Альтернативные системы аккумуляторов

Громкие обещания новых аккумуляторов

СМИ рекламируют чудесные новые аккумуляторы, которые обещают длительное время работы, зарядку за считанные минуты, тонкие как бумага и даже питание электромобилей в будущем. Хотя эти экспериментальные решения действительно производят напряжение, их недостатки редко озвучиваются. Среди типичных проблем — низкая грузоподъемность и короткий срок службы.

Как лимон можно превратить в батарейку, так и морскую воду пробовали использовать в качестве электролита, но полученной энергии хватает лишь на короткое время, чтобы зажечь фонарик накаливания, прежде чем накопление коррозии сделает батарейку непригодной для использования. Многие химические процессы пробуются для получения электроэнергии из различных металлов, но лишь немногие из них обещают превзойти современные свинцовые, никелевые и литиевые системы.

Аккумуляторы LiFePO4

Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)

Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.

Купить

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки

Купить

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy

Купить

Посмотреть больше

Существует много шумихи в СМИ, и это может быть сделано отчасти для того, чтобы привлечь венчурных капиталистов к финансированию исследовательских проектов. Мало какие продукты имеют инкубационные периоды, такие же длинные, как аккумулятор. Хотя сначала это гламурно и многообещающе, особенно если аккумулятор обещает питать электромобиль, инвестиционные фирмы начинают осознавать высокие затраты на разработку, неопределенность и длительные периоды ожидания, прежде чем можно будет получить прибыль. Тем временем университеты продолжают публиковать статьи о прорывах в области аккумуляторов, чтобы продолжать получать государственное финансирование, в то время как частные компании публикуют одну-две статьи, чтобы успокоить инвесторов и повысить стоимость собственных акций.

Цинк-воздушные батареи

Цинк-воздушные батареи генерируют электрическую энергию путем окисления цинка и кислорода из воздуха. Элемент может производить 1,65 В, однако элементы с напряжением 1,4 В и ниже имеют более долгий срок службы. Чтобы активировать батарею, пользователь снимает герметичную вкладку, которая обеспечивает поток воздуха. Батарея достигает полного рабочего напряжения в течение 5 секунд. Поток воздуха может в определенной степени контролировать скорость реакции, и после включения батарею невозможно вернуть в режим ожидания. Добавление ленты для остановки потока воздуха лишь замедляет химическую активность, и батарея быстро высохнет.

Цинк-воздушный аккумулятор имеет сходство с топливным элементом (PEMFC) в том, что использует кислород из воздуха для питания положительного электрода. Он считается первичным аккумулятором, и были испробованы версии для подзарядки для мощных применений. Подзарядка происходит путем замены отработанных цинковых электродов, которые могут быть в форме цинковой электролитной пасты. Другие цинк-воздушные аккумуляторы используют цинковые гранулы.

При 300–400 Вт·ч/кг цинк-воздушный аккумулятор имеет высокую удельную энергию, но удельная мощность низкая. Производственные затраты низки, а в герметичном состоянии цинк-воздушный аккумулятор имеет 2-процентный саморазряд в год. Аккумулятор чувствителен к высоким и низким температурам и высокой влажности. Загрязнение также влияет на производительность; высокое содержание углекислого газа снижает производительность, увеличивая внутреннее сопротивление. Типичными областями применения являются слуховые аппараты, а большие системы работают в дистанционной железнодорожной сигнализации и аварийных лампах на строительных площадках.

Серебряно-цинковые батареи

Небольшие батарейки на основе серебра в кнопочных элементах питания обычно называются серебряно-оксидными и не подлежат перезарядке, версии с большей емкостью, перезаряжаемые, называются серебряно-цинковыми. Обе имеют напряжение холостого хода 1,60 вольта. Из-за высокой стоимости серебра эти батарейки выпускаются либо очень малых размеров, где количество серебра не вносит существенного вклада в общую стоимость продукта, либо же они доступны в больших размерах для критически важных применений, где превосходная производительность перевешивает любые соображения по стоимости.

Первичные элементы используются для часов, слуховых аппаратов и резервного копирования памяти; большая перезаряжаемая версия находится в подводных лодках, ракетах и аэрокосмической отрасли. Серебряно-цинковые батареи также питают телекамеры, требующие дополнительного времени работы. Высокая стоимость и короткий срок службы исключили серебряно-цинковые батареи с коммерческого рынка, но они находятся на грани возрождения с усовершенствованиями.

Основной причиной отказа в оригинальной конструкции было разрушение цинкового электрода и сепаратора. Циклическое нагревание привело к образованию цинковых дендритов, которые пробивали сепаратор, вызывая короткие замыкания. Кроме того, сепаратор деградировал, находясь в электролите гидроксида калия. Это ограничивало срок службы примерно до 2 лет.

Усовершенствования цинкового электрода и сепаратора обещают более долгий срок службы и на 40 процентов более высокую удельную энергию, чем у литий-ионных аккумуляторов. Серебряно-цинковый аккумулятор безопасен, не содержит токсичных металлов и может быть переработан, но использование серебра делает производство аккумулятора дорогим.

Многоразовые щелочные батарейки

Многоразовые щелочные батарейки служили альтернативой одноразовым батарейкам. Хотя, как говорят, затраты на производство были сопоставимы с обычными щелочными батарейками, потребитель не принял этот продукт.

Перезарядка щелочных батареек не является чем-то новым. Обычные щелочные батарейки перезаряжаются в домашних хозяйствах уже много лет. Перезарядка наиболее эффективна, если щелочные батарейки разряжаются менее чем до 50 процентов перед перезарядкой. Количество перезарядок зависит от глубины разряда и ограничивается лишь несколькими циклами. Производители батареек не поддерживают эту практику из соображений безопасности, зарядка обычных щелочных батареек может образовывать газообразный водород, который может привести к взрыву.

Многоразовые щелочные батареи преодолевают некоторые из этих недостатков, но ограниченное количество циклов разрядки и низкая емкость при многократном заряде являются основными недостатками. Долговечность также напрямую зависит от глубины разрядки. При 50-процентной глубине разрядки батарея может обеспечить 50 циклов, но большинство пользователей полностью разряжают ее перед перезарядкой, а производитель, включая изобретателя Карла Кордеша, переоценил желание пользователя зарядить ее как можно раньше. Дополнительным ограничением является низкий ток нагрузки 400 мА, чего достаточно только для фонариков и персональных развлекательных устройств. NiMH в элементах типа AA и AAA в основном заменили многоразовые щелочные батареи.