София, ул. Алабин №58

Съвсем скоро може да имаме батериите, за които винаги сме мечтали

 
Автор: Наталия Иванова
В лаборатория в индустриален парк, на час път с кола извън Бостън, професорът на Туфт Майкъл Цимерман се надява материал, който той изобретил в мазето си, да помогне за разрешаването на кризата, пред която е изправена автомобилната индустрия.
Между своето преподаване, г-н Цимерман работи с йонни материали, чийто батериен материал може да открои бъдещето на автомобилната индустрия, тъй като електрическият век измества бензиновите автомобили. Надеждата му е, че неговият домашен прототип може да проправи пътя за ново поколение батерии, които не използват кобалт – сребърен сив метал, повече от 60 процента от които се добиват в Демократична република Конго.
„Светът иска да електрифицира превозните средства“, казва Цимерман. „Никога не съм виждал толкова мащабна индустрия да каже, че иска да промени изцяло технологиите. Всяка отделна компания, правителство и страна – всички те искат да го направят в световен мащаб.“
Списъкът на поддръжниците на Ionic отразява нарастващата загриженост сред производителите на автомобили над сегашната технология на батериите и зависимостта им от Демократична Република Конго. Доставката на кобалт е доминирана от шепа минни компании, включително „Гленкор“ в Швейцария, или са добивани на ръка и продадени на китайски търговци в страната. Детският труд е често срещан, според групи за правата на човека.
С други думи, продуктът, който е блестящата надежда на новата икономика, за момента е силно зависим от някои от най-критикуваните практики на старата индустриална икономика.

 

Върховенството на електричеството измества петрола?

За много експерти акумулаторът ще заема върховенството си в този век – точно както беше направено през последната година. Батериите захранват ежедневния ни живот, от нашите айфони до нашите лаптопи. Но те са и ключът към електрическите автомобили, които да заменят бензиновите автомобили и за някои видове възобновяема енергия. Без тях ще бъде много по-трудно за света да сложи край на зависимостта си от изкопаеми горива и да ограничи въздействието на изменението на климата.

Но батериите са сложни, за да произвеждат и съдържат деликатна комбинация от химикали, които трябва да отговарят на изискан списък за производителност. Клиентите очакват бързо зареждане, дълъг живот на батерията и безопасност дори и при условия, вариращи от студените зими до горещината на пустинята Аризона.
Без голяма промяна в технологията на батериите, търсенето на кобалт се очаква да се увеличи повече от два пъти през следващото десетилетие, като делът от ДРК ще се увеличи до над 70%. Глеб Юшин, професор в Университета по материали и инженерство в Техеранския технологичен институт, го изтъква по-категорично: потенциалният растеж на електрическите автомобили няма да се осъществи, освен ако не се получи пробив в технологията на батерията.
Г-н Цимерман започна да мисли за батериите преди пет или шест години, точно както електрическите автомобили започнаха да получават сцепление и първите Tesla стават популярни. Тогава кобалтът е никел, използван главно в реактивни двигатели и смартфони.
Оттогава продажбите на електрически автомобили с акумулаторни батерии и plug-in хибридни версии са се увеличили от около 6 000 автомобила през 2010 г. до 1 млн. автомобили, продадени миналата година, или около 1% от годишните продажби. Ще има още 340 млн. електрически превозни средства (включително леки автомобили, камиони и автобуси), произведени между 2030 г. и 2030 г., според анализатори от McKinsey.
Това доведе до увеличаване на фабриките за батерии. Броят на „gigafactories“ се е увеличил десетократно през последните осем години до 41, според Benchmark Mineral Intelligence. Саймън Мърос, основателят на компанията, казва, че батерията е предназначена да стане „петролът на 21-ви век“.

Литиево-йонната батерия


Открит от 96-годишния американски професор Джон Гудънуу, докато е бил в университета в Оксфорд през 1980 г., литиево-йонната батерия се оказа важна за науката и технологиите от 20-ти век, проправяйки пътя за преносими електронни устройства от видеокамери до смартфони. Той също така е станал стандартният избор за електрически автомобили, които използват стотици акумулаторни клетки, поставени заедно в пакети, които наподобяват метални куфарчета и тежат до 600 кг.
Но тъй като Sony пуска на пазара литиево-йонната технология през 1991 г., има малко съществени подобрения в технологията, казва Цимерман. Той вярва, че батерията, която управлява нашия свят, може да е достигнала своя лимит.
„Вярата ми е, че литиево-йонните батерии в момента са в задънена улица, няма никакво подобрение, което може да се направи с настоящата технология“.

Как действат батериите?


Батериите се основават на четири основни части: положителен и отрицателен електрод, сепаратор и течен електролит. Положителният електрод или катодът се покрива с внимателно преработена суспензия от метални оксиди, които в повечето автомобили включват литий, кобалт, никел и манган. Когато акумулаторът се разтовари, литиевите йони се подават към катода, генериращ поток от електрони и електричество. Когато акумулаторът се зарежда, те се връщат обратно към анода, отрицателния електрод, който обикновено се изработва от графит.

За какво служи кобалтът?

Кобалтът е от съществено значение за спиране на акумулацията от прегряване, а стабилността, която тя носи на батериите, позволява на потребителите да зареждат и разреждат колата си в продължение на много години. Но това е и най-скъпият от използваните метали, възпрепятстващ способността на производителите на автомобили да намалят цената на електрическите автомобили, за да се конкурират с техните бензиностанции.
Анализаторите от Лебъръм, базираната в Лондон брокерска и инвестиционна банка, изчисляват, че цената на кобалт в килограм батерия е около 12 долара, в сравнение с 8 долара за литий и 5 долара за никел. Металите представляват около 25% от разходите за батерия, смятат те. Докато в Айдахо, Аляска и Австралия се разработват нови източници на кобалт, те не се произвеждат след 2020 г.
Г-н Цимерман открива, че електролитът 
улавя заряда в батериите. Ако се използва твърд материал вместо течност, батериите могат да бъдат по-безопасни и по-леки. Това би могло да позволи на производителите на автомобили да намалят количеството на кобалт в катода или дори да го премахнат изцяло.
Първото електрически проводимо твърдо вещество е открито през 1830 г. от британския учен Майкъл Фарадей, но никога не е работил в батерия при стайна температура. Работейки в мазето си, г-н Цимерман създаде полимерен материал, който може да направи точно това.
Производителите на автомобили от Toyota до Mercedes-Benz и британската инженерингова група Dyson работят върху така наречените твърди батерии като г-н Zimmerman’s и през първата половина на годината са били инвестирани около 400 милиона долара, според консултантската компания Wood Mackenzie . Те прогнозират, че тези батерии ще съставят по-голямата част от технологията за електрически автомобили до 2030 г., но няма да навлязат на пазара до 2025 г.
Междувременно компаниите за батерии се състезават да намалят количеството кобалт, което използват с традиционните технологии. Йошио Ито, ръководител на автомобилния бизнес на Panasonic заяви пред репортери в Токио миналия месец, че има за цел да намали употребата на кобалт в електромобилите на Tesla след две до три години. Тесла заяви, че компанията „цели да постигне почти близко до нула използване на кобалт в близко бъдеще“.
Повечето автомобилни производители се движат към батерии, които използват повече никел и до 75% по-малко кобалт. Очаква се тези продукти да увеличат пазарния си дял през следващите няколко години.
Венкат Вишванатан, професор в университета „Карнеги Мелън“, казва, че кобалтът може да бъде намален, използвайки течни електролитни химични вещества.
И все пак, дори и при преминаване към по-ниски кобалтови батерии, търсенето на метал все още се очаква да се удвои до 2025 г., според Wood Mackenzie.
От своя страна г-н Цимерман казва, че нискочестотните батерии все още идват със значителен риск от пожар, който ще изисква скъпа технология за наблюдение.
Amazon ще плаща $12 000 на своите служители, за да се обучават в тези 4 области
 


Да
Не

Регистрирайте се и започнете да учите!