Батериите на бъдещето

Дали литиево-йонната батерия на А 123 Systems е дългоочакваната възможност за електрическите автомобили и хибридите, която ще ги направи господари на пътищата?

Най-бързият електрически мотоциклет в света ускорява от 0 до 100 за по-малко от секунда и след 7 секунди пресича финалната линия на дистанция от четвърт миля със забележителните 270 км/ч. Достатъчна скорост за да се съзтезава с традиционен дракстер.

„Killacycle“ се задвижва с новата литиево-йонна батерия на A123 Systems, стартираща компания от Watertown, MA- една от многото в този обещаващ бранш. Тяхната батерия съхранява двойно повече енергия от никел-металните батерии, които в момента се ползват от хибридните автомобили. Използвани предимно в електрониката, радикално модифицираните литиево-йонни батерии се очаква да дадат така желания от всички тласък за развитието на електрическите автомобили. GM вече проявават стабилен интерес към тях, които ги тестват в своя Volt, за който се очаква да бъде в масово производство през 2010.

Предимствата на литиево-йонните батерии пред техните предшественици – оловните и никеловите – са по-ниското тегло и по-малкия обем. Но по отношение на цената положението не беше розово – използваните електроди са нестабилни, износват се само за няколко години и се запалват при удар, прегряване или претоварване. Всички инженерни решения на тези проблеми се оказват изключително скъпи.

Но от A123s изглежда са намерили практично решение – вместо кобалтов окис те използват за електродите наночастици от литиево-железен фосфат, модифициран с нищожни количества други метали. В резултат батериите не се запалват дори при много силен удар. Освен това производителите обещават животът им да бъде съизмерим със средния живот на автомобила.

Батериите на A123 за GM’s Volt съхраняват достатъчно енергия за изминаването на 65 километра, достатъчно за покриване на дневните нужди на къси разстояния. За по дълги разстояния малък бензинов двигател ще се задейства и ще презарежда батерията, така че пробегът да бъде удължен до 650 километра. Цената на автомобила се очаква да бъде между 30 и 35 хил. $ , при която цена прогнозите са до 2014г. GM да реализират на пазара около 300 000 автомобила.

Maтериалът има значение

Компанията A123 Systems е основана през есента на 2001 година. Тя веднага получава щедро финансиране, включително от Моторола, с очакванията за нови, по-добри батерии за портативната електроника. Един от съоснователите и, професорът от MIT Yet-Ming Chiang има блестяща идея – да се използват материали, които смесени спонтанно формират работеща батерия. Очакванията са да се увеличи многократно капацитетът при намаляване на разходите за производство. Използваният литиево-железен сулфат е нетоксичен, безопасен и евтин, за разлика от използвания до тогава в литиево-йонните батерии литиево-кобалтов окис. Но първите резултати не са добри – капацитетът в действителност е по-малък, а зареждането и разреждането по-бавно.

Тогава професор Chiang започва да модифицира материала, като добавя незначителни количества от различни метали. В средата на 2002 той отива на конеференция в Monterey, CA за да представи получените резултати, а същевременно в лабораторията един от неговите завършващи студенти продължава експериментите. До момента, в който Chiang трябва да застане на катедрата като докладчик, показателите на изследвания материал са подобрени четири пъти в сравнение с данните, които Chiang е дошъл да огласи!

След последвалите обстойни проучвания Chiang стига до извода, че мощността се увеличава над 10 пъти в сравнение с традиционните литиево-йонни батерии благодарение на комбинацията от два фактора: използването на наночастици с размери до 100 нанометра и добавянето на определени метални добавки, които фундаментално променят начина, по който се самоорганизират атомите при приемане или отдаване на електрически заряд.

Във всички литиево-йонни батерии електричеството се генерира от движението на литиевите йони между електродите, докато електроните се движат във външен кръг. Chiang открива, че ако частиците от литиево-железен фосфат са достатъчно малки и електродът е подходящо модифициран с добавянето на други метали, кристалната структура на материала се променя далеч по-малко. При което литиевите йони могат да се движат с по-голяма скорост, при което не разрушават структурата на материала.

Мощният старт

През 2003 производителите на електроинструменти Black and Decker търсят начин да създадат безжични инструменти, които да превъзхождат захранваните от мрежата. Изглежда че от A123 имат перфектното решение – зареждане на батерията до 80% от капацитета за 12 минути, мощност, превъзхождаща тази в ел.мрежата, устойчивост в реална работна обстановка. Но до момента всичко, с което разполагат от A123 е перфектна теория и половин грам от вълшебния материал. И са твърде далеч от реалната батерия. Но след упорит труд през 2006 на пазара вече са новите професионални инструменти на Black and Decker, а A123 произвеждат милиони батерии годишно.


Немската фирма Continental е производител на Т-образната „опаковка“ на батерията

Докато Toyota доминира бизнеса с хибридни автомобили, от General Motors преосмислят своята стратегия. Хибридите използват батерията само в малка част от времето, в останалото те разчитат на традиционните двигатели. Но от GM искат да направят автомобил, който да използва в много по-малка степен бензин. И за търсената надеждна и мощна батерия се обръщат към A123.

GM знаят добре недостатъците на съществуващите литиево-йонни батерии. Например батерията на един лаптоп може да преживее 500 пълни разреждания и зареждания преди да загуби напълно капацитета си. Но никой собственик на автомобил не би искал да купува нова батерия на всеки 18 месеца. Прогнозите за живота на батериите на A123 са за около 15 години при всекидневно зареждане, предлагат по-добра сигурност и работят нормално при по-ниски температури, което прави по-лесно комплектоването им в голям обем.


Батерията на A123 Systems за GM’s Volt преминава успешно тестовете за безопасност при удар. Всяка друга литиево-йонна батерия би се запалила при същите условия.

Батериите за електроинструментите са цилиндрични, докато тези за Volt са плоски с цел спестяване на място и по-добро охлаждане. Батериите на A123, вложени в традиционните хибриди, могат да дадат същата мощност като никеловите при пет пъти по-малко тегло. Те могат да се ползват и при автомобилите с ДВГ, и при plug-in хибридите.

Източник: http://greentech-bg.net