Технологический прогресс уперся в характеристики литийионных аккумуляторов. Что может занять их место и стать аккумуляторами будущего?

Спрашивает
Фёдор А
#аккумулятор
+1
#технологии
4 сентября
11 722
Средний вопрос

Новости о появлении новых, «особо перспективных» аккумуляторов, которые решат нынешние технологические проблемы человечества, возникают регулярно, но, к сожалению, в основном они не имеют отношения к реальности. Дело в том, что литиевые аккумуляторы доминируют над другими не случайно, а в силу базовых физико-химических закономерностей. Один атом лития связывает примерно столько же атомов кислорода, сколько и атомы других активных компонентов любых известных батарей. Но вот весит атом лития в полтора раза меньше, чем любой другой металл таблицы Менделеева.

Напомним: емкость аккумулятора зависит именно от того, сколько атомов кислорода он может связать в процессе окислительной реакции. Если при одинаковой емкости вес металла в накопителе меньше, то этот металл даст более легкие аккумуляторы. Литиевая батарея в «Тесле» весит от полутонны. Если заменить литий в ней, например, на натрий, масса накопителя резко увеличится. Ведь атом натрия почти вчетверо тяжелее.

Именно поэтому реалистичных кандидатов в материал для самых легких и емких батарей просто нет, и это не обойти никакими ухищрениями.

Точнее, в теории один вариант есть: скопировать живую природу. В организме среднего человека — 15 килограммов жира. При его расщеплении получится 145 киловатт-часов энергии. Полутонная батарея «Теслы» содержит всего 60 киловатт-часов. К тому же человек умеет синтезировать жиры (его встроенный «аккумулятор») снова, причем из широкого спектра веществ.

Однако органическая химия намного сложнее неорганической. Она так сложна, что реалистичных аккумуляторов, пытающихся давать электричество за счет расщепления жира и заряжаться благодаря его синтезу, пока просто нет. И в обозримом будущем не будет — это дело точно не нашего столетия.

И все же есть один сектор, где литиевые накопители можно потеснить. Это энергетика, где масса накопителя не так важна, как его дешевизна. Недавно был сделан большой шаг вперед: специалисты испытали батарею на хлориде алюминия. Она использует сразу три расплавленные соли: NaCl–KCl–AlCl3.

Как видно из формул солей, такая система требует для работы температуры около сотни градусов, что, опять же, было бы сложно поддерживать в автомобиле или смартфоне. Зато это приемлемо для больших накопителей у электростанций: здесь легко создать хорошую теплоизоляцию, при которой раскаленная батарея не требует заметных затрат энергии на поддержание в рабочем состоянии. При емкости, близкой к литиевой на единицу объема (но не массы), «алюминиевая» батарея стоит примерно раз в шесть меньше литиевой. То есть речь идет о серьезном кандидате.

Увы, это все же нишевое решение. Энергетическая отдача на килограмм там все равно ниже, чем у лития. И даже будь она равна (чему мешает физика с химией), никто не оставит накопитель, работающий при плюс 100 в припаркованной (особенно зимой) машине: он съест больше электричества на подогрев, чем сможет сохранить. Тем более это верно для ноутбука или мобильного телефона, где даже базовую теплоизоляцию просто некуда впихнуть.

Так что потребительская электроника и электромобили останутся на литиевых аккумуляторах во всем обозримом будущем.

Комментарии

12 Комментариев

3 недели назад
-
0
+
Первый коммерческий литиионный аккумулятор сделала компания sony 1991 году а сама технология по-моему могу ошибаться 1974 и потребовалось 16 лет до коммерческого продукта но это реально дало скачек в насимых устройствах такие как первые кпк если вы помните что это и заканчивая беспроводными наушниками в данный момент
3 недели назад
-
0
+
Какая жуткая чушь для домохозяек. В аккумуляторе Теслы всего 12 кг лития
    3 недели назад
    -
    0
    +
    Осталось только вспомнить, что именно от массы лития -- или иного металла в таких аккумуляторах -- пропорционально зависит и масса углерода в электродах, и объем батареи, и, соответственно, масса ее оболочки и даже масса электролита. И вот если все это вспомнить -- сразу становится понятно, почему именно литиевые батареи изо всех серийных многоразовых самые энергоемкие. А не построенные на более тяжелых металлах натриевые или никелевые, или свинцовые. Но, как говорится, вспомнить о том, что масса компонентов аккумуляторов пропорционально массе ключевого металла в нем, могут не только лишь все. Мало кто может это сделать.
3 недели назад
-
1
+
однако же Li-ионные элементы состоят не только из лития! Важен и материал анода, вот здесь об том вроде неплохо: https://indicator.ru/chemistry-and-materials/anody-batarei-ekologicheski-chisto-08-11-2019.htm преимущество литиевых в удобном диапазоне температур и долгом хранении заряда, - по удельной ёмкости они могут оказаться и не лучше разных прочих, к тому же элементы, следующие за ним в одном ряду, тоже ждут возможных неординарных применений: B, Be, C - не намного тяжелее, а валентность их выше, у N она вообще может достигать +5! т.е. до пяти -е на каждый атом, сравнимый по массе (вместо одного) и элементы и большинство их соединений нетоксичны и распространены в природе, их применениями пока плотно не занимались что до упомянутых выше суперконденсаторов, то вероятно для них можно применять водород, в "стандартной ячейке", только жидкий, "чистый", только это более взрывоопасное направление в земных условях. Вот как-то так видится ближайшая эволюция топливных элементов; а для массивных и алюминий в качестве каркасного материала наверняка будет востребован., пока что определеющими качествами являются количество циклов перезаряда и устойчивость к температурам выше +50C
3 недели назад
-
1
+
По-моему автор несёт полную чушь про веса. Конечно же литий-ионный аккумулятор не состоит внутри сплошь из лёгкого лития, литий там представлен в виде оксидной плёнки в микроны толщиной на тривиальной фольге, скрученной рулоном с прослойкой электролитического геля и по сути сам литий в весе всего, входящего в состав батареи, а это помимо перечисленного ещё и герметичный корпус (как и у другого типа аккумуляторов) выполнен не из лития, может занимает всего несколько процентов от общей массы аккумулятора. Действительно литий в составе батареи обладает непревзойдёнными способностями аккумулировать энергию, но к физике массы элемента лития в батарее это имеет пренебрежительно малое отношение.
4 недели назад
-
0
+
Можно не равно выгодно. Вот и весь ответ. Уже столько новостей было о чудесах графеновых АКБ,о смартфонах на атомной(уран ли,не знаю) АКБ,а производителям выгоден литий. Будет стоить дороже золота(не бесконечный же) - может и почешутся в плане поиска альтернативы. Но не ранее
4 недели назад
-
0
+
Как нет альтернатив? А как же там ртутный двигатель или может холодный синтез))
4 недели назад
-
0
+
Будущее за суперконденсаторами - так и запишите.
    3 недели назад
    -
    0
    +
    Вы в курсе вообще об их унылой энергоемкости?) Порядка 20 кДж/кг, что примерно в 25 раз ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов и примерно в 2-3.000 раз меньше, чем у бензина...)
4 недели назад
-
1
+
Единственный вариант это лупить программистов, как минимум мощьность процессоров (как мобильных, так и стационарных) используется не оптимально. Условно эти ядра и мегагерцы в лучшем случае используют на 20%.Это как ездить на машине с двигателем мощьностью 100 лошадиных сил и получить на выходе 20.
    4 недели назад
    -
    0
    +
    Некорректное сравнение даёт ложные результаты. Если брать сравнимое понятие с автомобилями, то берите уж грузоподъёмность. И внезапно возить 200 кг на авто с грузоподъёмностью в условную 1Т очень даже можно и много где практикуется. Есть личные авто, маломощные и почти всегда почти пустые, но изредка забитые до отказа, а потребление топлива на единицу перевозимой массы очень велико. Есть полупрофессиональные решения с бо́льшим потреблением, но выполняющие значительную работу и редко используемые вхолостую. И есть профессиональные узкоспециализированные решения для решения конкретных задач: общественный транспорт (сервер + тонкие клиенты), грузовики (ЦОД) или поезда (суперкомпьютеры и мейнфреймы).

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно