Как минимум несколько раз в месяц мы слышим новости на тему того, что кто-то где-то изобрёл новый способ хранения электроэнергии или кардинально модифицировал существующий. Но годы идут, а революции не происходит. В чём же причина? И с каким реально существующим выбором мы столкнулись когда подбирали подходящий аккумулятор для проекта ПикНик
Итак надежды
На стадии обдумывания проекта были самые разные мысли по поводу выбора аккумуляторов. Хотелось с самого начала использовать нечто прорывное в каждом элементе. Были серьёзные мысли об использовании водородных, графеновых или наножелезофосфатных аккумуляторов. Но в итоге мы пришли просто к тщательному анализу и тестам литиевых аккумуляторов и по сей день используем их.
Что же не так с инновациями? Их нет Они развиваются гораздо медленнее чем кажется читая новости. Научная статья о разработке это ещё очень далеко до прототипа, а прототип это ещё очень далеко до производства. А от старта производства до адекватных цен... Но обо всём по порядку.
Водородные аккумуляторы
Существуют и довольно активно используются в космонавтике батареи на основе водорода и гидроокиси никеля. Из того что удалось найти самой большой удельной энергоёмкость обладает модель 18НВ-120 и имеет ёмкость 90 Вт*ч/кг. В остальном же удельная энергоёмкость подобных элементов 50-90 Вт*ч/кг. Что заметно уступает литиевым 100-180 Вт*ч/кг
Преимущество таких батарей в том, что их срок службы составляет 5000 циклов против литиевых 1000-2000 и они лучше переносят космические условия. Недостаток в весе и сложности эксплуатации. А последним фактором отказа стало, то что их нет в свободной продаже. Ну просто нет. Их делают на заказ для конкретных спутников, и поэтому они могут обойтись кратно дороже литиевых аккумуляторов.
Что касается твердотельных никель-водородных аккумуляторов то нам до сих пор не удалось найти никакой информации кроме статей состоящих из слов «могут», «будут» и «скоро». Их нет в продаже и нет точных характеристик. А то что на алиэкспресс выдаётся за никель-водородные аккумуляторы сильно уступает по характеристикам литию даже если считать что все указанные характеристики соответствуют реальности.
Графеновые аккумуляторы
Достаточно много научных центров занимаются именно графеновыми аккумуляторами, по двум причинам. Во первых графеновый аккумулятор считается наиболее перспективным и в теории его характеристики могут кратно превосходить существующие и достигать например 1000 Вт*ч/кг против 180 Вт*ч/кг у качественных литиевых аккумуляторов. Но на практике дальше прототипов чьи реальные характеристики не разглашаются дело не дошло. В компании Graphenano разработали и анонсировали аккумулятор Grabat, но в продажу он до сих пор (12.11.19) не поступил.
Зато на алиэкспресс успешно продаются "графеновые" аккумуляторы, чьи характеристики по какой-то нелепой случайности ничем не отличаются от обычных высокотоковых литиевых аккумов, но вот стоят они в 2 раза больше аналогов)
Наножелезофосфатные аккумуляторы
Эти аккумуляторы уже действительно производятся и продаются компанией «ЛиоТех» и цены на них есть в открытом доступе. Их основное преимущество над стандартными железофосфатными аккумуляторами это больший диапазон температурной эксплуатации от -40 до +50 по Цельсию и срок службы 3000 циклов против 1000-2000 у обычных. Причины по которым мы их пока не применяем, это цена и минимальный размер ячейки. Например аккумулятор самый маленький аккумулятор в свободной продаже имеет характеристики 3,2В 170 А*ч и стоит 17000 рублей. Стоимость 1Вт*ч такого аккумулятора выходит не на много выше стандартного 31,25 рубль/Вт*ч против 20-25 рубль/Вт*ч. Поэтому мы рассматриваем данные ячейки как потенциально подходящие для нашей основной версии. Но для MVP они всё же не подходят.
Что насчёт более классических аккумуляторов?
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Автомобильные свинцово-кислотные аккумуляторы хоть и стоят в два раза дешевле литиевых но весят в 3 раза больше, что делает их не пригодными для портативного устройства и к тому же они служат всего 200-300 циклов при активном использовании. Хотя вот гелиевые свинцовые аккумуляторы служат аж 3 тысячи циклов и прекрасно бы подошли для стационарной версии ПикНик Станция, но так как от неё мы отошли в пользу портативной продукции то увы с ними мы тоже не поработали из-за высокого веса.
Никелевые аккумуляторы
Никелевые аккумуляторы ближе всех находятся к литиевым но они достаточно давно остановились в развитии и сейчас по многим параметрам уступают своим литиевым аналогам. Ключевой для нас это конечно удельная ёмкость которая в 1,5-3 раза ниже чем у литиевых аккумуляторов.
Есть хорошая сравнительная таблица по типам классических аккумуляторов:
А какие в итоге литиевые аккумуляторы мы используем?
Для ПикНик нано мы применяем литиевый аккумулятор 24В 6 А*ч (144Вт*ч), по нашим тестам итоговое устройство выдаёт ровно 100 Вт*ч. В ПикНик микро таких два.
Для ПикНик нано+ используем аккумулятор такого же типоразмера но более дорогую и современную модель 24В 10 А*ч (240 Вт*ч), и по нашим тестам устройство выдало 180 Вт*ч. Соответственно в ПикНик микро+ таких аккумуляторов 2 штуки.
Хочу обратить внимание на то что мы всегда и везде указываем в характеристиках ёмкость которая соответствует нашим тестам, а не заявлениям поставщика аккумуляторов. Мы считаем это честным и правильным, ведь человеку купившему ПикНик надо знать сколько точно проработает их устройство от ПикНика. Но за честность мы порой платимся тем, что нас тыкают носом в характеристики китайских внешних аккумуляторов и говорят, мол, а тут Вт*ч в полтора - три раза дешевле. А то что там ёмкость делить на два делить порой нужно всем как-то дела нет. Не говоря уж о том, что преобразователь и дополнительная защищённость тоже чего-то стоят. Об этом у нас кстати отдельная статья есть, так что уже не буду тут распыляться.
В завершение скажу, что те ячейки которые мы используем, это не конечное решение, и если мы продолжим тестировать самые разные решения. Начиная с покупки той же модели у другого продавца заканчивая переходом на графеновые и наножелезофосфатные аккумуляторы
