Литий ионных аккумуляторов: Аккумуляторы – Преимущества литий‑ионного аккумулятора – Apple (RU)

На замену литий-ионным батареям создали аккумулятор на основе натрия – Наука

ТАСС, 1 июня. Американские химики разработали новый тип натриевых аккумуляторов: у них такая же энергоемкость, как и у их литиевых аналогов, и при этом они почти не теряют емкость через тысячу циклов разрядки. Описание разработки опубликовал научный журнал ACS Energy.

“Наша работа открывает дорогу для создания практичных натриевых батарей, а данные о взаимодействиях катода и электролита помогут понять, как избавиться от кобальта в электродах аккумуляторов. Если мы найдем альтернативу и литию, и кобальту, натриевые батареи смогут реально конкурировать с их литиевыми аналогами”, – рассказал один из разработчиков, химик из Университета штата Вашингтон Цзюньхуа Сун.

Сейчас литий-ионные аккумуляторы – основной источник питания для всех автономных электрических устройств, начиная с различных гаджетов и заканчивая межпланетными зондами и промышленными инструментами. Несмотря на все плюсы, у них есть ряд недостатков: эти аккумуляторы медленно заряжаются, они взрывоопасны и запасают недостаточно много энергии.

Химики и физики пытаются решить эту проблему двумя путями: совершенствуя устройство уже существующих батарей и пытаясь заменить соли лития на другие вещества. В частности, сейчас ученые пытаются создать батареи на основе чистого лития, а также различных соединений натрия, серы, калия и ряда других элементов.

Замена для лития

У подобных аккумуляторов есть множество других проблем: например, они недолговечны, а их производство сложно масштабировать. В частности, большинство литий-воздушных батарей выходят из строя через несколько десятков циклов заряда-разряда, а у натриевых батарей низкие энергоемкость и скорость повторной зарядки.

Сун и его коллеги решили эту проблему, создав новый тип катода – одного из двух электродов батареи, который играет роль ее положительного полюса и источника электрической энергии. Как правило, мощность и долговечность литий-ионных и натриевых батарей очень сильно зависит от того, из чего состоит катод и как он взаимодействует с их электролитом.

Химики объясняют, что в результате этих взаимодействий на границе между катодом и электролитом часто образуются кристаллов из соли. Это мешает ионам натрия “путешествовать” между ними, в результате чего снижается емкость батареи. Сун и его коллеги смогли подавить этот процесс, покрыв катод специальной пленкой из оксидов никеля, марганца, кобальта и натрия.

Этот состав, как показали опыты ученых, не мешает миграциям ионов, но при этом не дает кристаллам формироваться на поверхности катода. Благодаря этому ученые смогли добиться того, что энергоемкость экспериментальной натриевой батареи стала почти такой же, как у большинства литий-ионных аккумуляторов. При этом они теряли лишь 20% емкости через тысячу циклов разряда и заряда.

Дальнейшее изучение процесса формирования кристаллов соли на поверхности катода, как надеются ученые, поможет им сделать натриевые батареи еще дешевле. Благодаря этому они могут заменить не только литий-ионные аккумуляторы, но и другие типы источников питания, которые сейчас применяются в быту и промышленности, надеются авторы исследования.

Публикации в СМИ ООО “Рэнера”

1. Литий-ионные батареи пожаро- и взрывоопасны
Данный миф обязан своим появлением нескольким широко растиражированным СМИ случаям возгорания различных устройств с литий-ионными аккумуляторами.
К счастью, технический прогресс не стоит на месте, и литий-ионные аккумуляторы становятся безопаснее. Этому способствуют как изменения в химическом составе аккумуляторов, так и развитие систем контроля и управления батареей.

Основной причиной возгорания литий-ионных аккумуляторов первого поколения было наличие в их составе металлического лития в качестве материала анода. На таком аноде в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), которые прорастали, подобно деревьям, от анода к катоду и прокалывали сепаратор, что приводило к замыканию электродов и, как следствие, выходу аккумулятора из строя, а в редких случаях – к возгоранию или взрыву. Похожие процессы происходили внутри аккумуляторов на основе оксида кобальта, но возникали они лишь в случае нарушения условия эксплуатации – при перезарядке ячеек.
В современных аккумуляторах от этих недостатков получилось избавиться. Во-первых, материал анода был заменён на графит. Графит в литий-ионных аккумуляторах используют благодаря его способности его пористой структуры улавливать и удерживать литий. Во-вторых, были значительно улучшены системы управления процессами заряда, что не позволяло доводить аккумулятор до опасных состояний. В случае отклонения каких-либо параметров от допустимых, аккумулятор отключался либо от зарядного устройства, либо от своей нагрузки.
Усовершенствование литий-ионных аккумуляторов продолжается и по сей день. Например, некоторые современные виды литий-ионных аккумуляторов не подвержены возгоранию и взрыву даже будучи проткнуты насквозь металлическим предметом. Такое повреждение считается самым «жёстким» краш-тестом для аккумуляторов, так как оно приводит к короткому замыканию внутри ячейки.
Таким образом, литий-ионные аккумуляторы сегодня – это современные, надёжные и компактные источники энергии, которые используются повсеместно и ежедневно, не представляя угрозу нашей безопасности. Этому способствует непрекращающийся процесс модернизации аккумуляторов, проверенные алгоритмы системы контроля и управления батареей и накопленный опыт предыдущих ошибок за уже почти тридцатилетнюю эксплуатацию литий-ионных аккумуляторов.

2. Литий-ионные батареи дороже свинцово-кислотных
Данное утверждение хоть и не является мифом, но не до конца правдиво. Действительно, на данном этапе развития технологий капитальные затраты на приобретение систем накопления энергии с литий-ионными батареями могут в 2-4 раза превышать капитальные затраты на приобретение тех же систем со свинцово-кислотными батареями.

Однако, как показывают результаты опытной эксплуатации и расчётов, проведённых на экономических моделях, совокупная стоимость владения систем хранения энергии с литий-ионными батареями ниже, чем у тех же систем со свинцово-кислотными батареями. Данный эффект достигается за счёт следующих преимуществ литий-ионных батарей перед свинцово-кислотными:
• более редкая замена аккумуляторов: срок службы до 20 лет против 2-6 лет у свинцово-кислотных;
• практически полное отсутствие затрат на обслуживание;
• более высокая плотность энергии: до 300 Вт×ч/кг против 50 Вт×ч/кг у свинцово-кислотных;
• как следствие высокой плотности энергии, меньше занимаемая площадь и масса готового решения;
• отсутствие эффекта памяти;
• высокая скорость зарядки с меньшими потерями: до 1-2 часов с КПД 93% против 4-10 часов с КПД 64% у свинцово-кислотных батарей;
• продвинутые возможности мониторинга и управления батареей.
Благодаря совокупности этих факторов, приобретение и установка литий-ионных батарей может стать выгоднее использования свинцово-кислотных уже начиная со 2 года эксплуатации. Стоит отметить, что срок окупаемости капитальных затрат зависит от конкретного применения и может быть как меньше, так и больше указанного.
Помимо этого, следует помнить, что удельная стоимость кВтч энергии, запасаемой литий-ионными батареями, ежегодно снижается. Это делает технологию более доступной, позволяя создавать на её основе более безопасные, надёжные и удобные в эксплуатации системы накопления энергии.

3. Литий-ионные батареи не работают на холоде

Этот миф, как и миф об пожаро- и взрывоопасности литий-ионных аккумуляторов, пришёл из области мобильной техники. Все помнят времена, когда телефоны на сильном морозе очень быстро теряли свой заряд. Действительно, отдельная ячейка аккумулятора подвержена воздействию отрицательных температур, т.к. при температурах ниже 0 градусов Цельсия отдаваемая ёмкость может уменьшаться на величину до 20-40%.
Очевидно, что одно из основных требований к батареям портативной техники – это её компактность и низкий вес. Телефоны и прочая техника становятся меньше и легче с каждым поколением, а их энергопотребление как минимум не снижается. Данная особенность применения литий-ионных аккумуляторов не позволяет оборудовать их системой термостатирования, необходимой для защиты батареи от температурных воздействий окружающей среды.
Совсем по-другому дело обстоит в технике покрупнее: электротранспорте и стационарных системах накопления энергии. Размеры и масса батарей в такой технике играют не последнюю роль, но всё же увеличенные размеры своей техники позволяют укомплектовать батарею вышеупомянутой системой термостатирования, жертвуя частью производительности ради универсальности применения. Система термостатирования предназначена для поддержания в батарейном отсеке оптимальной температуры для литий-ионных аккумуляторов – от 0 до 25 градусов Цельсия. Системы термостатирования могут быть представлены в виде системы охлаждения, системы нагрева или комбинации этих систем.
Доказательством эффективности работы вне зависимости от погодных условий современных литий-ионных батарей служит непрекращающийся рост продаж электромобилей, в том числе в северных странах – Норвегии, Дании, Финляндии. Также современные стационарные системы на основе литий-ионных батарей обеспечивают бесперебойное питание вне зависимости от погодных условий в самых разных уголках России – от крайнего севера до жаркого юга.
Современные литий-ионные батареи – это не просто аккумуляторная ячейка, а целый комплекс обеспечения эффективного и безопасного использования запасённой электрической энергии. Литий-ионные батареи нашего времени при правильном устройстве системы способны работать в любых погодных условиях – от минус 60 до 50 градусов Цельсия. Именно комплексные решения в одном корпусе делают литий-ионные батареи технологией будущего.

Литий-ионные аккумуляторы так пожароопасны, как все думают?

На прошлой неделе произошел пожар на крупнейшем в мире хранилище электроэнергии – Tesla Megapacks в австралийской Виктории. И это вновь подняло вопрос о том, насколько безопасны литий-ионные аккумуляторы.

В статье на австралийском веб-сайте EcoGeneration отмечается, что такие батареи действительно склонны к возгоранию при определенных обстоятельствах. Главным образом, из-за того, из чего они сделаны. В материале перечислены некоторые легковоспламеняющиеся элементы литий-ионной батареи. Например, жидкий электролит, через который проходят ионы лития, хорошо горит. То же самое с графитом в аноде и пластиком в изоляции батареи.

Но как в батареях начинается возгорание? Это происходит, когда нарушаются оптимальные условия эксплуатации, пояснил доцент Австралийского национального университета и руководитель исследования материалов для аккумуляторов в программе хранения аккумуляторов и интеграции сетей ANU Алексей Глушенков.

Аккумуляторы чувствительны к перегреву и перезарядке. Первоначально перегрев происходит в одном элементе батареи, но может быстро распространиться на все другие элементы в блоке. Производители аккумуляторов стремятся свести к минимуму вероятность этого. К сожалению, недавние инциденты с Tesla Megapack доказали, что полностью исключить опасность не всегда возможно.

Когда аккумуляторный элемент перегревается, внутри него начинают накапливаться газы. Они раздувают его и, в конечном итоге, нарушают целостность оболочки, позволяя проникнуть кислороду и вызвать возгорание. Но как происходит перегрев? Из-за перезарядки, которая также может вызвать нежелательные химические реакции в элементах батареи, что снова может привести к возгоранию.

Самая частая причина всего этого – короткое замыкание. По словам Глушенкова, это могло быть следствием плохой конструкции аккумулятора или производственного брака. Короткое замыкание также может начаться на молекулярном уровне, когда перезаряд батареи приводит к накоплению металлического лития на аноде. Эти наросты превращаются в так называемые дендриты.

“Поскольку данный процесс повторяется снова и снова, дендриты могут проникать через разделитель между двумя электродами, – объясняет Глушенков. – В результате произойдет короткое замыкание, и батарея мгновенно разрядится, что приведет к выделению большого количества тепла”.

Риск пожара, безусловно, представляет собой проблему. Однако большей трудностью является то, что потушить подобный пожар не так-то просто. Это связано со всеми химическими веществами, которые входят в состав батареи. Данные химические вещества создают газы, которые накапливаются в аккумуляторе прямо перед взрывом.

“У нас нет окончательного ответа на вопрос, как лучше всего бороться с возгоранием электромобиля или накопителя энергии, – сказал The Financial Times профессор Университета Ньюкасла Пол Кристенсен. – Литий-ионные аккумуляторы необходимы для декарбонизации нашей планеты. Но их проникновение в общество намного превзошло наши реальные знания о рисках и опасностях, связанных с ними”.

Можно предположить, что риск минимален. В противном случае мы бы слышали о возгорании аккумуляторов каждый день. Но на самом деле, по словам Кристенсена, в последнее время произошло довольно много пожаров в батареях. Всего 38 за период с 2018 года по настоящий момент. В том числе один на складе аккумуляторов Orsted в Великобритании и один в Аризоне на хранилище аккумуляторов, управляемое Arizona Public Services.

Согласно мнению экспертов, способ снизить риск – обеспечить быстрое высвобождение газов, накопившихся в аккумуляторном элементе. Тем не менее, о быстром освобождении легче сказать, чем это сделать. Между тем, как отмечает FT, риск будет только расти из-за более широкого внедрения литий-ионных батарей, в том числе в домашних условиях.

Литий-ионный аккумулятор 1000 Wh | BAHCO

Литий-ионный аккумулятор 1000 Wh | BAHCO | Bahco Russia

The store will not work correctly in the case when cookies are disabled.

JavaScript seems to be disabled in your browser. For the best experience on our site, be sure to turn on Javascript in your browser.

Мы используем файлы cookie, чтобы Вам было удобнее использовать сайт
В соответствии с Общим регламентом по защите данных нам необходимо Ваше согласие на хранение этих файлов. Узнать больше.

Разрешить файлы cookie

Please indicate which country or region you are in to view specific content: /

Закрыть Дополнительная информация

Информация о товаре

• Безопасный: электронное управление литий-ионных аккумуляторов
• Постоянная мощность независимо от уровня запасенной энергии
• Легкий: Лучшее соотношение веса и энергии
• BCL1B10 развивает мощность в 1000 Wh при весе в 4,1 кг литий-ионных элементов
• Умный: Аккумулятор распознает инструмент, который к нему подсоединяется
• Внутреннее управление аккумулятора обеспечивает 24-месячное хранение устройства без подзарядки
• Долгоиграющий: от 1/2 до 2 дней автономии
• Дисплей аккумулятора показывает процент заряда батареи
• Поставляется с ремнем и зарядным устройсвом
• Двойная поддержка ремнем спины пользователя обеспечивает вентиляцию и комфорт
• Оснащен многочисленными настройками для идеальной адаптации к пользователю

Технические характеристики

Download PDF

Как восстановить литий-ионный аккумулятор? | Voltmarket

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 19-01-2021

Литий-ионные аккумуляторы являются, вероятно, одним из самых востребованных расходников в мире. Они эксплуатируются повсюду: от портативной электроники до электромобилей. К сожалению, элементы любой аккумуляторной батареи подвержены деградации вне зависимости от того, эксплуатируется аккумулятор или нет. Иногда АКБ выходит из строя значительно раньше, чем заканчивается потенциальный срок службы.

Если батарея не подает признаков жизни, а сейчас же заменить ее возможности нет, пользователи нередко задаются вопросом, как восстановить литий-ионный аккумулятор. На самом деле это возможно, но только в том случае, если причина неисправности не кроется в активных компонентах.

Рассмотрим ситуации, когда есть смысл пытаться спасти литий-ионный или полимерный аккумулятор, а когда – нет.

Почему аккумулятор не работает

Практически у каждого возникала ситуация, что шуруповерт, смартфон или даже ноутбук попросту не включается, а подключение к зарядному устройству положительных результатов не дает. Если в устройстве используется проприетарная аккумуляторная батарея, а не сборка из стандартных элементов (например 18650), долго искать не надо. Если же аккумулятор (как в шуруповерте или домашнем телефоне) представляет собой сборку, причиной неисправности могут стать вышедшие из строя отдельные элементы. В таком случае неисправные элементы придется искать при помощи вольтметра и, возможно, нагрузочной вилки.

Имея на руках неисправный li-ion аккумулятор, первым делом следует изучить его внешний вид. Если есть следы вздутия (наиболее явно они видны в аккумуляторах мобильных телефонов, когда как в цилиндрических элементах 18650 и других надо внимательно смотреть на основания), о ремонте можно забыть. Восстановление литий-ионных аккумуляторов со следами вздутия невозможно, а их дальнейшая эксплуатация и вовсе опасна. Придется купить новый аккумулятор. В случае с аккумулятором на основе сборки можно попробовать заменить лишь неисправные элементы. Причиной вздутия является образование газов из-за нарушения обмена ионов между анодом и катодом. Если давление слишком высокое, в корпусе может образоваться пробой и из-за контакта с воздухом аккумуляторная батарея воспламенится. Если бескорпусный литий-ионный аккумулятор (чаще всего такие используются в современных смартфонах) был согнут, почти наверняка со временем он в лучшем случае вздуется, а в худшем – воспламенится. Если же причиной неисправности не является физическое воздействие, то это может быть банальная деградация в процессе старения. Если Вы уверены, что аккумулятор “умер” раньше положенного, а физических повреждений нет, возможно его можно ненадолго оживить.

Восстанавливаем литий-ионный аккумулятор

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что далеко не всегда можно продлить жизнь батарее. Рассмотрим ситуацию, когда ненадолго спасти аккумулятор все-таки можно.

Если электроприбор по какой-либо причине длительное время не востребован, а перед хранением аккумулятор не был заряжен, высока вероятность, что АКБ уйдет в глубокий разряд из-за процесса саморазряда. В таком состоянии аккумулятор начинает деградировать, а его напряжение продолжает падать. В один прекрасный момент напряжение упадет до значения, когда контроллер заряда начнет воспринимать АКБ как неисправную и зарядке поддаваться больше не будет. С таким часто сталкивались покупатели некачественных китайских планшетов и смартфонов: бракованный или изначально уставший аккумулятор при разряде гаджета быстро пересекал недопустимое значение напряжения, при котором контроллер воспринимает его как “мертвый”. Причина такого поведения контроллера в том, что при достижении слишком низкого напряжения в батарее происходят необратимые процессы, из-за чего в целях безопасности контроллер не дает использовать АКБ.

Чтобы восстановить безнадежно разряженную батарею, следует зарядить его напрямую, минуя контроллер. Для этого подключите к АКБ источнику питания с напряжением не более 4,2В (если речь идет об одном элементе или аккумуляторе смартфона). Ток также стоит ограничить до низкого значения, желательно не более 100 мАч. Следите за состоянием аккумулятора и проверяйте, поднимается ли его напряжение. Если он набирает емкость, значит его получится восстановить. Когда уровень заряда превысит некий недопустимый минимальный предел, его можно будет заряжать обычным способом. Обращаем внимание, что пережившая глубокий разряд литий-ионная аккумуляторная батарея потеряет значительную часть емкости и долгую эксплуатацию не переживет. Все равно надо будет задуматься о замене элемента.

Восстановление литий-ионных аккумуляторов 18650 может быть несколько проще, так как обычно они подключены к внешнему контроллеру, а встроенный может отсутствовать. В таком случае Вам следует просто подключить глубоко разряженный элемент в блоку питания. Не перепутайте полярности!

Помимо описанного выше способа, в интернете можно найти массу способов восстановить литий-ионный аккумулятор, которые могут показаться немного дикими. В большинстве случаев они опасны и не действенны, поэтому рассматривать их не будем. Хотя о некоторых из них имеется масса положительных отзывов. К примеру, в сети много разговоров о том, что можно поместить аккумулятор в морозильную камеру на полчаса, после чего несколько минут его заряжать. Затем надо дать батарее естественным образом согреться, после чего можно заряжать ее штатным способом. Возможно, сильный холод влияет на полупроводниковые компоненты, используемые в контроллере, и защита перестает препятствовать заряду. Пары минут достаточно для вывода АКБ из глубокого разряда, а уже основной заряд следует проводить после естественного нагрева. Мы такой способ не рекомендуем, ровно как и описанный изначально самый действенный: все на свой страх и риск.

Что же делать?

В любой теме, которая касается восстановления аккумулятора любого типа, можно подвести один и тот же итог: лучше не искать способ восстановить АКБ, а изначально не допускать ее выхода из строя, строго следуя требованиям по эксплуатации, к которым относятся:

• Заряжайте аккумулятор только качественным зарядным устройством. Если оборудование комплектуется зарядным устройством, волноваться не стоит. В ином случае следует купить соответствующий прибор, а не использовать кустарные методы.
• Не допускайте глубокий разряд. Чаще всего причиной глубокого разряда является неправильное хранение без предварительного заряда и дальнейшего контроля емкости. Если устройство не эксплуатируется, аккумулятор все равно требуется периодически заряжать.
• Не допускайте хранение и эксплуатацию аккумулятора при слишком высокой или низкой температуре. Неблагоприятная среда является наиболее частой причиной деградации элементов аккумулятора.

Прибрать за Маском: как бывший техдиректор Tesla зарабатывает на старых литий-ионных аккумуляторах

Четыре года назад технический директор Teslа Джеффри Брайн Страубел активно занимался повышением объемов производства литий-ионных аккумуляторов на заводе около города Рино, штат Невада. Именно тогда он загорелся идеей создания компании, которая будет специализироваться на переработке отходов, образующихся при производстве батарей. Инженер осознал, что из подобных отходов и другой отработанной электроники можно извлекать металлы, а затем перерабатывать их в пригодные для использования литий, кобальт и графит, чтобы производить новые литий-ионные аккумуляторы.

Страубел понял, что если придумать, как недорого перерабатывать отходы в больших масштабах, то можно было бы действительно изменить мир. С одной стороны, благодаря переработке повысился бы объем пригодных для дальнейшего использования редких и ценных металлов. С другой стороны, можно было бы снизить вред, наносимый окружающей среде в связи с добычей полезных ископаемых, а также не допустить попадания токсичных веществ из старых литий-ионных аккумуляторов на специальные свалки.

В 2020-м Страубел основал компанию Redwood Materials в городе Карсон-Сити. Он позиционировал свой проект как «компанию нового поколения по переработке металлов». На тот момент Страубел все еще работал в компании Tesla, в число основателей которой он входит наряду с Илоном Маском и еще тремя инженерами.

Реклама на Forbes

«Повсеместная электрификация набирает обороты, что способствует повышению спроса на литий-ионные аккумуляторы», — рассказывает 45-летний Страубел. «Наша миссия в Tesla заключалась в том, чтобы помочь в ускорении данного процесса и вызвать ажиотаж вокруг электромобилей. Очень приятно наблюдать за этим, однако все происходит даже слишком быстро и опережает возможности цепочки поставок», — добавляет инженер.

В 2020 году компания Tesla продала примерно 500 000 электромобилей, для работы каждого из которых необходимы тысячи литий-ионных аккумуляторов. Ожидается, что в 2021 году объем продаж автомобилей Tesla вырастет на 50%. Спрос на литий-ионные батареи также повышается, так как и гиганты автоиндустрии, вроде General Motors и Volkswagen, и относительно небольшие автопроизводители, типа Lucid и Rivan, активно реализуют планы по наращиванию выпуска машин. В этой связи наблюдается стремительный рост цен на основное сырье для литий-ионных аккумуляторов, в том числе на кобальт (за последние 12 месяцев его стоимость выросла на 69%) и литий (за последние 12 месяцев его стоимость выросла на 127%).

Страубел с удовольствием делится первыми хорошими новостями: спустя всего лишь год работы компания Redwood Materials способна извлекать из отходов и использованной электроники тонны металлов, пригодных для дальнейшей переработки. При этом стоимость этого процесса ниже общей стоимости добычи металлов на месторождениях.

«Большинство людей как будто бы ожидают противоположного. Они считают, что переработка сегодня стоит слишком дорого, но, возможно, станет дешевле в будущем. На самом деле, сегодня переработка металлов конкурентоспособна по цене», — рассказывает Страубел. «Наша цель — добиться того, чтобы переработка стала еще более конкурентоспособной по цене. Затем мы могли бы увеличить объем переработки», — добавляет основатель компании Redwood Materials.

Ночной кошмар Илона Маска. Бренд Rivian создал конкурента Tesla

Страубел предпочитает не рассказывать о финансовых показателях Redwood Materials. Тем не менее можно предположить, что доходы его компании составляют около $20 млн. В июле 2020 года проект Страубела привлек $40 млн от интернет-гиганта Amazon, инвестиционного фонда Breakthrough Energy Ventures и компании Capricorn Investment Group из Пало-Альто. Таким образом, по данным портала PitchBook, общий объем внешнего финансирования Redwood Materials составил $48 млн при оценке стоимости компании в $217 млн.

Страубел, скорее всего, инвестировал в развитие проекта несколько миллионов из собственного состояния, которое оценивается в $900 млн. В настоящее время мощности Redwood Materials позволяют компании извлекать из отходов материалы, которых хватит для ежегодного производства 45 000 комплектов литий-ионных аккумуляторов для электромобилей. Если компания действительно будет производить столько батарей за год, ее доходы возрастут примерно до $90 млн. Эта оценка основана на подсчетах агентства Benchmark Mineral Intelligence, согласно которым стоимость переработанных металлов в одном комплекте литий-ионных батарей составляет около $2000.

В число покупателей переработанных металлов от Redwood Materials входят компания Panasonic, которая производит литий-ионные аккумуляторы на заводе Tesla в Неваде, а также компания Envision AESC, специализирующаяся на производстве батарей для электромобилей. Как и Tesla, Envision AESC поставляет Redwood Materials отходы, образующиеся при производстве литий-ионных аккумуляторов.

По мнению Страубела, стремительный рост спроса на литий-ионные батареи в конечном итоге приведет к появлению рынка переработки, стоимость которого составит «сотни миллиардов» долларов в год. «Когда люди полностью перейдут на электромобили, необходимо будет перерабатывать литий-ионные аккумуляторы всех легковых и грузовых автомобилей в мире. Довольно легко подсчитать, каким будет объем этой индустрии», — отмечает Страубел.

Если Илон Маск довольно разговорчив и откровенно наслаждается своим статусом «иконы зеленых технологий», то не привлекающий к себе излишнего внимания Страубел, дипломированный инженер и выпускник Стэнфордского университета, наоборот, старается тщательно подбирать слова. Когда Маск и Страубел познакомились 18 лет назад, они предвидели революцию на рынке электромобилей. Сегодня она наконец-то постепенно становится реальностью. 

Администрация президента США Джо Байдена призывает к созданию целого ряда стимулов для перехода с автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на электрокары.  Правительство США намерено добиться значительного роста производства легковых и грузовых электромобилей на территории страны. В случае принятия плана по обновлению инфраструктуры объемом $2,25 трлн, который был представлен администрацией Джо Байдена, в Америке выделят $174 млрд на развитие производства электромобилей и литий-ионных аккумуляторов, а также на создание 500 000 новых зарядных станций.

По оценкам Benchmark Mineral Intelligence, в 2021 году мировой спрос на литий-ионные аккумуляторы для электромобилей вырастет на 50% по сравнению с показателями 2020 года и в конечном итоге составит 223 ГВт⋅ч. Аналитики предполагают, что в 2023 году мировой спрос вырастет до 443 ГВт⋅ч, а к 2027 году — до 1,1 ТВт⋅ч. Это означает, что всего за семь лет спрос на литий-ионные аккумуляторы для электромобилей вырастет в восемь раз. Это и далее будет способствовать повышению цен на сырье для их производства.

Директор Benchmark Mineral Intelligence Саймон Мурс считает, что в течение 2021 года стоимость лития будет только расти. По его словам, цены на кобальт, графит, медь и никель тоже «определенно будут расти». «Речь не будет идти о медленном и постепенном росте цен. Мы ожидаем период высокой волатильности», — добавляет Мурс.

В США электромобили все еще занимают небольшой сегмент рынка. В 2020 году на электрокары пришлось примерно 2% объема продаж новых автомобилей. Однако скоро ситуация на рынке кардинально изменится. По прогнозам Boston Consulting Group, уже в 2026 году на электрокары придется более половины объема мировых продаж легковых автомобилей. Ранее аналитики консалтинговой компании предсказывали, что эта веха развития наступит лишь в 2030 году.

«Мария-Антуанетта из Tesla»: Илон Маск может получить самую большую зарплату в жизни в разгар кризиса

Реклама на Forbes

«Сейчас настало то странное время, когда из-за количества новых проектов — как новых компаний-производителей электромобилей, так и новых заводов для производства литий-ионных аккумуляторов — мы не можем предсказать, откуда мы будем брать необходимое сырье», — рассказывает Страубел.  

Его компания планирует не только решить вопрос дефицита сырья. Redwood Materials также хочет помочь индустрии электромобилей стать более экологичной. Дело в том, что электромобили не настолько экологичны, как считает большинство водителей. Около 19% электроэнергии в США все еще вырабатывается за счет сжигания угля, а добыча сырья для производства литий-ионных аккумуляторов — это загрязняющий окружающую среду процесс. «Большинство потребителей наслышаны лишь об экологичности электромобилей. Обратные стороны производственного процесса остаются вне поля зрения», — отметила исполнительный директор Международного торгового центра Памела Кок-Хэмилтон в докладе, опубликованном в июле 2020 года. Международный торговый центр работает под эгидой Всемирной торговой организации (ВТО) и Конференции ООН по торговле и развитию.

Значительная часть лития, например, поставляется из Австралии и солончаков в Аргентине, Боливии и Чили, где наблюдается острый дефицит воды. По данным исследования Организации Объединенных Наций (ООН) за 2020 год, добыча полезных ископаемых в горных районах Анд в Южной Америке связана с выкачиванием большого количества грунтовых вод, что отрицательно сказывается на жизни местного населения: воды не хватает фермерам и пастухам. В том же исследовании ООН отмечается, что большая часть кобальта поставляется из Демократической Республики Конго. Часто кобальт добывают в «кустарных» шахтах, в которых работают десятки тысяч детей. А в пыли в шахтах по добыче никеля могут содержаться уран и другие токсичные материалы, вызывающие респираторные заболевания и врожденные пороки развития плода при беременности.

Соляная равнина Салар-де-Атакама в горном хребте Анд в Чили является одним из крупнейших запасов литиевой соли в мире· Carlos Becerra·Getty Images

По словам Страубела, помимо прочего, традиционная добыча полезных ископаемых малоэффективна. «Весь технологический процесс в этой отрасли заключается в нахождении и разработке месторождения, опустошении ресурсов и дальнейшей ликвидации объекта. По сути, это одноразовое использование ресурсов. Это не соответствует принципам устойчивого развития», — добавляет основатель Redwood Materials.

Изначально Страубел предполагал, что Redwood Materials будет второстепенным проектом Tesla. Инженер даже обсудил создание компании с Маском. «Илон поддержал мою идею и отнесся к ней с энтузиазмом. Однако он не хотел, чтобы этот проект отвлекал нас от основных задач», — вспоминает Страубел. У Tesla есть собственные планы по переработке отходов и созданию нового сырья для поддержки производственных процессов на заводах компании. Тем не менее в настоящее время эти планы не входят в список первоочередных задач автопроизводителя. «Планы по переработке литий-ионных батарей из автомобилей Tesla Model S, которые были произведены четыре года или пять лет назад, находятся на нижних строчках списка приоритетов компании», — добавляет Страубел.

Реклама на Forbes

В 2003 году Страубел и Маск сдружились на почве общего интереса к электрической авиации. На тот момент Страубел работал в небольшой аэрокосмической компании Volacom из Лос-Анджелеса. Он основал ее, чтобы разработать систему питания для высотных летательных аппаратов, которая бы работала на водородных топливных элементах и электричестве.

В 2004 году Страубел начал работать в Tesla и занял должность технического директора. Он получил десятки патентов на электродвигатели и литий-ионные аккумуляторы. Хотя лицом бренда Tesla стал Илон Маск, большую часть основных технологий компании на самом деле создал скромный инженер Страубел. Во время представления квартальной отчетности в июле 2019 года Маск объявил о неожиданной отставке Страубела и кратко описал его огромный вклад в Tesla. «Я бы хотел поблагодарить его за огромную роль в создании и развитии Tesla. Если бы в 2003 году мы не встретились, чтобы пообедать, мы бы не создали Tesla», — заявил миллиардер.

Магия Илона Маска: как Tesla за 10 лет превратилась из проблемного стартапа в компанию дороже Ford и GM

2020 год стал первым годом работы Redwood Materials. За этот период компания переработала 10 000 тонн отходов от производства литий-ионных батарей на заводах Panasonic и Envision AESC, а также использованной электроники (в том числе множество аккумуляторов от Amazon). Страубел ожидает, что за 2021 год Redwood Materials переработает в два раза больше отходов. Его компания также начала получать использованные аккумуляторы (и солнечные панели) от крупнейшего в Северной Америке переработчика электронных отходов Electronic Recyclers International (ERI) и производителя электробусов Proterra.

Основатель и председатель совета директоров ERI Джон Шегериан заявил, что в его компании не знали, как справиться со стремительным ростом количества использованных литий-ионных аккумуляторов. Компания из калифорнийского города Фресно занимается переработкой использованной электроники, поступающей от Best Buy, Samsung и Boeing, а также от различных федеральных агентств и из городов, вроде Нью-Йорка и Лос-Анджелеса. «Электронные приборы постепенно становились все меньше и меньше. Необходимость в шнурах питания отпала, а литий-ионные аккумуляторы начали использовать для работы всех небольших гаджетов. Именно тогда они стали огромной проблемой для нас», — вспоминает Шегериан.

Реклама на Forbes

Дело в том, что его компания не может перерабатывать их самостоятельно. «Мы моментально нашли общий язык. Джей Би [Страубел] показал мне свои технологии и рассказал о своем видении. Наша первая встреча состоялась в Карсон-Сити в прошлом году. Через неделю он приехал сюда и познакомился с нашей компанией. Он видел, сколько старых литий-ионных аккумуляторов оказалось в нашем распоряжении, ведь мы — крупнейшая компания в Америке, которая занимается сбором батарей», — добавляет основатель ERI.

Страубел был рад, что компания ERI передала Redwood Materials как старые литий-ионные аккумуляторы, так и старые солнечные панели. «Это идеальное партнерство», — подчеркивает Шегериан.

Сможет ли Илон Маск выпускать миллион Tesla Model Y в год?

Ежедневно небольшие грузовики привозят все новые и новые партии отработанных аккумуляторов и использованной электроники на завод Redwood Materials в Карсон-Сити. После этого электронные отходы вручную сортируются для дальнейшей переработки. Redwood Materials использует запатентованный гидрохимический процесс для отделения различных металлов. При этом некоторые аккумуляторы предварительно нагревают в печах. Затем полученный сплав подвергается химической обработке, чтобы из него можно было получить пригодные для использования материалы. «Мы в основном делим все на части с помощью химической обработки, а затем начинаем отделять полезные материалы и использовать их в качестве составных элементов для производства новых батарей», — добавляет Страубел.

Однако не только Redwood Materials планирует создать прибыльный бизнес на переработке литий-ионных батарей. Канадский конкурент компании Страубела Li-Cycle тоже планирует получать старые аккумуляторы и отходы от их производства для дальнейшей переработки. Крупные автопроизводители, вроде Volkswagen, также хотели бы получать и вновь использовать батареи для электромобилей. «Энергетика и транспорт привлекают повышенное внимание к вопросам устойчивого развития. Сырьевая и добывающая промышленности пока не привлекают такого же внимания к этой теме. Я верю, что однажды все изменится. Это просто обязано произойти», — подчеркивает Страубел.

Реклама на Forbes

Перевод Полины Шеноевой

Ремонт и восстановление литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы – это элементы питания многократного действия, предназначенные для циклического использования в режиме заряд-разряд. Внутри них протекают обратимые химические процессы окисления и восстановления. Заряд от катода к аноду и в обратном направлении переносят ионы лития, которые встраиваются в кристаллическую решетку графита и оксидов металлов, образуя химическую связь.

При эксплуатации Li-ionаккумуляторов энергия обратимых химических процессов преобразуется в электроэнергию, которая используется для автономного питания приборов и техники. Такими элементами питания оснащаются разнообразные устройства – от фонариков и шуруповертов до персонального электротранспорта, складской техники, ИБП и аккумуляторных электростанций.

Срок службы Li-ionаккумуляторов исчисляется циклами заряд-разряд, зависит от типа используемой химии и в среднем составляет около 1000 циклов. Постепенно даже при полном соблюдении правил эксплуатации в аккумуляторах протекают необратимые процессы деградации. На практике это проявляется как:

• снижение исходной емкости;
• сокращением времени автономной работы;
• повышением внутреннего сопротивления;
• неспособность к зарядке;
• периодическое отключение нагрузки;
• постепенная потеря работоспособности.

Причины деградации Li-ion аккумуляторов

С каждым циклом заряд-разряд в Li-ionэлементах питания накапливаются структурные повреждения. Объем электродов постепенно уменьшается, и емкость аккумуляторов снижается. Процесс деградации ускоряется при глубоком разряде, перезаряде и экстремальных температурах.Рабочий диапазон напряжений Li-ionаккумуляторов – от 2,7 до 4,2В, оптимальная температура – +23 °С, допустимые – от -20 до +60 °С.

Для долгой и эффективной работы литий-ионные батареи оснащаются BMSплатами. Эти устройства контроля и защиты поддерживают напряжение в безопасном диапазоне, не допускают перезаряда, глубокого разряда, короткого замыкания и других опасных состояний.

В процессе заряда аккумуляторной батареи BMSплата останавливает процесс, когда напряжение достигает верхней границы. Аналогично она отключает нагрузку, если напряжение любого элемента в батарее достигает минимального предела в 2,7 В. Также она следит за токами заряда и разряда, не допуская их превышения. Поэтому использование BMSплаты – это наиболее эффективный способ избежать преждевременного износа или необходимости ремонта литий-ионных аккумуляторов.

Ремонт и восстановление Li-ionбатареи

Вышедшие из строя аккумуляторы, т.е. отдельные ячейкиLi-ion, восстановлению или ремонту не подлежат. Они сдаются на утилизацию и заменяются новыми элементами. Другое дело – аккумуляторная батарея. В ее составе могут быть и неисправные, и вполне работоспособные элементы питания. В таком случае имеет смысл выявить и заменить неисправные элементы, восстановив работоспособность АКБ.

В процессе эксплуатации аккумуляторных батарей некоторые элементы могут приходить в негодность раньше других. В таких случаях целесообразна замена вышедших из строя литиевых аккумуляторов и восстановление АКБ, особенно если основная часть элементов – работоспособны. Иногда кроме замены неисправных ячеек требуется ремонт корпуса, замена контроллера, проводов и других компонентов АКБ.

Целесообразность ремонта АКБ

С экономической точки зрения ремонт аккумуляторной батареи выгоден в том случае, если она еще не отработала свой ресурс, а проблемы связаны с неисправностью одного или нескольких элементов. Их замена обойдется дешевле, чем покупка новой АКБ.

Но если, например, батарея была собрана из б/у аккумуляторов от ноутбука, рассчитывать на ее долговечность не приходится. И если в работе такой АКБ возникли неполадки, они с большой долей вероятности связаны с износом всех или большинства ячеек. Ремонтировать такую батарею нет смысла – нужно покупать или собирать новую.

Если сработала защита

После глубокого разряда и длительного пребывания в таком состоянии защитная электроника блокирует аккумулятор и не позволяет зарядить его. Это происходит неслучайно. При глубоком разряде в области анода образуются кристаллики металлического лития, а между анодом и катодом возникают металлические мостики. При дальнейшем заряде аккумы с такими дефектами склонны к перегреву и возгоранию. Поэтому зарядка элементов питания после долгого пребывания в разряженном состоянии опасна, как и их дальнейшая эксплуатация.

Алгоритм ремонта Li-ionбатареи

Поиск неисправных аккумуляторов при ремонтеLi-ionбатареи и их замена – это суть восстановительных работ. Изначально сравниваются значения выходного и номинального напряжения. Для батарей количество элементов в последовательной сборке умножается на 4,2 В. После этого:

1. Проверяется состояние клемм, предохранителей, контактов, проводов, тумблера включения батареи.
2. Измеряется напряжение на ячейках, и определяются «слабые звенья» – аккумы с малым напряжением.
3. Нерабочие элементы выпаиваются из аккумуляторной сборки и заменяются исправными.
4. Аналогично проверяются ячейки в остальных параллелях. Неисправные элементы подлежат замене.
5. Выполняется тестирование – окончательная проверка параметров и работоспособности батареи.

Восстановление Li-ionбатарей в Москве

Одна из услуг компании Виртус Технолоджи – ремонт и восстановление литий-ионных АКБ. Если в работе вашей аккумуляторной батареи возникли неполадки, мы можем провести ее диагностику и восстановить работоспособность. Если же АКБ не подлежит восстановлению, мы соберем для вас новую батарею с заданными характеристиками и гарантией качества.

В распоряжении наших специалистов – современное диагностическое оборудование, все необходимые инструменты и ценный опыт, поэтому работы любой сложности выполняются безукоризненно. Мы работаем и со съемными аккумуляторными батареями, и с АКБ, встроенными в раму или другую часть техники. Чтобы оставить заявку на ремонтно-восстановительные работы, воспользуйтесь предложенной формой.

Размышление о химии катода литий-ионных аккумуляторов

1.

Арманд, М. и Тараскон, Дж. М. Создание более совершенных аккумуляторов. Природа 451 , 652–657 (2008).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

2.

Мантирам А. Взгляд на технологию литий-ионных батарей. ACS Cent. Sci. 3 , 1063–1069 (2017).

Артикул CAS PubMed PubMed Central Google ученый

3.

Гуденаф, Дж. Б. и Парк, К.-С. Литий-ионная аккумуляторная батарея: перспектива. J. Am. Chem. Soc. 135 , 1167–1176 (2013).

Артикул CAS PubMed PubMed Central Google ученый

4.

Уиттингем М.С. и Джейкобсон А.Дж. Intercalation Chemistry (Academic Press, New York, 1982).

Google ученый

5.

Аронсон, С., Сальцано, Ф. Дж. И Беллафиоре, Д. Термодинамические свойства пластинчатых соединений калий-графит на основе измерений ЭДС в твердом состоянии. J. Chem. Phys. 49 , 434–439 (1968).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

6.

Gamble, F. R. et al. Интеркаляционные комплексы оснований Льюиса и слоистых сульфидов: большой класс новых сверхпроводников. Наука 174 , 493–497 (1971).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

7.

Томпсон А. Х. Электрон-электронное рассеяние в TiS ₂ . Phys. Rev. Lett. 35 , 1786–1789 (1975).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

8.

Уиттингем М.С. Накопление электрической энергии и химия интеркаляции. Наука 192 , 1126–1127 (1976).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

9.

Кох В.Р. Состояние вторичного литиевого электрода. J. Источники энергии 6 , 357–370 (1981).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

10.

Брандт К. Историческое развитие вторичных литиевых батарей. Твердотельный ион. 69 , 173–183 (1994).

Артикул CAS Google ученый

11.

Гуденаф, Дж. Б. Оксиды металлов. Прог. Solid State Chem. 5 , 145–399 (1971).

Артикул CAS Google ученый

12.

Мидзусима К., Джонс П. К., Уайзман П. Дж. И Гуденаф Дж. Б. Ли _x CoO ₂ (0 Mater. Res. Бык. 15 , 783–798 (1980).

Артикул CAS Google ученый

13.

Nishizawa, M., Yamamura, S., Itoh, T. & Uchida, I. Необратимое изменение проводимости Li _{1 – x} CoO ₂ при электрохимическом введении / извлечении лития, желательно для батарей . Chem. Связь . 1631 (1998).

14.

Chebiam, R.V., Prado, F. & Manthiram, A.Мягкий химический синтез и характеристика слоистого Li _{1 − x} Ni _{1 − y} Co _y O _{2 − δ} (0 ≤ x ≤ 1 и 0 ≤ y ≤ 1). Chem. Матер. 13 , 2951–2957 (2001).

Артикул CAS Google ученый

15.

Чебиам Р. В., Каннан А. М., Прадо Ф. и Мантирам А. Сравнение химической стабильности катодов с высокой плотностью энергии литий-ионных аккумуляторов. Электрохим.Commun. 3 , 624–627 (2001).

Артикул CAS Google ученый

16.

Venkatraman, S., Shin, Y. & Manthiram, A. Фазовые отношения, структурная и химическая стабильность заряженного Li _1-x CoO _2-δ и Li _1-x Ni _0,85 Co _0,15 O _2-δ . Электрохим. Solid State Lett. 6 , A9 – A12 (2003).

Артикул CAS Google ученый

17.

Брюс П. и Армстронг А. Р. Синтез слоистого LiMnO ₂ в качестве электрода для перезаряжаемых литиевых батарей. Nature 381 , 499–500 (1996).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

18.

ДеПичотто, Л. А., Теккерей, М. М., Дэвид, В. И. Ф., Брюс, П. Г. и Гуденаф, Дж. Б. Структурная характеристика делитированного LiVO ₂ . Mater. Res. Бык. 19 , 1497–1506 (1984).

Артикул CAS Google ученый

19.

Датта Г. , Мантирам А. и Гуденаф Дж. Б. Химический синтез и свойства Li _{1 − δ − x} Ni _{1 + δ} O ₂ и Li [Ni ₂ ] О ₄ . J. Solid State Chem. 96 , 123–131 (1992).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

20.

Rougier, A., Граверо П. и Дельмас К. Оптимизация состава электродных материалов Li _{1 − z} Ni _{1 + z} O ₂ : структурные, магнитные и электрохимические исследования. J. Electrochem. Soc. 143 , 1168–1175 (1996).

Артикул CAS Google ученый

21.

Теккерей, М.М., Дэвид, Виф и Гуденаф, Дж. Б. Структурная характеристика литированных оксидов железа Li _x Fe ₃ O ₄ и Li _x Fe ₂ O ₃ ( 0 <х <2). Mater. Res. Бык. 17 , 785–793 (1982).

Артикул CAS Google ученый

22.

Теккерей М. М., Дэвид В. И. Ф., Брюс П. Г. и Гуденаф Дж. Б. Введение лития в марганцевые шпинели. Mater. Res. Бык. 18 , 461–472 (1983).

Артикул CAS Google ученый

23.

Теккерей, М. М.Структурные аспекты слоистых и литиированных оксидов шпинели для литий-ионных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 142 , 2558–2563 (1995).

Артикул CAS Google ученый

24.

Гаммоу, Р. Дж., Де Кок, А. и Теккерей, М. М. Улучшенное сохранение емкости в перезаряжаемых литиевых / литий-марганцевых (шпинельных) элементах 4 В. Твердотельный ион. 69 , 59–67 (1994).

Артикул CAS Google ученый

25.

Чой В. и Мантирам А. Сравнение растворения ионов металлов с катодов литий-ионных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 153 , A1760 – A1764 (2006).

Артикул CAS Google ученый

26.

Хантер Дж. К. Получение новой кристаллической формы диоксида марганца: λ-MnO ₂ . J. Solid State Chem. 39 , 142–147 (1981).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

27.

Chun Zhan, C. et al. Осаждение Mn (II) на анодах и его влияние на затухание емкости в системах шпинелевый манганат лития – углерод. Nat. Commun. 4 , 2437 (2013).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

28.

де Пиччиотто, Л. А. и Теккерей, М. М. Реакции введения / экстракции лития с LiV ₂ O ₄ . Mater. Res. Бык. 20 , 1409–1420 (1985).

Артикул Google ученый

29.

Томас, М. Г. С. Р., Дэвид, В. И. Ф., Гуденаф, Дж. Б. и Гровс, П. Синтез и структурная характеристика нормальной шпинели Li [Ni ₂ ] O ₄ . Mater. Res. Бык. 20 , 1137–1146 (1985).

Артикул CAS Google ученый

30.

Choi, S. & Manthiram, A.Синтез и электрохимические свойства катодов из шпинели LiCo ₂ O ₄ шпинели. J. Electrochem. Soc. 149 , A162 – A166 (2002).

Артикул CAS Google ученый

31.

Kan, WH, Huq, A. & Manthiram, A. Низкотемпературный синтез, структурная характеристика и электрохимия Ni-богатого шпинелоподобного LiNi _{2 – y} Mn _y O ₄ (0,4 ≤ y ≤ 0,1). Chem.Матер. 27 , 7729–7733 (2015).

Артикул CAS Google ученый

32.

Чжун, К., Бонакдарпур, А., Чжан, М., Гао, Ю. и Дан, Дж. Р. Синтез и электрохимия LiNi _x Mn _{2 − x} O ₄ . J. Electrochem. Soc. 144 , 205–213 (1997).

Артикул CAS Google ученый

33.

Manthiram, A., Chemelewski, K. & Lee, E.-S. Перспектива высоковольтного LiMn _1,5 Ni _0,5 O ₄ шпинельный катод для литий-ионных аккумуляторов. Energy Environ. Sci. 7 , 1339–1350 (2014).

Артикул CAS Google ученый

34.

Гопалакришнан Дж. И Мантирам А. Топохимически контролируемое водородное восстановление молибдатов редкоземельных металлов, связанных с шеелитом. Dalton Trans. 3 , 668–672 (1981).

Артикул Google ученый

35.

Мантирам А. и Гуденаф Дж. Б. Введение лития в Fe ₂ (MO ₄ ) ₃ каркасы: сравнение M = W с M = Mo. J. Solid State Chem. 71 , 349–360 (1987).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

36.

Мантирам, А. и Гуденаф, Дж. Б. Введение лития в каркас Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ . J. Источники энергии 26 , 403–406 (1989).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

37.

Manthiram, A., Swinnea, JS, Sui, ZT, Steinfink, H. & G динаф, JB Влияние изменения кислорода на кристаллическую структуру и фазовый состав сверхпроводника YBa ₂ Cu ₃ О _{7 − х} . J. Am. Chem. Soc. 109 , 6667–6669 (1987).

Артикул CAS Google ученый

38.

Ахуджа Г. Исследование некоторых вводимых соединений лития. Кандидат наук. Диссертация, Глава 5, стр. 92–114, Техасский университет в Остине (1991).

39.

Падхи, А. К., Нанджундасвами, К. С. и Гуденаф, Дж. Б. Фосфо-оливины в качестве материалов положительных электродов для перезаряжаемых литиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 144 , 1188–1194 (1997).

Артикул CAS Google ученый

40.

Masquelier, C. & Croguennec, L. Полианионные (фосфаты, силикаты, сульфаты) каркасы в качестве электродных материалов для перезаряжаемых Li (или Na) батарей. Chem. Ред. 113 , 6552–6591 (2013).

Артикул CAS Google ученый

41.

Huang, H., Yin, SC, Kerr, T., Taylor, N. & Nazar, LF Наноструктурированные композиты: высокая емкость, высокая скорость Li ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ / угольный катод для литиевых аккумуляторных батарей. Adv. Матер. 14 , 1525–1528 (2002).

Артикул CAS Google ученый

42.

Jian, Z. et al. Углеродистый Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ в качестве нового электродного материала для ионно-натриевых батарей. Электрохим. Commun. 14 , 86–89 (2012).

Артикул CAS Google ученый

43.

Говер, РКБ, Брайан, А., Бернс, П. и Баркер, Дж. Электрохимические вставляемые свойства фторфосфата натрия ванадия, Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₂ Ф ₃ . Твердотельный ион. 177 , 1495–1500 (2006).

Артикул CAS Google ученый

44.

Нитта, Н., Ву, Ф., Ли, Дж. Т. и Юшин, Г. Материалы литий-ионных аккумуляторов: настоящее и будущее. Mater. Сегодня 18 , 252–264 (2015).

Артикул CAS Google ученый

45.

Даути, Д. Х. и Рот, Э. П. Общее обсуждение безопасности литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Soc. Интерфейс 21 , 37–44 (2012).

CAS Google ученый

46.

Данн Б., Камат Х. и Тараскон Ж.-М. Накопитель электроэнергии для сети: батарея выбора. Наука 334 , 928–935 (2011).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

47.

Kim, J. S. et al. Электрохимические и структурные свойства xLi ₂ M′O ₃ . (1 − x) LiMn _0,5 Ni _0,5 O ₂ электродов для литиевых батарей (M ′ = Ti, Mn, Zr; 0 ≤ x ≤ 0.3). Chem. Матер. 14 , 1996–2006 (2004).

Артикул CAS Google ученый

48.

Armstrong, A. R. et al. Демонстрация потери кислорода и связанной с этим структурной реорганизации в катоде литиевой батареи Li [Ni _{0,2 ​​} Li _{0,2 ​​} Mn _0,6 ] O ₂ . J. Am. Chem. Soc. 128 , 8694–8698 (2006).

Артикул CAS Google ученый

49.

Ассат, Г., Тараскон, Ж.-М. Фундаментальное понимание и практические проблемы анионной окислительно-восстановительной активности в литий-ионных батареях. Nat. Энергетика 3 , 373–386 (2018).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

50.

Li, W., Erickson., E. & Manthiram, A. Катоды из слоистого оксида с высоким содержанием никеля для автомобильных аккумуляторов на литиевой основе. Nat. Энергетика 5 , 26–24 (2020).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

51.

Li, W. et al. Динамическое поведение межфазных границ и его влияние на катодные материалы с высокой плотностью энергии в литий-ионных батареях. Nat. Commun. 8 , 14589 (2017).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

52.

Li, W. et al. Mn по сравнению с Al в слоистых оксидных катодах в литий-ионных батареях: всесторонняя оценка долгосрочной циклируемости. Adv. Energy Mater. 8 , 1703154 (2018).

Артикул CAS Google ученый

53.

Li, J. & Manthiram, A. Всесторонний анализ межфазной и структурной эволюции при длительном циклировании катодов сверхвысокого никеля в литий-ионных батареях. Adv. Energy Mater. 9 , 11 (2019).

Артикул CAS Google ученый

54.

Zou, L. et al. Решетчатое легирование регулирует межфазные реакции в катоде для повышения стабильности при циклировании. Nat. Commun. 10 , 3447 (2019).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed PubMed Central Google ученый

55.

You, Y., Celio, H., Li, J., Dolocan, A. & Manthiram, A. Устойчивый химический состав поверхности модифицированных катодов с высоким содержанием никеля для литий-ионных аккумуляторов в атмосфере окружающего воздуха. Angew.Chem. Int. Эд. 57 , 6480–6485 (2018).

Артикул CAS Google ученый

56.

Джи, Х., Ли, К. Т. и Назар, Л. Ф. Высокоупорядоченный наноструктурированный углерод-серный катод для литий-серных батарей. Nat. Матер. 8 , 500–506 (2009).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

57.

Брюс, П. Г., Фрейнбергер, С.А., Хардвик, Л. Дж. И Тараскон, Дж. М. Li-O ₂ и Li-S батареи с высоким накопителем энергии. Nat. Матер. 11 , 19–29 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

58.

Chung, S.-H. И Мантирам, А. Текущее состояние и перспективы развития металло-серных батарей. Adv. Матер. 31 , 1

5 (2019).

Артикул CAS Google ученый

59.

Бхаргав А., Хе Дж., Гупта А. и Мантирам А. Литий-серные батареи: достижение критических показателей. Джоуль 4 , 285–291 (2020).

Артикул Google ученый

Технологии литиевых батарей – Системы батарей Li-Ion и LiFePO4

В

Epec Engineered Technologies работают наши опытные инженерные, конструкторские, качественные и производственные группы, поэтому наши клиенты могут быть уверены в технически совершенных решениях по аккумуляторным батареям, отвечающим уникальным требованиям их конкретных приложений.Мы специализируемся на перезаряжаемых и неперезаряжаемых литиевых элементах и ​​аккумуляторных батареях, поскольку работаем с различными химическими составами литиевых элементов, чтобы предложить варианты и решения для требовательных приложений по всему миру.

Наши широкие производственные возможности позволяют нам создавать как самые простые аккумуляторные блоки, так и индивидуальные блоки со специализированными схемами, разъемами и корпусами. От малых до больших объемов, у нас есть возможности и отраслевой опыт для удовлетворения уникальных потребностей всех производителей оригинального оборудования, поскольку наша опытная команда инженеров может проектировать, разрабатывать, тестировать и производить индивидуальные аккумуляторные решения для конкретных нужд большинства приложений.

Epec предлагает готовые решения, основанные на требованиях и спецификациях клиентов. Мы сотрудничаем с ведущими производителями ячеек, чтобы предоставить оптимальные решения, и мы разрабатываем и интегрируем самую сложную электронику управления и контроля в аккумуляторные блоки компании.

---

Литий-ионный, литий-полимерный и литий-железный фосфат

Литий

обеспечивает самую высокую емкость (ампер-часы или «Ач») на единицу веса из всех металлов, что делает его идеальным материалом для литиевого анода.Системы с литиевыми аккумуляторами обладают явными преимуществами по сравнению с другими системами аккумуляторов, особенно в отношении длительного срока службы, надежности и емкости.

Литиевый источник питания дает значительное преимущество, если:

• Требуется высокое напряжение (например, от 3,0 до 3,9 В на элемент)
• Схема подзарядки недоступна или слишком дорогая
• Источник питания должен быть как можно более легким
• Требуется длительный срок хранения
• Требуется широкий диапазон температур
• Надежность имеет решающее значение
• Требуется чрезвычайно высокая плотность энергии
• Экологические факторы, такие как температура, вибрация или удары, особенно серьезны
• Ваше приложение требует постоянного источника питания в течение длительного периода времени

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторные батареи всегда должны использоваться со схемой защиты, чтобы предотвратить перезарядку или разрядку элемента. Выбор правильной схемы и ее правильное применение жизненно важны для долговечности ваших батарей и вашей собственной безопасности.

* Важное примечание! Мы рекомендуем никогда не использовать литий-ионные / полимерные батареи без защитных элементов. Без защиты небольшая ошибка при их использовании может привести к повреждению аккумулятора, и они имеют гораздо более высокий риск взрыва или возгорания.

---

Литиевые батареи

Литиевые батареи – это одноразовые (первичные) батареи, в которых в качестве анода используется металлический литий или соединения лития.В зависимости от конструкции и используемых химических соединений литиевые элементы могут создавать напряжение от 1,5 В до примерно 3,7 В, что в два раза превышает напряжение обычной угольно-цинковой батареи или щелочной батареи.

Основной литиевый аккумулятор для устройства слежения за преобразованием

---

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи – это тип перезаряжаемой батареи, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному электроду (катоду) во время разряда и от катода к аноду во время заряда. Литий-ионные батареи широко используются в портативной бытовой электронике из-за их высокого отношения энергии к весу, отсутствия эффекта памяти и медленного саморазряда, когда они не используются.

Три основных функциональных компонента литий-ионной батареи – это анод, катод и электролит, для которых могут использоваться различные материалы.

В промышленном отношении наиболее популярным материалом для изготовления анода является графит. Катод обычно представляет собой один из трех материалов: слоистый оксид (например, оксид лития-кобальта), один на основе полианиона (например, фосфат лития-железа) или шпинель (например, оксид лития-марганца), хотя такие материалы, как TiS2 ( дисульфид титана).

В зависимости от выбора материала анода, катода и электролита, напряжение, емкость, срок службы и безопасность литий-ионной батареи могут резко измениться.

Литий-ионный аккумулятор для устройства слежения за GPS

---

Литий-полимерный (LiPo)

Литий-ионные полимерные батареи , литий-ионные полимерные батареи или литий-полимерные батареи – это перезаряжаемые батареи (вторичные элементы), обычно состоящие из нескольких идентичных вторичных элементов, включенных параллельно, чтобы увеличить ток разряда.

Литий-полимерный аккумулятор для медицинского применения

---

Литий-фосфат железа (LiFePO

₄ )

Технология на основе фосфата обладает превосходной термической и химической стабильностью, что обеспечивает лучшие характеристики безопасности, чем у литий-ионной технологии, изготовленной с использованием других катодных материалов. Литий-фосфатные элементы негорючие в случае неправильного обращения во время зарядки или разрядки, они более стабильны в условиях перезаряда или короткого замыкания и могут выдерживать высокие температуры без разложения.Когда все же происходит неправильное обращение, катодный материал на основе фосфата не горит и не склонен к тепловому выходу из строя. Химический состав фосфатов также обеспечивает более длительный жизненный цикл.

Сравнение химического состава литий-ионного катода (используется с угольными анодами)

Материал катода	Типичное напряжение (В)	Плотность энергии		Термическая стабильность
		Гравимерный (Втч / кг)	Объемный (Вт · ч / л)
Оксид кобальта	3. 7	195	560	Плохо
Никель-кобальт-оксид алюминия (NCA)	3,6	220	600	Ярмарка
Никель-кобальт-оксид марганца (NCM)	3.6	205	580	Ярмарка
Оксид марганца (шпинель)	3,9	150	420	Хорошо
Фосфат железа (LFP)	3. 2	90-130	333	Очень хорошо

---

Поставщик решений для хранения энергии

Мы производим передовые продукты, сочетая точный инжиниринг с обширным опытом применения, чтобы помочь клиентам интегрировать решения по хранению энергии в свои продукты. Epec Engineered Technologies обладает проверенными технологиями и опытом интеграции, чтобы довести ваши приложения от концепции до коммерциализации.

Подробнее читайте в нашем блоге о хранении литиевых батарей.

×

Ebook Скачать

Плюсы и минусы никелевых аккумуляторов над литиевыми

5 вещей, которые нужно знать при выборе химического состава клетки

Загрузите вашу копию

поврежденных литий-ионных батарей: хранение и транспортировка

От крошечных никель-кадмиевых кнопочных батарей до аккумуляторных блоков питания для инструментов и электроники – вы, вероятно, используете и храните много батарей для повседневной работы на своем предприятии. Но по мере того, как новые типы батарей выходят на рынок и используются в промышленности, может потребоваться разработка и пересмотр методов безопасного хранения, использования и обращения.

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы

являются одним из примеров этих новых аккумуляторных технологий. Они легкие, обладают высокой плотностью энергии и могут заряжаться много раз. Помимо электроники и фонарей, литий-ионные батареи используются в портативных инструментах и ​​даже в транспортных средствах.

Литий-ионные аккумуляторы

содержат анод, катод и электролит.Эти компоненты расположены внутри корпуса, что позволяет батарее нормально функционировать. Но при неправильном хранении или неправильном обращении аккумулятор может стать опасным.

Из этой статьи вы узнаете, как обращаться, хранить, отправлять и утилизировать поврежденные литий-ионные батареи. Он также предоставит справочную информацию об опасностях, связанных с литий-ионными аккумуляторами, и несколько советов о том, как предотвратить повреждение аккумулятора.

Уход за поврежденными, неисправными, сломанными или отозванными литий-ионными аккумуляторами

Как хранить поврежденные литий-ионные батареи

Поврежденные литий-ионные батареи могут привести к утечке электролита, поэтому важно использовать соответствующие средства индивидуальной защиты (очки, перчатки, фартук и т. Д.).) во время обращения. Для безопасного хранения в ожидании надлежащей утилизации поместите аккумулятор в контейнер с песком или другим химически инертным амортизирующим материалом. Не выбрасывайте поврежденные батареи в обычные мусорные контейнеры или контейнеры для вторичной переработки.

Утилизация поврежденных литий-ионных батарей

Являются ли литий-ионные батареи опасными отходами?

Когда литий-ионные батареи находятся на вашем предприятии, Агентство по охране окружающей среды классифицирует их как универсальные отходы (вы также можете управлять ими как опасными отходами, регулируемыми RCRA).Когда с ними обращаются как с универсальными отходами, их нужно отправлять на переработку, а не на свалку.

DOT также может влиять на то, как вы управляете своими литий-ионными батареями. После того, как ваши литий-ионные аккумуляторы будут установлены в док-станцию ​​и будут приняты меры по транспортировке, вам необходимо соблюдать правила DOT по опасным материалам.

Литий-ионные батареи, поврежденные при транспортировке

Мы часто слышим от клиентов вопрос: «Как утилизировать сломанную литий-ионную батарею?» Поврежденные, дефектные, сломанные и отозванные литий-ионные батареи должны быть надлежащим образом упакованы и отправлены, чтобы они не создавали проблем с безопасностью во время транспортировки.Предприятия, предлагающие эти батареи для транспортировки, должны соблюдать положения 49 CFR 173.185 при подготовке этих элементов к отправке.

Эти положения можно выполнить, приняв такие меры, как использование контейнера с рейтингом ООН с крышкой, наклеивание знака опасности класса 9 и окружение упакованной батареи вермикулитом. Груз должен быть помечен соответствующей транспортной этикеткой ООН и другой необходимой маркировкой.

Опасности для литий-ионной батареи

Мы часто слышим два вопроса: «Что произойдет, если вы сломаете литий-ионный аккумулятор?» и «Чем опасны литий-ионные батареи?»

Сломанные или треснувшие корпуса могут пропускать влагу и кислород в аккумулятор и окислять литиевые компоненты, вызывая тепловую реакцию.Это может привести к пожару или взрыву. Перегрев, перезарядка и удар от падения или раздавливания также могут вызвать тепловые реакции.

Литий-ионные аккумуляторы

, которые перегреваются, имеют запах, обесцвечиваются, деформируются, вздуваются или вздуваются, должны быть немедленно изъяты из эксплуатации и изолированы.

Сгорел литий-ионный аккумулятор

Перезаряженные, перегретые и поврежденные литий-ионные аккумуляторы могут загореться, поскольку литиевые компоненты аккумулятора подвержены окислению.Электролит в батарее, который обычно состоит из солей лития и органических растворителей, также легко воспламеняется. Возгорание литий-ионных аккумуляторов трудно потушить, и при этом могут выделяться раздражающие пары и токсичные пары.

Зоны, где хранятся и используются литий-ионные аккумуляторы, должны быть оборудованы огнетушителями класса D, а сотрудники, которые будут бороться с зарождающимся возгоранием литий-ионных аккумуляторов, должны быть обучены тому, как пользоваться огнетушителями. Также можно использовать сухие химические и пенные огнетушители.Как и в случае любого пожара, если он перешел в начальную стадию, с ним следует бороться обученной пожарной бригадой или группой пожарного реагирования.

Часто задаваемые вопросы по обращению и хранению литий-ионных аккумуляторов

Какие советы по безопасному обращению с литий-ионными аккумуляторами?

Неправильное обращение может вызвать повреждение аккумуляторов, что может привести к перегреву, возгоранию или взрыву. Вот наши советы по правильному обращению с литий-ионными батареями:

Do:

• Извлеките батареи из устройств, которые не будут использоваться в течение длительного времени
• Держите батареи подальше от источников электромагнитного излучения
• Сохраняйте батареи в целости и сохранности
• Изолируйте батареи с признаками повреждения

Запрещается:

• Падение или раздавливание аккумуляторной батареи
• Используйте вздутые, помятые, раздутые, протекающие или поврежденные батареи
• Прокол батарейных отсеков
• Переделать аккумулятор любым способом

Как следует хранить литий-ионные батареи?

Правильное хранение предотвращает повреждение батарей и продлевает срок их службы (обычно 1-3 года).Соблюдайте следующие правила хранения аккумуляторов:

Do:

• Хранить в хорошо вентилируемых помещениях
• Хранить при температуре от 40 ° F до 80 ° F
• Хранить вдали от прямых солнечных лучей и источников тепла
• Избегать замерзания
• Держите клеммы закрытыми, когда аккумулятор не используется
• Предотвратить соприкосновение терминалов друг с другом
• Беречь от высоких температур

Запрещается:

• Совместимость с другими типами аккумуляторов
• Магазин свободно
• Дать батареям намокнуть
• Хранить в автотранспорте
• Хранить в местах с резкими перепадами температур
• Магазин в горячих точках

Как удалить разлившуюся литий-ионную батарею?

Если электролит из поврежденной литий-ионной батареи вытечет из аккумуляторной батареи, он может представлять опасность для всех, кто находится поблизости, и для тех, кто будет реагировать на разлив.При ликвидации разливов литий-ионных аккумуляторов соблюдайте следующие меры предосторожности и процедуры:

• Изолируйте и проветрите помещение
• Носите соответствующие СИЗ (очки, перчатки, фартук и т. Д.).
• Держите подходящий огнетушитель в пределах досягаемости
• Поместите аккумулятор в емкость с песком или другим химически инертным амортизирующим материалом, например вермикулитом
• Используйте инертные нецеллюлозные абсорбенты для очистки пролитого электролита
• Поместите использованные абсорбенты и СИЗ в герметичный пакет и обратитесь к специалисту по охране окружающей среды или отгрузке для правильной утилизации батареи и абсорбентов.
• Не помещайте батареи или использованные абсорбенты в обычные мусорные контейнеры или контейнеры для вторичной переработки.

Литий-ионные батареи

имеют много преимуществ перед традиционными щелочными батареями и батареями других типов.При правильном хранении, обращении и использовании они также имеют более длительный срок службы, чем другие батареи, и обладают большей мощностью. Установление и соблюдение безопасных процедур хранения, обращения и использования этих батарей поможет предотвратить пожары и взрывы. Обучение сотрудников распознаванию опасностей, связанных с литий-ионными и другими типами аккумуляторов, а также правильному обращению, хранению и обращению с ними, поможет избежать повреждения аккумуляторов, пожаров и взрывов.

Исследование

: переработанные литиевые батареи в том же состоянии, что и недавно добытые

Практически не изменился и способ проведения проверок.

Исторически, проверка состояния электрической инфраструктуры была обязанностью мужчин, идущих по очереди. Когда везет и есть подъездная дорога, линейные рабочие используют автовышки. Но когда электрические конструкции находятся на заднем дворе, на склоне горы или иным образом вне досягаемости механического подъемника, рабочие все равно должны пристегнуть свои инструменты и начать подъем. В отдаленных районах вертолеты несут инспекторов с камерами с оптическим зумом, которые позволяют инспектировать линии электропередач на расстоянии.Эти инспекции на большом расстоянии могут охватывать больше территории, но не могут заменить более пристальный взгляд.

В последнее время электроэнергетические компании начали использовать дроны для более частого сбора дополнительной информации о своих линиях электропередач и инфраструктуре. Помимо зум-объективов, некоторые устанавливают на дроны термодатчики и лидары.

Термодатчики улавливают избыточное тепло от электрических компонентов, таких как изоляторы, проводники и трансформаторы. Если игнорировать эти электрические компоненты, они могут вызвать искру или, что еще хуже, взорваться.Лидар может помочь в управлении растительностью, сканировании области вокруг линии и сборе данных, которые программное обеспечение позже использует для создания трехмерной модели области. Модель позволяет менеджерам энергосистемы определять точное расстояние от растительности до линий электропередач. Это важно, потому что, когда ветви деревьев подходят слишком близко к линиям электропередач, они могут вызвать короткое замыкание или воспламенить искру от других неисправных электрических компонентов.

Алгоритмы на основе искусственного интеллекта могут обнаруживать участки, в которых растительность посягает на линии электропередач, обрабатывая десятки тысяч аэрофотоснимков за несколько дней. Buzz Solutions

Хорошая новость – использование любой технологии, которая позволяет проводить более частые и качественные проверки. А это означает, что, используя современные, а также традиционные инструменты мониторинга, основные коммунальные предприятия ежегодно собирают более миллиона изображений своей сетевой инфраструктуры и окружающей среды.

AI хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, глядя на закономерности в данных с течением времени.

А теперь плохие новости.Когда все эти визуальные данные возвращаются в центры обработки данных коммунальных предприятий, выездные техники, инженеры и монтажники тратят месяцы на их анализ – от шести до восьми месяцев на цикл проверки. Это отвлекает их от работы по техническому обслуживанию в полевых условиях. И это слишком долго: к моменту анализа данные уже устарели.

Пришло время вмешаться ИИ. И он начал это делать. ИИ и машинное обучение начали использоваться для обнаружения неисправностей и разрывов в линиях электропередач.

Несколько энергетических компаний, в том числе Xcel Energy и Florida Power and Light тестируют ИИ для обнаружения проблем с электрическими компонентами на линиях электропередач как высокого, так и низкого напряжения. Эти энергетические компании наращивают свои программы инспекции дронов, чтобы увеличить объем собираемых данных (оптических, тепловых и лидарных), ожидая, что ИИ сможет сделать эти данные более полезными.

Моя организация, Buzz Solutions – одна из компаний, которые сегодня предоставляют подобные инструменты искусственного интеллекта для электроэнергетики.Но мы хотим сделать больше, чем обнаруживать проблемы, которые уже произошли, – мы хотим предсказать их до того, как они произойдут. Представьте, что могла бы сделать энергетическая компания, если бы она знала, где находится оборудование, приближающееся к отказу, позволяя экипажам проникнуть внутрь и принять меры по профилактическому обслуживанию, прежде чем искра вызовет следующий крупный лесной пожар.

Пора спросить, может ли ИИ быть современной версией старого талисмана Дымчатого медведя Лесной службы США: предотвращение лесных пожаров. Они случаются с до .

Повреждение оборудования линии электропередачи из-за перегрева, коррозии или других проблем может вызвать возгорание. Buzz Solutions

Мы начали создавать наши системы, используя данные, собранные государственными учреждениями, некоммерческими организациями, такими как Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI), электроэнергетические компании и поставщики услуг по воздушной инспекции, которые предлагают в аренду вертолеты и дроны. В совокупности этот набор данных включает тысячи изображений электрических компонентов на линиях электропередач, включая изоляторы, проводники, соединители, оборудование, столбы и опоры.Он также включает коллекции изображений поврежденных компонентов, таких как сломанные изоляторы, корродированные разъемы, поврежденные проводники, ржавые конструкции оборудования и треснувшие опоры.

Мы работали с EPRI и энергосистемами, чтобы создать рекомендации и таксономию для маркировки данных изображений. Например, как именно выглядит сломанный изолятор или корродированный разъем? Как выглядит хороший изолятор?

Затем нам пришлось объединить разрозненные данные, изображения, снятые с воздуха и с земли с использованием различных датчиков камеры, работающих под разными углами и разрешениями и снятых в различных условиях освещения.Мы увеличили контрастность и яркость некоторых изображений, чтобы попытаться привести их в единый диапазон, мы стандартизировали разрешения изображений и создали наборы изображений одного и того же объекта, снятого под разными углами. Нам также пришлось настроить наши алгоритмы, чтобы сосредоточиться на интересующем объекте в каждом изображении, например на изоляторе, а не рассматривать все изображение целиком. Для большинства этих корректировок мы использовали алгоритмы машинного обучения, работающие в искусственной нейронной сети.

Сегодня наши алгоритмы искусственного интеллекта могут распознавать повреждения или неисправности, связанные с изоляторами, соединителями, амортизаторами, полюсами, траверсами и другими конструкциями, а также выделять проблемные области для личного обслуживания.Например, он может обнаруживать то, что мы называем перекрывающимися изоляторами – повреждение из-за перегрева, вызванного чрезмерным электрическим разрядом. Он также может обнаружить износ проводов (что также вызвано перегревом линий), корродированные разъемы, повреждение деревянных опор и траверс и многие другие проблемы.

Разработка алгоритмов анализа оборудования энергосистемы требовала определения того, как именно выглядят поврежденные компоненты с разных углов в разных условиях освещения.Здесь программное обеспечение отмечает проблемы с оборудованием, используемым для уменьшения вибрации, вызванной ветром. Buzz Solutions

Но одна из самых важных проблем, особенно в Калифорнии, заключается в том, чтобы наш ИИ распознал, где и когда растительность растет слишком близко к высоковольтным линиям электропередачи, особенно в сочетании с неисправными компонентами, что является опасным сочетанием в стране пожаров.

Сегодня наша система может обрабатывать десятки тысяч изображений и выявлять проблемы за часы и дни, по сравнению с месяцами для ручного анализа.Это огромная помощь коммунальным предприятиям, пытающимся поддерживать инфраструктуру электроснабжения.

Но ИИ хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, глядя на закономерности в данных с течением времени. ИИ уже делает это, чтобы предсказывать погодные условия, рост компаний и вероятность возникновения болезней – это лишь несколько примеров.

Мы считаем, что ИИ сможет предоставить аналогичные инструменты прогнозирования для электроэнергетических компаний, упреждая сбои и отмечая области, где эти сбои потенциально могут вызвать лесные пожары.Мы разрабатываем систему для этого в сотрудничестве с отраслевыми и энергетическими партнерами.

Мы используем исторические данные проверок линий электропередач в сочетании с историческими погодными условиями для соответствующего региона и передаем их в наши системы машинного обучения. Мы просим наши системы машинного обучения найти закономерности, относящиеся к сломанным или поврежденным компонентам, здоровым компонентам и заросшей растительности вокруг линий, наряду с погодными условиями, связанными со всем этим, и использовать эти закономерности для прогнозирования будущего состояния источника питания. линии или электрические компоненты и растительность вокруг них.

Программное обеспечение PowerAI от компании

Buzz Solutions анализирует изображения энергетической инфраструктуры для выявления текущих проблем и прогнозирования будущих

Прямо сейчас наши алгоритмы могут предсказать на шесть месяцев вперед, что, например, существует вероятность повреждения пяти изоляторов в определенной области, наряду с высокой вероятностью зарастания растительности возле линии в то время, что в совокупности создает риск возникновения пожара.

Сейчас мы используем эту систему прогнозирующего обнаружения неисправностей в пилотных программах с несколькими крупными коммунальными предприятиями – одним в Нью-Йорке, одним в регионе Новой Англии и одним в Канаде.С тех пор, как мы начали наши пилотные проекты в декабре 2019 года, мы проанализировали около 3500 электрических опор. Мы обнаружили среди примерно 19 000 исправных электрических компонентов 5 500 неисправных, которые могли привести к отключению электроэнергии или искрообразованию. (У нас нет данных о произведенных ремонтах или заменах.)

Куда мы отправимся отсюда? Чтобы выйти за рамки этих пилотных проектов и более широко развернуть прогнозирующий ИИ, нам понадобится огромный объем данных, собранных с течением времени и в разных географических регионах. Это требует работы с несколькими энергетическими компаниями, сотрудничества с их группами по инспекции, техническому обслуживанию и управлению растительностью.У крупных энергетических компаний США есть бюджеты и ресурсы для сбора данных в таком большом масштабе с помощью программ инспекций с помощью дронов и авиации. Но небольшие коммунальные предприятия также получают возможность собирать больше данных, поскольку стоимость дронов падает. Чтобы сделать такие инструменты, как наш, широко полезными, потребуется сотрудничество между крупными и мелкими коммунальными предприятиями, а также поставщиками дронов и сенсорных технологий.

Перенесемся в октябрь 2025 года. Нетрудно представить западный U.S ждет еще один жаркий, сухой и чрезвычайно опасный пожарный сезон, во время которого небольшая искра может привести к гигантской катастрофе. Люди, живущие в стране пожаров, стараются избегать любых действий, которые могут привести к пожару. Но в наши дни они гораздо меньше обеспокоены рисками, связанными с их электросетью, потому что несколько месяцев назад пришли коммунальные работники, которые ремонтировали и заменяли неисправные изоляторы, трансформаторы и другие электрические компоненты и подрезали деревья, даже те, которые еще не были дойти до линий электропередач.Некоторые спрашивали рабочих, почему такая активность. «О, – сказали им, – наши системы искусственного интеллекта предполагают, что этот трансформатор, расположенный рядом с этим деревом, может искрить при падении, а мы не хотим, чтобы это произошло».

В самом деле, конечно же, нет.

Как работают литий-ионные батареи | HowStuffWorks

Литий-ионные аккумуляторные батареи бывают всех форм и размеров, но все они выглядят примерно одинаково внутри. Если бы вам пришлось разбирать аккумуляторную батарею ноутбука (что мы НЕ рекомендуем из-за возможности короткого замыкания аккумулятора и возникновения пожара), вы бы обнаружили следующее:

• Литий-ионные элементы могут быть либо цилиндрическими батареями, которые почти идентичны элементам AA, либо они могут быть призматическими , что означает, что они имеют квадратную или прямоугольную форму. Компьютер, который включает:
• Один или несколько датчиков температуры для контроля температуры батареи
• A Схема преобразователя и регулятора напряжения для поддержания безопасных уровней напряжения и тока
• Экранированный разъем для ноутбука , который позволяет питанию и информации поступать в аккумуляторный блок и из него
• Отвод напряжения , который контролирует энергоемкость отдельные элементы в аккумуляторном блоке
• Монитор состояния заряда аккумулятора , который представляет собой небольшое вычисление r, который выполняет весь процесс зарядки, чтобы аккумуляторы заряжались как можно быстрее и полностью.

Если аккумулятор становится слишком горячим во время зарядки или использования, компьютер отключит подачу питания, чтобы попытаться остыть. Если вы оставите ноутбук в очень горячей машине и попытаетесь использовать ноутбук, он может не дать вам включиться, пока все не остынет. Если элементы когда-либо полностью разряжаются, аккумуляторная батарея отключится из-за разрушения элементов. Он также может отслеживать количество циклов зарядки / разрядки и отправлять информацию, чтобы индикатор заряда батареи ноутбука мог сказать вам, сколько заряда осталось в аккумуляторе.

Это довольно сложный маленький компьютер, питающийся от батарей. Такое потребление энергии является одной из причин, по которой литий-ионные батареи теряют 5 процентов своей мощности каждый месяц, когда они бездействуют.

Литий-ионные элементы

Как и у большинства батарей, внешний корпус сделан из металла. Здесь особенно важно использование металла, потому что аккумулятор находится под давлением. В этом металлическом корпусе есть какое-то чувствительное к давлению вентиляционное отверстие . Если аккумулятор когда-либо станет настолько горячим, что может взорваться из-за избыточного давления, это вентиляционное отверстие сбросит дополнительное давление.Батарея, вероятно, впоследствии станет бесполезной, так что этого следует избегать. Отверстие строго предусмотрено в качестве меры безопасности. Так же и переключатель с положительным температурным коэффициентом (PTC) , устройство, которое должно предохранять аккумулятор от перегрева.

Этот металлический корпус содержит длинную спираль, состоящую из трех спрессованных вместе тонких листов:

• A Положительный электрод
• A Отрицательный электрод
• A сепаратор

Внутри корпуса эти листы погружены в органический растворитель, который действует как электролит.Эфир – один из распространенных растворителей.

Сепаратор представляет собой очень тонкий лист пластика с микроперфорацией. Как следует из названия, он разделяет положительный и отрицательный электроды, позволяя ионам проходить через них.

Положительный электрод изготовлен из оксида лития-кобальта или LiCoO ₂ . Отрицательный электрод изготовлен из углерода. Когда батарея заряжается, ионы лития перемещаются через электролит от положительного электрода к отрицательному и прикрепляются к углю. Во время разряда ионы лития возвращаются в LiCoO ₂ из углерода.

Движение этих ионов лития происходит при достаточно высоком напряжении, поэтому каждая ячейка производит 3,7 вольт. Это намного выше, чем 1,5 В, типичные для обычного щелочного элемента AA, который вы покупаете в супермаркете, и помогает сделать литий-ионные батареи более компактными в небольших устройствах, таких как сотовые телефоны. См. Раздел «Как работают батареи» для получения подробной информации о батареях различного химического состава.

Мы рассмотрим, как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов, и выясним, почему они могут взорваться в следующий раз.

Литий-ионные батареи – Промышленные устройства и решения

Продукты, описанные на этом веб-сайте, были разработаны и изготовлены для стандартных приложений, таких как общая электроника, офисное оборудование, оборудование для передачи данных и связи, измерительные приборы, бытовая техника и аудио-видео оборудование.

Для специальных применений, в которых требуется качество и надежность, или если отказ или неисправность продуктов могут напрямую угрожать жизни или вызвать угрозу травм (например, для самолетов и аэрокосмического оборудования, дорожного и транспортного оборудования, оборудования для сжигания, медицинского оборудования , устройства для предотвращения несчастных случаев и защиты от кражи, а также защитное оборудование), пожалуйста, используйте только после того, как ваша компания в достаточной степени проверит пригодность наших продуктов для этого применения.

Независимо от области применения, при использовании наших продуктов в оборудовании, для которого ожидается высокий уровень безопасности и надежности, убедитесь, что схемы защиты, схемы резервирования и другие устройства установлены для обеспечения безопасности оборудования при оценке области применения путем независимой проверки безопасности. тесты.

Обратите внимание, что продукты и технические характеристики, размещенные на этом веб-сайте, могут быть изменены без предварительного уведомления в целях улучшения. Независимо от области применения, пожалуйста, подтвердите последнюю информацию и спецификации до окончательного этапа проектирования, покупки или использования.

Техническая информация на этом веб-сайте содержит примеры типичных операций и схем применения продуктов. Он не предназначен для гарантии ненарушения или предоставления лицензии на права интеллектуальной собственности этой компании или любой третьей стороны.

Если какие-либо продукты, спецификации продуктов и техническая информация на этом веб-сайте подлежат экспорту или предоставлению нерезидентам, необходимо соблюдать законы и правила страны-экспортера, особенно те, которые касаются безопасного экспортного контроля.

Информация, содержащаяся на этом веб-сайте, не может быть перепечатана или воспроизведена полностью или частично без предварительного письменного разрешения Panasonic Corporation.

Инструменты и программы, представленные на этом веб-сайте, должны использоваться по вашему усмотрению.Panasonic не гарантирует каких-либо результатов от использования этих инструментов и программ и не несет ответственности за любые убытки, возникшие в результате использования вами.

<о письме для получения сертификата соответствия директиве ЕС RoHS>
Дата перехода на продукт, соответствующий требованиям RoHS, зависит от номера детали или серии.
При использовании инвентаря, в котором неясно соответствие требованиям RoHS, выберите «Запрос на продажу».
в форме веб-запроса.

Извещение о передаче полупроводникового бизнеса

Полупроводниковый бизнес Panasonic Corporation (далее именуемой «Компания») будет передан 1 сентября 2020 года Nuvoton Technology Corporation (далее именуемой «Nuvoton»). Соответственно, Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd., которая управляла полупроводниковым бизнесом Panasonic, перейдет под эгидой Nuvoton Group с новым названием Nuvoton Technology Corporation Japan (далее именуемой «NTCJ»).
В соответствии с этой передачей, полупроводниковая продукция, размещенная на этом веб-сайте, после 1 сентября 2020 года будет считаться продукцией производства NTCJ. Однако такая продукция будет постоянно продаваться через Компанию.
Обратите внимание, что при запросе о полупроводниковой продукции, размещенной на этом веб-сайте, клиенты должны перейти на веб-сайт, управляемый NTCJ (далее «веб-сайт NTCJ»), и подтвердить, что NTCJ является компанией, ответственной за управление личной информацией, предоставляемой клиентами на ее веб-сайте.Мы ценим ваше понимание по этому поводу.

BU-204: Как работают литиевые батареи?

Узнайте, почему литий-ионная аккумуляторная система является превосходной.

Пионерские работы по созданию литиевой батареи начались в 1912 году под руководством Г. Льюиса, но только в начале 1970-х годов первые неперезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода.(В металло-литиевой батарее в качестве анода используется литий; в литий-ионных батареях в качестве анода используется графит, а в качестве активных материалов в катоде используются активные материалы.)

Литий – самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает наибольшую удельную энергию на единицу веса. Перезаряжаемые батареи с металлическим литием на аноде могут обеспечивать чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х было обнаружено, что при циклическом воздействии на аноде образуются нежелательные дендриты. Эти частицы роста проникают в сепаратор и вызывают короткое замыкание.Температура элемента быстро возрастет и приблизится к температуре плавления лития, что приведет к тепловому разгоне, также известному как «выброс пламени». Большое количество перезаряжаемых металлических литиевых батарей, отправленных в Японию, было отозвано в 1991 году после того, как батарея в мобильном телефоне выпустила горящие газы и причинила ожоги лицу человека.

Нестабильность, присущая металлическому литию, особенно во время зарядки, сместила исследования в сторону неметаллических растворов с использованием ионов лития. В 1991 году Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор, и сегодня этот химический состав стал наиболее перспективным и быстрорастущим аккумулятором на рынке.Несмотря на меньшую удельную энергию, чем у металлического лития, ион лития безопасен при соблюдении ограничений по напряжению и току. (См. BU-304a: Проблемы безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов.)

Благодарность за изобретение литий-кобальтоксидной батареи должна принадлежать Джону Б. Гуденафу (1922). Говорят, что во время разработок аспирант, нанятый Nippon Telephone & Telegraph (NTT), работал с Гуденафом в США. Вскоре после открытия студент вернулся в Японию, взяв с собой открытие.Затем, в 1991 году, Sony объявила о выдаче международного патента на катод из оксида лития и кобальта. Последовали годы судебных разбирательств, но Sony смогла сохранить патент, а Гуденаф ничего не получил за свои усилия. В знак признания вклада в разработку литий-ионных аккумуляторов Национальная инженерная академия США наградила Гуденафа и других участников Премией Чарльза Старка Дрейпера в 2014 году. В 2015 году Израиль наградил Гуденаф призом в 1 миллион долларов, который он передаст компании Texas Materials. Институт помощи в исследовании материалов.

Ключом к превосходной удельной энергии является высокое напряжение ячейки 3,60 В. Улучшения в активных материалах и электролитах могут еще больше повысить плотность энергии. Нагрузочные характеристики хорошие, а плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной энергии в желаемом и плоском спектре напряжения 3,70–2,80 В / элемент.

В 1994 году стоимость производства литий-ионного цилиндрического элемента 18650 превышала 10 долларов США, а емкость составляла 1100 мАч. В 2001 году цена упала ниже 3 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч.Сегодня элементы 18650 с высокой плотностью энергии обеспечивают более 3000 мАч, и затраты на них снижаются. Снижение затрат, повышенная удельная энергия и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы литий-ионный аккумулятор стал универсальным аккумулятором для портативных устройств, тяжелой промышленности, электрических силовых агрегатов и спутников. 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 65 мм. (См. BU-301: Взгляд на старые и новые аккумуляторные блоки.)

Литий-ионный аккумулятор – это аккумулятор, не требующий особого обслуживания, а это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химикатов.Батарея не имеет памяти и не требует упражнений (преднамеренной полной разрядки), чтобы поддерживать ее в хорошем состоянии. Саморазряд в два раза меньше, чем у систем на основе никеля, и это помогает приложениям для измерения уровня топлива. Номинальное напряжение ячеек 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с многоячеечными конструкциями. Недостатки – необходимость в схемах защиты для предотвращения злоупотреблений, а также высокая цена.

Типы литий-ионных аккумуляторов

В литий-ионных батареях в качестве проводника используются катод (положительный электрод), анод (отрицательный электрод) и электролит.(Анод разряжающейся батареи отрицательный, а катод положительный (см. BU-104b: Элементы для сборки батареи). Катод – оксид металла, а анод – пористый углерод. Во время разряда ионы проходят от анода к катоду через электролит и сепаратор; заряд меняет направление, и ионы текут от катода к аноду.Этот процесс показан на рисунке 1.

Рисунок 1: Поток ионов в литий-ионной батарее. Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительный электрод) и анодом (отрицательный электрод). При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод – уменьшению или увеличению количества электронов. Заряд отменяет движение.

Литий-ионные аккумуляторы бывают разных видов, но все они имеют одну общую черту – лозунг «литий-ионный». Несмотря на то, что на первый взгляд они поразительно похожи, эти батареи различаются по характеристикам, а выбор активных материалов придает им уникальность.(См. BU-205: Типы литий-ионных аккумуляторов.)

В оригинальной литий-ионной батарее Sony в качестве анода (угольного продукта) использовался кокс. С 1997 года большинство производителей литий-ионных аккумуляторов, включая Sony, перешли на графит, чтобы получить более пологую кривую разряда. Графит – это форма углерода, которая имеет долгосрочную циклическую стабильность и используется в графитных карандашах. Это наиболее распространенный углеродный материал, за которым следуют твердый и мягкий углерод. Углерод с нанотрубками еще не нашел коммерческого использования в литий-ионных батареях, поскольку они имеют тенденцию запутываться и снижать производительность.Будущий материал, который обещает улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов, – это графен.

На рис. 2 показана кривая разрядки по напряжению для современного литий-ионного аккумулятора с графитовым анодом и раннего коксового варианта.

Рисунок 2: Кривая напряжения разрядки литий-ионного аккумулятора. Батарея должна иметь пологую кривую напряжения в допустимом диапазоне разряда. Современный графитовый анод справляется с этим лучше, чем ранняя коксохимическая версия. Предоставлено Cadex

Было испробовано несколько добавок, включая сплавы на основе кремния, для улучшения характеристик графитового анода. Для связывания с одним ионом лития требуется шесть атомов углерода (графита); один атом кремния может связываться с четырьмя ионами лития. Это означает, что кремниевый анод теоретически может хранить в 10 раз больше энергии, чем графит, но расширение анода во время зарядки является проблемой. Поэтому чистые силиконовые аноды непрактичны, и только 3-5 процентов кремния обычно добавляют в анод на основе кремния для достижения хорошего срока службы.

Использование наноструктурированного титаната лития в качестве анодной добавки показывает многообещающий срок службы, хорошую нагрузочную способность, отличные низкотемпературные характеристики и превосходную безопасность, но при этом низкая удельная энергия и высокая стоимость.

Эксперименты с материалом катода и анода позволяют производителям усилить внутренние качества, но одно улучшение может поставить под угрозу другое. Так называемый «Энергетический элемент» оптимизирует удельную энергию (емкость) для достижения длительного времени работы, но при более низкой удельной мощности; «Power Cell» предлагает исключительную удельную мощность, но при меньшей мощности.«Гибридная ячейка» – это компромисс, предлагающий и то, и другое. (Подробнее о BU-501: Основы разрядки.)

Производители могут относительно легко получить высокую удельную энергию и низкую стоимость, добавляя никель вместо более дорогого кобальта, но это делает элемент менее стабильным. В то время как начинающая компания может сосредоточиться на высокой удельной энергии и низкой цене, чтобы получить быстрое признание на рынке, безопасность и долговечность не могут быть поставлены под угрозу. Авторитетные производители придают большое значение безопасности и долговечности.В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют аналогичную конструкцию, состоящую из положительного электрода из оксида металла (катода), который нанесен на алюминиевый токосъемник, отрицательного электрода (анода) из углерода / графита, покрытого медным токосъемником, сепаратора. и электролит из литиевой соли в органическом растворителе. В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Преимущества	Высокая удельная энергия и высокая нагрузочная способность с силовыми элементами Длительный цикл и увеличенный срок хранения; не требует обслуживания Высокая емкость, низкое внутреннее сопротивление, хорошая кулоновская эффективность Простой алгоритм зарядки и достаточно короткое время зарядки Низкий саморазряд (менее половины от NiCd и NiMH)
Ограничения	Требуется схема защиты для предотвращения теплового разгона при нагрузке Разлагается при высокой температуре и при хранении при высоком напряжении Невозможна быстрая зарядка при отрицательных температурах (<0 ° C, <32 ° F) Требуются правила транспортировки при отгрузке большими партиями

Таблица 3: Преимущества и ограничения литий-ионных аккумуляторов

.