēt kalpot kā tilts uz elektriskajiem transportlīdzekļiem. Spraudņi izmanto rezerves ar gāzi darbināmus ģeneratorus, lai palīdzētu paplašināt to diapazonu, ļaujot autoražotājiem izmantot mazākus, lētākus akumulatoru blokus, nekā tiem būtu nepieciešams elektriskajiem transportlīdzekļiem. Tādi autoražotāji kā GM, kura Chevrolet Volt iznāks šogad, izmanto šo pieeju. Šobrīd pārdošanā esošie elektriskie transportlīdzekļi, kas tiks pārdoti dažu nākamo gadu laikā, ir vai nu dārgi sporta auto un luksusa transportlīdzekļi, kuru izmaksas var būt augstas, vai arī to sākotnējās izmaksas tiek samazinātas, izmantojot radošu finansējumu, piemēram, akumulatoru līzingu. pakas vai piedāvājot jūdzes plānus, kas līdzīgi mobilo tālruņu uzņēmumu piedāvātajiem minūtes plāniem.

paslēpties