Мир помешался на литии отнюдь не сегодня, а ещё до разработки коммерческой литий-ионной батареи в 1991 году.
В 1976 году в докладе Министерства природных ресурсов США под названием "Ресурсы лития и потребности к 2000 году" учёные описали то, что происходит в мире сегодня, и будет происходить следующие 50 лет.
Уже тогда учёные спрогнозировали появление электромобилей на литий-ионных аккумуляторах, и это за 15 лет до появления в продаже первых коммерческих литий-ионных аккумуляторов и за 32 года до появления первого серийного электромобиля, использующего литий-ионную батарею в качестве источника питания.
По их прогнозам, уже к 2000 году на дорогах США должно было эксплуатироваться 18 миллионов легковых электромобилей.
В реальности же вышло, что электромобилизация запоздала более чем на 20 лет. На 2023 год в США эксплуатируется 2,96 миллиона электромобилей, в Европе - 7,8 миллиона, в Китае - 14,1 миллиона. Общее количество электромобилей в мире по данным "Global EV Data Explorer" - 25,9 миллиона.
Но почему именно литий, а не натрий, например, или какие-нибудь нанотрубки?
Литий – это металл с наименьшей плотностью и наибольшим электрохимическим потенциалом по отношению энергии к массе. То есть ионы лития по совокупности свойств способны наиболее эффективно совершать работу в электрохимическом аккумуляторе, чем любые другие известные науке ионы. Это их фундаментальное физическое свойство.
Такой тип ионов лучше всего подойдёт в качестве обратимого восстановления для накопления энергии в электрохимической батарее. Требовалось только создать технологии, позволяющие сделать это с ионами лития.
Этот факт был известен ещё на заре становления современной литий-ионной технологии.
Аналогично, на заре атомной эры были известны процессы трансмутации атомных ядер (изотоп урана-238 трансмутировал в изотоп плутония-239), на основе которых можно создать атомные реакторы на быстрых нейтронах, реакторы-размножители (бридеры).
В 1945 году Энрико Ферми сказал, что страна, которая первой разработает реактор на быстрых нейтронах, получит значительное преимущество в использовании атомной энергии.
Прошло 78 лет, и за это время разработать промышленно-эксплуатационные реакторы удалось только СССР и Франции, а создать безопасные реакторы на быстрых нейтронах удалось только в СССР и России: "БН-600" и "БН-800".
А вот создать коммерчески выгодный быстрый реактор, не уступающий в своих энерго-экономических характеристиках традиционным АЭС и включить как новый компонент атомной энергетики, не смог пока никто. Что ж, я уверен, что это дело будущего. Первым таким реактором должен стать "БН-1200М" в 2035 году.
Также учёным с 1 ноября 1952 года известен факт получения энергии методом термоядерного синтеза. И с тех пор этот процесс пытаются приручить.
Более подробно я писал об этом тут:
Но когда появятся коммерческие термоядерные электростанции? Лет так через 50-100?
Реализовать их в полной мере - это уже инженерная и научно- исследовательская задача.
То же самое с литием. Учёные в 1976 году предложили использовать литий-воздушную батарею, как наиболее перспективный электрохимический источник энергии. Литий-воздушный аккумулятор в теории способен хранить до 40 МДж энергии на 1 кг массы чистого лития, что приближается к удельной теплоте сгорания бензина.
То есть уже сегодня известен тип аккумулятора и вид используемых ионов, на основе которых можно в перспективе создать электрохимическую аккумуляторную батарею с максимально возможной удельной энергией - около 11 кВт*часов (40 МДж) на кг массы.
То есть в теории литий-воздушный аккумулятор предпочтительнее в качестве источника энергии для автомобильного транспорта, чем дизельное топливо: эффективный КПД современной литий-ионной батареи составляет 99%, при реальной эксплуатации - 95%.
Следовательно:
Постоянно-эффективный КПД ДВС в автомобиле в идеальных условиях составляет 45%, при реальной эксплуатации - от 15 до 35%.
Таким образом, 40 МДж при КПД в 95% превращаются в 38 МДж полезной электрической энергии.
48 МДж тепловой энергии сгорания дизельного топлива при КПД 45% = 21,6 МДж кинетической энергии движения поршней ДВС.
Более того, максимальной теоретической эффективности идеальной тепловой машины, которая может работать в нашем реальном мире, где существуют теплопотери, потери на трение и т.д., равен 62%. В этом случае получаем: 48 МДж тепловой энергии при КПД 62% = 29,76 МДж кинетической энергии движения выходного вала.
В итоге мы имеем следующие полезные энергетические характеристики используемого топлива:
- Теоретический предел идеальной тепловой машины (тепловая машина Карно) = 29,76 МДж.
- Теоретический предел электрохимического источника тока, использующего ионы лития, = 38 МДж.
То есть с изобретением коммерческого аккумулятора, использующего ионны лития, появилась и отправная точка к будущей электромобилизации, которая попросту неизбежна. Собственно, об этом и было сказано учёными в далёком 1976 году.
Илону Маску тогда было 5 лет.
Например в СССР делали ставку на водородную энергетику, которую многие отрицают, не понимая самой сути, что водород - это не источник первичной энергии, а энергоноситель.
Более подробно я писал об этом тут:
То есть сегодня потенциал литий-ионной технологии реализован всего на 2,5% от того максимума, что можно получить, используя ионы лития.
Когда именно мы сможем реализовать этот потенциал полностью - неизвестно. Может быть, на это понадобится лет 50. Однако это означает, что литий-ионной технологии есть куда расти, ибо сегодня она находится на начальной стадии реализации.
Те же ДВС, в частности дизельные двигатели совершенствуются уже 120 лет, и добились хороших результатов, фактически предельных при нынешнем уровни технологий. Так например судовой ДВС "MAN B&W G95ME-C10.5.", имеет эффективный КПД 50%, правда этот тип двигателя приводит в движение контейнеровозы и имеет длину 22 метра, высоту – 18 метров, и весит 2230 тонн.
А то, что литию и электромобилям приписывают "экологичность" и "заботу о природе" - это умышленное использование набирающей популярность технологии в своих политических и коммерческих целях.
Как доказали учёные ещё в 1976 году, электромобилизация после изобретения устойчивой формы литий-ионного аккумулятора - это неизбежный факт.
А раз он неизбежен, то знающие люди будут максимально стараться коммерциализировать этот процесс и использовать это в своих целях как для политического влияния, так и для личного обогащения.
С литием повторяется всё то же самое, что было с нефтяным бумом в начале 1900 года. Один в один.
Энергоёмкость литий-ионной батареи растёт: в 1991 году было 80 Ватт*час на 1 кг массы, в 2006 году - 150 Ватт*час/кг, в 2009 - 170 Ватт*час/кг, в 2020 - 265 Ватт*час/кг.
Интересно, сколько будет в 2030 году...
Более подробно я рассказываю об истинных причинах электромобилизации в видео:
Для справки: электромобиль к экологии имеет опосредственное отношение, и сегодня не является экологически выгодным по сравнению с современными автомобилями с ДВС. "Зелёные" лишь используют эту повесточку с набирающими популярность электромобилями в своих целях, как и все подобные организации и политики. Вся эта борьба с глобальным потеплением и за сохранение климата, направленная против выбросов CO₂ относится туда же, и к истинным причинам начавшейся в мире электромобилизации не имеет абсолютно никакого отношения!
Постскриптум.
Статьи выходят благодаря поддержке подписчиков-спонсоров.
Подписывайся на канал!
Статья для спонсоров: