Уже недалеко то время, когда на смену традиционным ионно-литиевым аккумуляторным батареям придут новые – графеновые. Разработки нового источника питания ведутся американскими учеными Стэнфордского университета, одновременно подобные исследования ведутся в Оксфорде (Великобритания) и Токийском университете «Тодай».
Аналитики Wall Street Journal, специализирующиеся на новейших достижениях в области высоких технологий, небезосновательно утверждают, что прорыв в энергетической области произойдет в ближайшие несколько лет, и электромобили получат новый источник энергии. Прагматичные журналисты уже подсчитали, что объема заряда одной АКБ хватит на то, чтобы электрокар проехал не менее 1000 км.
Современные батареи на электромобиле Тесла
На 2019 год, по данным американского агентства ЕРА по охране окружающей среды, аккумуляторы Тесла считаются самыми безопасными при эксплуатации. На одном заряде в среднем автомобиль может преодолеть 400 км, а для полной зарядки батареи объемом 85 квт/ч Model S необходимо всего 40 минут. В основе аккумулятора лежит блок ионно-литиевых батарей, правда литием как основным металлом для анода в комплектации аккумулятора и не пахнет…
Стоимость АКБ на Тесла — это 60 % от цены всего электромобиля, минимально оригинальную батарею можно купить за 45 000 долларов, сборкой отдельных элементов занимается компания Panasonic. Схема соединения отдельных элементов и точное количество химических элементов, равно как и состав электролита, держится в секрете. Что же стопроцентно известно об АКБ Тесла? Рассмотрим подробнее.
Устанавливается батарея в днище электромобиля, крепится к кузову специальными кронштейнами. Благодаря форме и месту установки электрокар имеет низкий центр тяжести — это позволяет легче управлять автомобилем и плавно входить в повороты на любой скорости. Сам аккумулятор состоит из 16 блоков, каждый из которых находится в отдельной защищенной ячейке. Ребра корпуса защищают стальные пластины и пластиковые накладки.
В каждом из 16 блоков в определенном порядке расположены 74 литий-ионных ячеек — по внешнему виду они напоминают пальчиковую батарейку. Каждая батарейка, в свою очередь, имеет внутри шесть блоков, где и происходит химический процесс, вырабатывающий энергию. Инженеры Тесла сообщают, что в качестве катода применяется графитовая пластина, для отрицательного электрода используется кобальт, никель и оксид алюминия, металлического лития в батарее нет.
[stextbox id=’dzen’]Одним из главных элементов в батарее Тесла остается уникальная микросхема работы аккумулятора и система охлаждения.[/stextbox]
Микросхема для аккумулятора Tesla, равно как и система охлаждения, доступна для обозрения только в виде некачественных фотографий. При разборке батареи происходит процесс оплавления многих контактов при соприкосновении с воздухом, поэтому четко определить схему подключения невозможно. С другой стороны, эта мера безопасности вполне оправдана — на рынке нет подделок, и сделать реплику аккумулятора Tesla даже умельцам из Китая пока не удалось.
Ближайшее будущее – алюминиевая батарея
В 2019 году ученые Стэнфорда продемонстрировали прототип нового источника питания — мягкую алюминиевую батарею. Стоит отметить, что аккумулятор имел минимальные размеры, не более чем батарея в мобильном телефоне — его толщина не превышала 3 мм, и при этом батарея могла гнуться, как мягкий картон. Для электродов были использованы алюминий и графитовая пена, в качестве электролита — солевой раствор.
После многолетних опытов ученые ответственно заявили, что разработали новый алюминиевый аккумулятор, который в скором времени заменит и щелочные батареи, и ионно-литиевые, которые взрываются при критических температурах и серьезных повреждениях. Алюминиевые источники энергии продолжают работать, даже если нарушена оболочка. Это было продемонстрировано прямо в лаборатории — мягкую батарею просверлили, и она продолжала работать еще некоторое время.
https://www.youtube.com/watch?v=pYk7TGsYFWA
Главным преимуществом новой разработки считается полная безопасность при использовании — отработанный источник питания не наносит вреда окружающей среде при утилизации, заряжается в 7 раз быстрее ионно-литиевой. На сегодняшней день, главный недостаток аккумулятора нового типа — отдача невысокого напряжения, на 50% меньше, чем используется в электрокарах Тесла.
Еще один немаловажный плюс — долговечность алюминиевой батареи. Ресурс достигает 7500 циклов зарядки-разрядки без потери мощности. Литий-ионный аккумулятор рассчитан не более чем на 1000 циклов.
Главным новшеством при разработке батареи ученые считают выбор элемента для положительного электрода. Для катода используется графит, атомы которого создают пористую структуру. Анодом выступает алюминий, а в качестве электролита применяется ионный электролит, состоящий из растворов солей. Для оболочки использовали гибкий полимерный конверт, который можно согнуть. Это еще одно преимущество нового источника энергии — в том, что автопроизводитель может установить АКБ практически в любое место кузова, согнув батарею под любым углом.
[stextbox id=’info’]Промышленное производство алюминиево-графитовых аккумуляторов для электромобилей планируют наладить к 2015 году, пока ученые берут тайм-аут на продолжение исследований.[/stextbox]
