Химик Евгений Антипов о различных типах аккумуляторов, использовании неустойчивых материалов и электромобилях
Когда возникли литий-ионные аккумуляторы? Какова история развития рынка их использования? Какими были проблемы первых Li-ion аккумуляторов? И каковы перспективы развития этой технологии? Об этом рассказывает доктор химических наук Евгений Антипов.
Аккумулятор — это устройство, преобразующее энергию химической реакции в электрическую, с помощью которой совершается полезная работа. Сегодня, когда остро стоит вопрос о конечной исчерпаемости ископаемых источников энергии, развиваются способы ее генерации с помощью солнечной, ветровой и любой альтернативной энергетики, и в силу цикличности работы этих устройств, генерирующих энергию, встает проблема необходимости создания запасов энергии, чтобы использовать ее в нужный момент. С другой стороны, важными являются вопросы экологии и существенное продвижение в решении проблем в этой области, например возможность перевода в далекой перспективе всего вида транспорта на электрическую энергию. В этом случае аккумуляторы и топливные элементы будут играть очень важную роль.
Материалы, на основе которых делались первые типы литий-ионных аккумуляторов, обладали очень низкой устойчивостью. Они могли при определенных условиях взорваться, так как в них накапливалось достаточно много энергии, а катодные материалы, которые использовались в этих аккумуляторах, при определенном протекании процесса становились крайне неустойчивыми и выделяли кислород. При перезаряде, когда в устройство вкачивали слишком много энергии, происходило окисление с пламенем и взрывом органического электролита. Работая в Америке, Джон Гуденаф открыл новое соединение, которое может применяться в литий-ионных аккумуляторах для быстрого аккумулирования генерации энергии при обратном процессе. Это материал на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4), который, в отличие от LiCoO2, не содержит ядовитых элементов (кобальт — ядовитый элемент). Кобальт также дорогой элемент по сравнению с железом. Но, самое главное, новый материал является безопасным.
Величина удельной энергии на единицу массы для современных Li-ion аккумуляторов составляет порядка 200 Вт·ч/кг, а, например, для свинцово-кислотных аккумуляторов — порядка 30 Вт·ч/кг. В 2011 году стали производиться и вышли на рынок электромобили Nissan LEAF, которые обеспечивают порядка 150 км пробега и имеют аккумуляторы массой 300 кг с удельной энергией 80 Вт·ч/кг. Если на смену этим аккумуляторам придут новые, с удельной энергией в 200 Вт·ч/кг, то пробег увеличится со 150 км до 400.
