 Есть много видов батарей, доступных сегодня, и в зависимости от их функции предъявляются различные требования к емкости хранения, производительности зарядки и разрядки, времени отклика, обслуживанию, безопасности и стоимости. Вот несколько примеров типов аккумуляторов.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи уже используются во всем мире для поддержки возобновляемых источников энергии. Многие из них имеют короткий срок службы и работают только в течение 3-4 лет. Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют хорошую жизнь цикла и могут работать быстро, но материалы стоят дороже, чем в свинцово-кислотных батареях. Литий-ионные аккумуляторы имеют высокую плотность энергии для их размера, поэтому они широко используются для бытовой электроники и в электрических транспортных средствах. Они хороши для коротких циклов разряда и высокой мощности, но из-за плотности энергии и горючести лития, они потенциально могут перегреваться и возгораться. Натриево-серные батареи с расплавленной соли в качестве электролита должны работать при высоких температурах, но при этом могут разряжаться в течение шести часов или более.
Батареи потока, имеющие химические вещества для производства электроэнергии, растворенный в воде в отдельных резервуарах, могут безгранично заряжаться и разряжаться, и обеспечивают устойчивую энергию в течение долгого времени. Поскольку использование больших резервуаров позволяет батареям потока хранить больше энергии, у них есть большой потенциал помогать сетке в масштабном хранении электроэнергии.
Исследователи батарей пытаются продвигать существующие технологии и развивать новые, а также улучшать материалов и производственных процессов. Они манипулируют химикатами и экспериментируя с новыми, пытаясь улучшить масштаб батарей, продолжительность их разряда, их эффективность, время отклика, устойчивость и стоимость, а также решить вопросы безопасности.
В Японии разрабатывается двойной углеродный аккумулятор, который заряжается в 20 раз быстрее, чем обычные литий-ионные батареи с сопоставимыми плотностями энергии, не нагревается, и полностью подлежит вторичной переработке. Исследователи из Стэнфордского университета используют нанотехнологии в чистой литиевой батарее, которые, как надеются, утроят плотность энергии и уменьшат затраты в четыре раза. В университете штата Иллинойс в Чикаго, ионы лития были заменены ионами магния, которые могут двигаться в два раза быстрее электронов; это позволяет заряжать аккумуляторы несколько раз до деградации.
Исследователь из Колумбийского университета изучает, как улучшить катодные материалы. Его исследования направлены на литиевый фосфат железа в качестве потенциального катодного материала. Он имеет высокую плотность энергии и может нагреваться до высоких температур, так что он безопаснее, чем у обычных литий-ионных батарей. И так как железо имеется в избытке, он потенциально может быть использован для получения более дешевой и более устойчивой батарею. Но основной материал является неустойчивым, когда он частично заряжен, и «трюки» в его обработке помогут стабилизировать это снижение плотности энергии. Исследования направлены на то, чтобы понять и исправить нестабильности, и в конечном итоге помогут определить и оценить другие новые материалы для катодов.
Около $5 млрд было инвестировано в развитие батареи в течение последнего десятилетия. Билл Гейтс поддержал жидкометаллические батареи, состоящие из двух обычных расплавленных металлов, разделенных расплавленной соли, который являются дешевыми, легкими в сборе и долговечными. Компания Tesla представила PowerWall - литиево-ионный аккумулятор, который может быть установлен на стене. До девяти из них могут быть установлены в доме, обеспечивая до 90 кВт мощности. 38000 подобных батарей были проданы в течение первой недели после запуска, и они уже не будут распроданы до середины 2016 года.
Для получения PowerWall, Powerpack и электрических батарей для автомобилей, Tesla строит «гигазавод» общей стоимостью в $5 млрд в Неваде, первый из многих. Завод будет производить необходимую энергию от геотермальной, солнечной и ветровой энергии. Один эксперт прогнозирует, что он на самом деле будет генерировать на 20 процентов больше, чем необходимо.
Аккумулятор, который стоит $ 100 за кВт-час, представляется как Святой Грааль для исследователей батареи по всему миру. Электрические батареи автомобиля имели стоимость около $300-410 за кВт-час в 2014 году. Аналитики в целом согласны, что батареи должны достичь $150 за кВт-час или менее, чтобы электрические транспортные средства были более конкурентоспособными с бензиновыми транспортными средствами. Чем дешевле батарея, тем больше электричества можно хранить, и тем дальше автомобиль может проехать на одном заряде.
В прошлом году самые дешевые крупные аккумуляторы стоили $700 или больше за кВт-час. Tesla Powerpack в настоящее время оценивается в $250 за кВт-чач, и строительство «гигазавода» позволит ожидается снизить цену на батарею на 30 процентов.
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, годовая мощность аккумуляторной батареи, как ожидается, вырастет с 360 МВт до 14 ГВт между 2014 и 2023 годом. Глобальный объем продаж электрических транспортных средств малой грузоподъемности, по прогнозам, вырастет от 2,7 млн в 2014 году до 6,4 миллионов в 2023 году. С такими темпами к значительному прорыву батареи, большей экономии на масштабе и улучшения производственных процессов, мир может увидеть аккумулятор стоимостью $100 за кВт-час в течение ближайших нескольких лет.
|
