„ | Непонятна вся эта суета...
Проблема бензинового ДВС в части выбросов - необходимость обогащения смеси в переходных режимах. Чем больше нагрузка, тем более богатой должна быть смесь. Чем богаче смесь, тем больше выбросов. При работе на обедненной смеси выхлоп при исправном катализаторе чистый. Так чт...читать полностью | “ |
В первой половине XXI века человечество начинает отказываться от машин на двигателе внутреннего сгорания. Традиционные средства передвижения перестанут производить уже скоро — на горизонте 10-20 лет отказ от ДВС кажется вполне реальным. Осталось только решить проблемы электрических силовых установок — новых источников движения. Что тормозит развитие автомобилей на электротяге, какие существуют недостатки современных аккумуляторов и как улучшить батареи, — читайте в материале «Ленты.ру».
Летом 2021 года Илон Маск упрекнул Apple в провале борьбы за экологию планеты. По словам Маска, в батарее для iPhone используется недопустимое количество кобальта, при этом в Tesla уже придумали, как снизить его долю до двух процентов. Кобальт — один из самых проблемных материалов, используемых в аккумуляторах. Батареям без него не обойтись, но данный элемент добывают с нарушением условий труда в Демократической Республике Конго, а также он очень токсичен.
В истории производства современных аккумуляторов есть очень много проблемных вопросов, поэтому радоваться Маску как минимум преждевременно. Даже полный отказ от кобальта, что сейчас в принципе невозможно, не гарантирует безопасности и высокого качества батарей. Что еще не позволяет назвать современные электрокары — главных потребителей мощных аккумуляторов — самым экологичным и эффективным видом транспорта?
Проблемы быстрых людейНе только компании по производству электрических автомобилей, но и сегмент потребительской электроники зависят от лития. Первый прототип литий-ионной батареи в 1980 году создал американский инженер Джон Гуденаф. Современный вариант аккумулятора для гаджетов и автомобилей запатентовала компания Sony — это случилось в 1991 году. На фоне традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов литий-ионные могут выдать больше энергии и имеют больший срок эксплуатации. Однако у лития есть два больших недостатка. В первую очередь это цена, которая растет из-за увеличения спроса на материал. Также литий-ионные батареи зависят от внешней среды — они теряют эффективность после тысячного цикла зарядки, легко воспламеняются, выдают низкую мощность при отрицательных температурах, дороги при транспортировке.
Так как Tesla находится в авангарде рынка электрокаров (по крайней мере, в медийном плане), все проблемы продукции концерна рассматривают под микроскопом. Как и автомобили других производителей, машины Tesla попадают в ДТП, горят, взрываются, но к транспортным средствам будущего всегда приковано повышенное внимание. Дорожно-транспортные происшествия, как правило, возникают из-за двух моментов — проблем с автопилотом и аккумулятором. Если первое можно исправить на уровне софта, то неполадки с батареями будут внушать опасения на протяжении всего срока эксплуатации авто — как минимум их нынешним хозяевам.
Судя по новостям, основанные на литий-ионных аккумуляторах машины компании Маска крайне быстро загораются, а ликвидация последствий аварии связана с риском для спасателей и пожарных. Случаи возгорания батарей происходят как на парковке, так и в движении. Довольно часто батарея загорается при сильном ударе или перегреве. Например, в апреле два человека погибли в электрокаре Tesla после столкновения с деревом. Машина загорелась, пожар тушили около четырех часов.
Климат также мешает нормальной эксплуатации машин на электрической тяге. Если бензиновый автомобиль примерно одинаково функционирует как при низкой, так и при высокой температуре, то сезонные колебания температуры сильно влияют на технические характеристики электрокара. Как правило, зимой батареи быстро садятся, а летом могут перегреться.
Несмотря на недостатки лития, от этого материала точно не откажутся в ближайшие десятилетия. По оценке аналитиков BloombergNEF, в ближайшие несколько лет рынок решит одну из проблем — вопрос с ценой материала. Специалисты заявляют, что в начале XXI века литий-ионные батареи стоят в 30 раз дешевле, чем в 1990-х годах. К 2023 году стоимость аккумуляторов снизится до ста долларов за киловатт-час, что на 20 процентов ниже, чем сейчас.
Что с экологией? Как и в случае с экономикой, вопрос безопасной переработки будет решен благодаря эффекту масштаба. Ученый Ханс Эрик Мелин полагает, что как только на рынке окажется огромное количество изношенных батарей — буквально миллионы тонн, — то сразу появится адекватное предложение. Утилизировать аккумуляторы будет экономически обоснованно. Это видно на примере свинцово-кислотных аккумуляторов, которые успешно перерабатываются, даже несмотря на то, что свинец является очень дешевым материалом. «Из-за объема утилизировать его выгодно», — считает специалист по хранению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто Хареш Камат.
Как нам обустроить EV?Если с вопросами стоимости и экологии будет покончено, то остальные недостатки современных аккумуляторов можно будет решить с помощью технического прогресса. Одним из вариантов повышения эффективности батареи является добавление в ее состав кремния. Даже если кремний будет составлять менее десяти процентов от состава аккумулятора, это увеличит плотность накапливаемой энергии до 400 ватт-час. Также будет увеличен срок службы и огнестойкость элементов. Батареи с добавлением кремния подходят для быстрой зарядки, а значит, время на полную заправку электрокара можно будет сократить.
Специалисты ABI Research предсказывают постепенное добавление кремния в аккумуляторы в период с 2023 по 2025 годы. Через несколько лет будет создана батарея с показателем плотности энергии 400 ватт-час.
«Литий-кремниевые и твердотельные аккумуляторы — это технологии, на которых будут основаны будущие электрокары», — заявил ведущий аналитик ABI Research Джеймс Ходжсон. Твердотельные батареи отличаются от традиционных тем, что основаны на плотных материалах, например, керамике или стекле. Преимущества подобных аккумуляторов очевидны. Во-первых, чем меньше деталей в компоненте, тем ниже риск поломки. Во-вторых, твердотельные батареи сохраняют 90 процентов емкости даже после пяти тысяч циклов, в-третьих, рассчитаны на быструю зарядку — до 80 процентов за 15 минут.
Основная проблема твердотельных элементов заключается в их дороговизне. Однако и литий-ионные батареи всего каких-то 20 лет назад были дороги в производстве и эксплуатацииОдной из новейших инициатив в улучшении батарей для электрокаров является разработка литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Ученые Университета штата Пенсильвания в начале 2021 года создали прототип батареи, которая имеет запас хода 400 километров и заряжается всего за десять минут. Общий ресурс такого элемента составляет более трех миллионов километров. Ключевой особенностью батареи является ее способность быстро нагреваться до 60 градусов и так же быстро остывать. При подключении к источнику энергии тонкая никелевая фольга, один конец которой прикреплен к отрицательной клемме, а другой выходит за пределы ячейки, нагревает внутреннюю часть батареи.
В результате такого самонагрева можно не беспокоиться о неравномерном распределении лития в компоненте или — простыми словами — о возникновении опасной ситуации в процессе быстрой зарядки. Благодаря своей конструкции, литий-железо-фосфатные аккумуляторы предпочтительны в использовании в спортивных электромобилях. «Машина с такой батареей может разгоняться с нуля до 60 километров в час за три секунды и будет “топить”, как Porsche», — отметил заведующий кафедрой машиностроения университета Чао-Ян Ван.
Одним из трендов в автомобилестроении — конкретнее, в сегменте электрокаров последних лет — является постепенная ориентация на бюджетный сектор. Например, Tesla из-за государственных субсидий уже продает в Китае свои автомобили со скидкой, а в недалеком будущем компания намерена выпустить полностью автономный электрокар дешевле 25 тысяч долларов. Поэтому многие автопроизводители сейчас обращают внимание на натриево-ионные аккумуляторы.
Элементы такого типа использовались еще в 1970-х годах, однако литий-ионные аккумуляторы в конце XX века считались более перспективными. Проблемы последних заставляют продолжить работу над батареями на основе натрия. Натриево-ионные аккумуляторы не устроят революцию в отрасли, но могут дать развитие сегменту доступных электромобилей. В первую очередь такой тип компонентов безопасен — они имеют более низкую плотность энергии, медленнее заряжаются и не так предрасположены к воспламенению. В этой связи батареи могут прослужить дольше, чем литий-ионные аккумуляторы.
Также зарядные элементы такого типа гораздо дешевле в производстве. По оценке аналитиков Jefferies Group LLC, в земных недрах содержится в 300 раз больше натрия, чем лития. Распределение этого материала более равномерно, поэтому автопроизводители не страдают от дефицита и не зависят от политической конъюнктуры в одной конкретной стране, что наблюдается в случае с кобальтом.
Большая проблема натриево-ионных аккумуляторов заключается в том, что в мире еще не налажены стабильные цепочки поставок основного компонента. Однако к 2023 году ситуация изменится в лучшую сторону.
***Если говорить о кобальте, то производители батарей могут постепенно отказаться от этого материала — как и мечтал Илон Маск. В конце лета 2021 года китайская компания SVOLT разработала первый аккумулятор для автомобилей, не имеющий в своем составе кобальта.
Детали проекта не раскрываются, но известно, что электрокар на базе данного элемента может проехать до 600 километров на одном заряде и разогнаться до ста километров в час за пять секунд. Если технология бескобальтовых батарей станет флагманской на рынке, то индустрия решит проблему зависимости от одного компонента, а ситуация с эксплуатацией детского труда может измениться в лучшую сторону.
Андрей Ставицкий
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
5 +0−0 | alexey grid | 11:29:31 19/09/2021 |
Непонятна вся эта суета... Проблема бензинового ДВС в части выбросов - необходимость обогащения смеси в переходных режимах. Чем больше нагрузка, тем более богатой должна быть смесь. Чем богаче смесь, тем больше выбросов. При работе на обедненной смеси выхлоп при исправном катализаторе чистый. Так что вполне достаточно перевода на гибридный режим, как в Шевроле Volt, когда ДВС работает на генератор в стационарном режиме. При этом можно выкинуть фазовращатели, упростить мотор и сократить потери на трение. Достаточно батареи небольшой ёмкости. По городским пробкам можно толкаться часами, не заводя двигатель. |
5 +0−0 | каклы ипанаты | 03:34:41 19/09/2021 |
Осталось главное, где взять электроэнергию, когда все массово на ночь будут ставить на зарядку свои электрички |
2 +0−0 | Mike Yakovlev | 12:04:53 19/09/2021 |
"на горизонте 10-20 лет отказ от ДВС кажется вполне реальным" - Мощность всех мировых электростанций - 7 трлн. Ватт. Мощность всех автомобильных ДВС - 150 трлн. Вт, то есть примерно в 20 раз больше. Если за 10 лет удастся увеличить мощность мировых электростанций в 3-4 раза, то, пожалуйста, можно переходить на электротягу. Однако, скорее всего, это нереально. |
2 +0−0 | дмитрий пермь | 08:25:45 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Угольные электростанции выбрасывают 40% углекислого газа, а не ГЭС, не АЭС, не солнечные и ветровые, ни термальные и приливные ЭС)) |
2 +0−0 | Узбек Двойник Зеленского | 06:57:28 19/09/2021 |
Россия всегда была пионером в электротранспорте, особенно в его советской реинкарнации - троллейбусах Теоретически самым энергоемким экологически чистым энергоносителем явл. водород, если его производить из газа, в РФ он будет стоить дешевле бензина в 3 раза, но тогда это будет не "зеленый" водород. Сейчас для РФ самый оптимальный путь превращать весь общественный транспорт в городах с населением более 100-150 тыс чел в электротранспорт, как в Мск. Это резко повысит чистоту воздуха в мегаполисах и снизит % онкологических и др. заболеваний Для частников тоже есть варианты. Напр. электрический б/у Nissan Leaf стоит 300-400 тыс руб. с запасом хода 175-200 км, расход 14.5кВтч на 100км или около 45 руб на 100км по ночному тарифу для города в 3 руб за 1квч. Получ. 45 руб за 100 км пробега это всего 1 литр АИ-95. Экономия почти в 6-10 раз и ломаться почти нечему. Владелец Лифана пишет что экономит 150000р в год, в сравнении со своим дизельным Актионом. |
2 +0−0 | Панькин Константин | 04:35:01 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Вероятно потребуется отдельная АЭС к каждой заправочной станции, когда там на быструю зарядку встанут сразу 10 электричек, среди которых будут пара грузовиков. А может быть и две АЭС сразу. Дальше должна быть картинка с Лавровым! Чтобы обеспечить такую колоссальную энергетическую накачку потребуется колоссальная инфраструктура. Это не бензовоз слить... Чистый попил денег, безумный попил денег на электромашинках! |
2 +0−0 | John Saxtorph | 01:42:33 19/09/2021 |
Предлагаю сделать электрокар на чугунных батареях! |
1 +0−0 | ramil guba | 18:43:02 19/09/2021 |
Блин а че не сделать все легковые как троллейбусы с рогами и скоростной режим будет в порядке |
1 +0−0 | Фанат Евросоюза | 12:24:03 19/09/2021 |
Уверен, что через пару лет появится достойная электрическая замена моему Киа Сит за сравнимые деньги, а именно компактный хэтч за 20к евро и уверенным запасом 500км |
1 +0−0 | Barack Obama | 08:39:58 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Бред. У меня в ноуте аккумулятору уже 7 лет и работает отлично, держит 80% от оригинального заряда. |
1 +0−0 | SP Wash | 07:36:37 19/09/2021 |
Статья технически безграмотная. По делу. Все аккумуляторы электромобилей будут гореть!!! При приемлемом весе и пробеге машины на полном заряде, плотность запасенной энергии на килограмм массы должна быть примерно такой же, как у бензина. И обязан быть быстрый режим отдачи ее. По сути, это бочка если и не с порохом, то с бенгальскими огнями. Контролировать столь компактный запас столь значительной энергии трудно. Любое повреждение даже одной банки в батарее это ее нагрев до температур в сотни градусов. _-------- О натрий - ионных батареях. Будущее именно за ними, но основная проблема их в том, что ион натрия гораздо крупнее иона лития, и плохо подвижен. Но есть наработки и по решению проблемы. |
1 +0−0 | Михаил Кузнецов | 04:13:06 19/09/2021 |
Где ваши вечные аккумы, балаболы? Все дохнет - телефоны, ноуты, фанарики. Одни сказки по принципу, сейчас наобещаем с три короба, а там или ишак сдохнет или падишах... Где гарантия, что при любых условиях эксплуатации компания обязуется 50 лет менять бесплатно "вечные аккумы", если они сдохнут? Нету такой гарантии и не может быть. Потому что Илон Макс балабол. |
1 +0−0 | Василий Тёркин | 01:12:01 19/09/2021 |
Электростанции выбрасывают в атмосферу более 45% углекислого газа, а автомобили - чуть более 15%. Но зелёноголовым этого не понять... |
0 +0−0 | Уася Пупкен | 22:08:57 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
... И при этом иметь нормаллеый запас хода, быструю заправку, и "халявное" тепло в машине зимой. |
0 +0−0 | Портвейн три семерки | 21:18:57 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
при -40 в сибири ... и при их расстояниях люди на работу за 100 км ездят иной раз.... лиф сдуется.... |
0 +0−0 | Портвейн три семерки | 21:17:04 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Теоретически самым энергоемким экологически чистым энергоносителем явл. водород, если его производить из газа, в РФ он будет стоить дешевле бензина в 3 раза, но тогда это будет не "зеленый" водород. вот именно теоретически ..... сколько ты затратишь энергии что бы разложить к примеру метан, о воде речь не идет... и сколько в итоге получишь при сжигании водорода...? плюс неизбежные потери.....не выгоден водород, не выгоден... |
0 +0−0 | DeppStryker . | 20:26:07 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Сравнение не слишком корректно. И методика подсчетов неизвестна. Например кпд большинства бензиновых двс -20-30%, дизель повыше. Но У электродвигателя в среднем 90%. Вот вам 3-4 раза. Когда на электротягу переходим? |
0 +0−0 | нe лox | 18:02:18 19/09/2021 |
пока что оптимально ездить на сжатом природном газе |
0 +0−0 | Александр Б | 16:55:11 19/09/2021 | ||||||
| ||||||||
Киа СиД |
0 +0−0 | Енот Стасов | 16:00:16 19/09/2021 |
Я езжу на дизельном Порше и не жужжу |