Сложившаяся ситуация, когда электродвигатели на аккумуляторах не могут вытеснить своего конкурента — двигатель внутреннего сгорания (ДВС) напоминает недавнюю борьбу полупроводниковых приборов и электронных ламп. Я до сих пор не понимаю, зачем в старых телевизорах использовали лампы в усилителях промежуточной частоты, разве не было микросхем и транзисторов?
Всё же электродвигатели уже вошли и довольно неплохо закрепились в транспортной сфере, но вытеснить «коптилки» им пока не удаётся. Проблемой считается высокая цена на литий и якобы необходимость искать ему альтернативу. Так ли это на самом деле и какие варианты замены, если это потребуется, уже существуют попытаемся разобрать в этой статье.
На ДВС или на аккумуляторах
Про электромобили очень мало чего известно обывателю, есть некоторые модели, но они дороги и неэффективны, их обслуживание сложное и затратное. Хотя это, скорее всего, искусственная проблема, так как стоимость двигателей внутреннего сгорания тоже не малая. Например, мотор Toyota, среднего ценового сегмента, стоит около полторы тысячи евро. Электродвигатели высшего качества намного дешевле.
На разницу, казалось бы, можно накупить батареек на алиэкспресе и какой-нибудь котроллер соорудить. Неужели это не могут сделать учёные разработчики? Конечно-же могут, но нет такой команды.
Скорее всего проекты подобного типа не выдерживают конкурентов, поддерживаемых нефтяными магнатами. И даже когда рынок их сырья лихорадочно колотит, прорыва пока не наблюдается. Пользователи техникой с ДВС чем-то похожи на меломанов, признающих только ламповые усилители.
Байки на аккумуляторах, например, реально лучше, чем бензиновые или дизельные агрегаты, которые по звуку напоминают реактивные двигатели. Последние ужасно дороги и крайне неэкономичны.
Немалые средства приходится тратить ещё и на энергоносители, которые вылетают в трубу, на ветер, загрязняя его. Но кому-то за ГСМ перепадают эти деньги, и они притаившись молчат, что нефть относится к невозобновляемым ресурсам, также имеется не во всех странах мира. Да и требуется горючих материалов великое множество. Но и ширпотреб на электрической тяге действительно дорого стоит, весомая доля цены падает на аккумулятор и систему его заряда/разряда.
Зато такая техника, как электросамокаты настолько прочно вошла в современность, что некоторые пользователи очень привыкли к ним и число их растёт. Если в позапрошлом 2020 году их было реализовано в России 130 000, то в прошлом – 335 000. А в этом году спрос превысил вдвое. При этом из любителей езды на батарейках 85% предпочитают покупать именно электросамокаты, электровелосипеды – 10%. Вероятно, из-за разницы цен. Да, возможности у электросамокатов потрясающие. Его можно быстро сложить и взять с собой в автобус. А затем, выйдя из салона ездой по тротуару обогнать этот самый автобус.
Миф о высоких ценах из-за использования лития и кобальта
Доказательством того, что развитие транспорта на литий-ионных аккумуляторах – это искусственное сдерживание, является постоянное падение стоимости самих батарей. За последние 8 лет, когда второй раз изобрели велосипед, но уже электрический, литиевые батареи подешевели примерно на 85%. Это происходит на фоне «пророчеств» истощения ресурсов лития и кобальта, используемых в современных аккумуляторах. Это тоже миф, потому что эти дорогие элементы преобладают лишь в названиях, а не в самих химических составах.
Подорожание вдвое, например, лития поднимает цену литиевого аккумулятора всего на 4%. А кобальт, при двойном скачке цен на сырьё, вызовет рост себестоимости батарей, имеющих этот элемент в составе, всего на 3%. Потребитель этого может и не заметить. Являются ли эти элементы истощаемыми? Теоретически да, но лития много в Южной Америке, а кобальта в Центральной Африке.
А если учесть, что бананы с этих территорий стоят в наших магазинах не дороже яблок, произрастающих у нас, то вряд ли с сырьём будут какие-то проблемы. Причём долговечность литий-ионных батарей составляет 3 – 4 года.
Новые типы аккумуляторных батарей
Первые электромобили были на кислотно-свинцовых аккумуляторах, затем на щелочных. Литиевый аккумулятор был открыт в 1912 году, но только в 70-х годах его начали изготавливать. Однако использовать его было опасно, так как он имеет строгие требования к заряду/разряду. Поэтому лишь с развитием микроэлектроники, с появлением микромощных контроллеров литиевый аккумулятор стали часто применять. Сейчас он занимает лидирующие позиции. На данное время есть несколько типов аккумуляторных батарей со своими преимуществами и недостатками.
Натрий-ионные аккумуляторы
Ближайший от лития металл в таблице Менделеева — натрий. Он входит в состав поваренной соли (NaCl), его-то как раз в океанах целое море. При этом электроды в натрий-ионных аккумуляторах можно выполнить не как у литий-ионных из дорогого кобальта или никеля, а из железа.
Удалось даже решить проблему того, что ионы натрия больше ионов лития и в графитовом электроде плохо движутся. Но всё же нашли материал и сделали батарею, которая по плотности тока не уступает литиевой. Но вот почему-то на полках магазинов они не наблюдаются.
Алюминий-ионные аккумуляторы
Алюминий – самый распространённый металл на земле. Разработаны аккумуляторы на основе ионов этого материала. Даже есть электромобили, снаряжённые недорогими алюминий-ионными источниками хранения заряда.
Однако среди пользователей они меньше всего востребованы – нуждаются в существенных доработках.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы
Батареи NiMH или Ni-MH – это щелочные хранители заряда, по классу схожи с более ранним видом – никель-кадмиевых (Ni-Cd). Их усовершенствованием удалось убрать «эффект памяти» – потеря ёмкости в случае зарядки не до конца разряженных элементов. У Ni-MH он ещё наблюдается, но гораздо слабее.
Стоимость никель-металл-гидридных аккумуляторов меньше литиевых, хорошо переносят мороз. На данное время этот тип источника питания наряду с литием используется на электровелосипедах и скутерах, хотя и реже.
Никель–железные аккумуляторы
Источники тока с электролитом из едкой щёлочи KOH и положительного электрода из оксида никеля, также отрицательного из железной губки, имеют и сейчас широкое распространение. Используются они в качестве тяговых аккумуляторов, имеют большой срок службы и невысокую стоимость.
По сути это и есть наилучшая замена литиевым батареям, на сегодняшний день они имеют наивысший коэффициент ёмкость/стоимость, не зря их применяют в железнодорожном транспорте.
Батареи на расплавах солей
Летом прошлого года учёные из Америки усовершенствовали натрий-серный аккумулятор на расплавах солей. Им удалось снизить рабочую температуру хранителя заряда с диапазона 270–350 °C до 110 °C и назвать её уже холодной. При испытаниях новый источник хранения энергии перезаряжали более 400 раз, в устройстве аккумулируется очень высокая плотность энергии. Остывший до нормальной температуры агрегат продолжает хранить заряд, для его активизации стоит подогреть его до рабочей температуры.
Такую батарею предполагается использовать в гибридных автомобилях, имеющих ДВС и электромотор.
Заключение
Возникает резонный вопрос: а где тогда брать энергию для подзарядки, неужели придётся строить атомные электростанции? В Египте, например, уже построили и вводят в эксплуатацию электростанцию на солнечных батареях, мощностью 1,8ГВт. А чем мы хуже правнуков фараонов? Можно же ведь в своём гараже вместо шифера использовать монокристаллический кремний и заряжать свой авто, не платя никому ничего... Или нет?
