Альтернативні системи акумуляторів

Гучні обіцянки нових акумуляторів

ЗМІ рекламують чудові нові акумулятори, які обіцяють тривалий час роботи, заряджання за лічені хвилини, тонкі як папір і навіть живлення електромобілів у майбутньому. Хоча ці експериментальні рішення дійсно виробляють напругу, їхні недоліки рідко озвучуються. Серед типових проблем — низька вантажопідйомність та короткий термін служби. 

Як лимон можна перетворити на батарейку, так і морську воду пробували використовувати як електроліт, але отриманої енергії вистачає лише на короткий час, щоб запалити ліхтарик розжарювання, перш ніж накопичення корозії зробить батарейку непридатною для використання. Багато хімічних процесів пробуються для отримання електроенергії з різних металів, але лише деякі з них обіцяють перевершити сучасні свинцеві, нікелеві та літієві системи.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Існує багато галасу в ЗМІ, і це може бути зроблено частково для того, щоб залучити венчурних капіталістів до фінансування дослідницьких проектів. Мало які продукти мають інкубаційні періоди, такі ж довгі, як акумулятор. Хоча спочатку це гламурно та багатообіцяюче, особливо якщо акумулятор обіцяє живити електромобіль, інвестиційні фірми починають усвідомлювати високі витрати на розробку, невизначеність та тривалі періоди очікування, перш ніж можна буде отримати прибутки. Тим часом університети продовжують публікувати статті про прориви в галузі акумуляторів, щоб продовжувати отримувати державне фінансування, тоді як приватні компанії публікують одну-дві статті, щоб заспокоїти інвесторів та підвищити вартість власних акцій.

Цинк-повітряні батареї

Цинково-повітряні батареї генерують електричну енергію шляхом окислення цинку та кисню з повітря. Елемент може виробляти 1,65 В, однак елементи з напругою 1,4 В і нижче мають довший термін служби. Щоб активувати батарею, користувач знімає герметичну вкладку, яка забезпечує потік повітря. Батарея досягає повної робочої напруги протягом 5 секунд. Потік повітря може певною мірою контролювати швидкість реакції, і після ввімкнення батарею неможливо повернути в режим очікування. Додавання стрічки для зупинки потоку повітря лише уповільнює хімічну активність, і батарея швидко висохне.

Цинково-повітряний акумулятор має схожість з паливним елементом (PEMFC) тим, що використовує кисень з повітря для живлення позитивного електрода. Він вважається первинним акумулятором, і були випробувані версії для підзарядки для потужних застосувань. Підзарядка відбувається шляхом заміни відпрацьованих цинкових електродів, які можуть бути у формі цинкової електролітної пасти. Інші цинково-повітряні акумулятори використовують цинкові гранули.

При 300–400 Вт·год/кг цинк-повітряний акумулятор має високу питому енергію, але питому потужність низьку. Виробничі витрати низькі, а в герметичному стані цинк-повітряний акумулятор має 2-відсотковий саморозряд на рік. Акумулятор чутливий до високих і низьких температур і високої вологості. Забруднення також впливає на продуктивність; високий вміст вуглекислого газу знижує продуктивність, збільшуючи внутрішній опір. Типовими сферами застосування є слухові апарати, а великі системи працюють у дистанційній залізничній сигналізації та аварійних лампах на будівельних майданчиках.

Срібно-цинкові батареї

Невеликі батарейки на основі срібла в ґудзикових елементах живлення зазвичай називаються срібно-оксидними та не підлягають перезарядженню, версії з більшою ємністю, що перезаряджаються, називаються срібно-цинковими. Обидві мають напругу холостого ходу 1,60 вольта. Через високу вартість срібла ці батарейки випускаються або дуже малих розмірів, де кількість срібла не робить суттєвого внеску в загальну вартість продукту, або ж вони доступні у більших розмірах для критично важливих застосувань, де чудова продуктивність переважує будь-які міркування щодо вартості.

Первинні елементи використовуються для годинників, слухових апаратів та резервного копіювання пам'яті; більша версія, що перезаряджається, знаходиться в підводних човнах, ракетах та аерокосмічній галузі. Срібно-цинкові батареї також живлять телекамери, що потребують додаткового часу роботи. Висока вартість та короткий термін служби виключили срібно-цинкові батареї з комерційного ринку, але вони знаходяться на межі відродження з удосконаленнями.

Основною причиною відмови в оригінальній конструкції було руйнування цинкового електрода та сепаратора. Циклічне нагрівання призвело до утворення цинкових дендритів, які пробивали сепаратор, спричиняючи короткі замикання. Крім того, сепаратор деградував, перебуваючи в електроліті гідроксиду калію. Це обмежувало термін служби приблизно до 2 років.

Удосконалення цинкового електрода та сепаратора обіцяють довший термін служби та на 40 відсотків вищу питому енергію, ніж у літій-іонних акумуляторів. Срібно-цинковий акумулятор безпечний, не містить токсичних металів і може бути перероблений, але використання срібла робить виробництво акумулятора дорогим.

Багаторазові лужні батарейки

Багаторазові лужні батарейки слугували альтернативою одноразовим батарейкам. Хоча, як кажуть, витрати на виробництво були подібними до звичайних лужних батарейок, споживач не прийняв цей продукт.

Перезаряджання лужних батарейок не є чимось новим. Звичайні лужні батарейки перезаряджаються в домашніх господарствах вже багато років. Перезаряджання найефективніше, якщо лужні батарейки розряджаються менш ніж до 50 відсотків перед перезаряджанням. Кількість перезаряджань залежить від глибини розряду та обмежується лише кількома циклами. Виробники батарейок не підтримують цю практику з міркувань безпеки, заряджання звичайних лужних батарейок може утворювати газоподібний водень, який може призвести до вибуху.

Багаторазові лужні батареї долають деякі з цих недоліків, але обмежена кількість циклів розрядки та низька ємність при багаторазовому заряді є основними недоліками. Довговічність також безпосередньо залежить від глибини розрядки. При 50-відсотковій глибині розрядки батарея може забезпечити 50 циклів, але більшість користувачів повністю розряджають її перед перезарядкою, а виробник, включаючи винахідника Карла Кордеша, переоцінив бажання користувача зарядити її якомога раніше. Додатковим обмеженням є низький струм навантаження 400 мА, чого достатньо лише для ліхтариків та персональних розважальних пристроїв. NiMH в елементах типу AA та AAA здебільшого замінили багаторазові лужні батареї.