Если в автомобилях с ДВС сердцем считается силовой агрегат, то у электромобилей вся жизнь находится в батареях. Это не просто источники питания, а сложные системы накопления энергии и миниатюрные электростанции, шепчущие обещания чистого и тихого будущего. Первые батареи с трудов могли преодолеть хотя бы пару километров, а нынешние инновационные технологии позволяют перемещать автомобиль на сотки км и заряжать их за несколько минут.
Литийионные батареи
Это самый распространённый тип аккумуляторов для электромобилей. Сочетание высокой плотности энергии, длительного срока службы и эффективной зарядки делает их идеальным выбором для автомобилей, которые полагаются на накопленную электрическую энергию.
Литийионные батареи работают как миниатюрные электростанции. Две пластины омываются специальной жидкостью, богатой ионами. Одна пластина изготовлена из углерода или другого подобного материала, она накапливает ионы лития, как крошечные монетки. Другая — из оксида металла, принимает этих «гостей» во время зарядки. Когда водитель нажимает на педаль, накопленные ионы лития движутся как заряженный парад, высвобождая энергию через внешнюю цепь для питания электродвигателя. Во время зарядки парад меняется на обратный, пополняя углеродную пластину запасами литиевых монет.
Плюсы литийионных батарей
Они обладают высокой плотностью энергии и могут хранить большое количество энергии в небольшом корпусе. Это позволяет увеличить дальность поездки на электромобилях по сравнению с другими типами батарей, например, свинцово-кислотными. Типичный блок батарей для EV может весить около 360 кг, но при этом обеспечивать дальность хода более 300 км на одной зарядке.
Литийионные батареи можно многократно заряжать и разряжать, прежде чем они начнут заметно деградировать. Они обладают длительным сроком службы.
Литийионные батареи имеют высокую эффективность заряда/разряда, что означает меньшую потерю энергии в процессе. Это приводит к увеличению дальности поездки и снижению энергопотребления автомобиля.
Несмотря на высокую плотность энергии, литийионные батареи легче других типов, что способствует улучшению характеристик автомобиля и снижению веса.
Минусы литийионных батарей
Они подвержены перегреву и выходу из строя в экстремальных условиях, что может привести к пожару. А холодная температура снижает эффективность батарей и дальность хода.
Электромобили намного более экологичны во время использования, чем машины с ДВС, но производство литийионных батарей связано с добычей лития и кобальта, что негативно сказывается на природе.
Свинцово-кислотные батареи
Это прошлое поколение автомобильных аккумуляторов. Более века эти надежные, но увесистые батареи служили основой систем зажигания автомобилей, предлагая надежное, хотя и ограниченное решение для запуска двигателей. Однако с появлением электромобилей свинцово-кислотные батареи меняются, превращаясь из актёров второго плана в потенциальных звёзд EV-революции.
Плюсы свинцово-кислотных батарей
Они отлично справляются с выдачей коротких всплесков высокой мощности, что становится решающим фактором для запуска автомобильных двигателей.
Свинцово-кислотные батареи известны своей долговечностью и устойчивостью.
Их давняя история помогает сделать технологию производства доступной, а обслуживание и утилизацию — лёгкими.
обусловливает широкую доступность, устоявшиеся процедуры обслуживания и легкодоступные процессы утилизации.
Минусы свинцово-кислотных батарей
Свинцово-кислотные батареи хранят значительно меньше энергии на единицу веса или объёма по сравнению с литийионными. Это означает, что электромобили со свинцово-кислотными батареями обладают крошечным запасом хода.
Они быстрее разрушаются при глубоких разрядах, что снижает их пригодность для питания первичной силовой установки электромобилей.
Из-за содержания свинца они значительно тяжелее литийионных батарей, что сказывается на манёвренности и эффективности автомобиля.
Свинец и серная кислота при отсутствии должной обработки и утилизации представляют потенциальную опасность для окружающей среды.
Никель-металл-гидридные батареи
Литийионные батареи основаны на перемещении ионов лития между катодом и анодом, а никель-металл-гидридные батареи предполагают поглощение и выделение водорода в металлическом сплаве на отрицательном электроде. Во время зарядки гидроксид никеля на положительном электроде выделяет кислород, который соединяется с ионами водорода (протонами) в электролите, образуя молекулы водорода. Затем эти молекулы водорода впитываются в металлический сплав на отрицательном электроде. Во время разряда происходит обратный процесс: водород высвобождается из сплава, соединяется с кислородом на положительном электроде и вырабатывает электричество.
Плюсы никель-металл-гидридных батарей
По сравнению со своими предшественниками, никель-кадмиевыми аккумуляторами, никель-металл-гидридные аккумуляторы обладают значительно более высокой энергетической плотностью, что позволяет им хранить больше энергии на единицу объёма и веса. Это означает, что электромобили такими батареями обладают потенциально большим запасом хода.
В отличие от литийионных аккумуляторов, которые могут значительно потерять ёмкость при низких температурах, никель-металл-гидридные аккумуляторы сохраняют относительно стабильную производительность даже в морозы.
Они не содержат основных токсичных металлов, таких как кадмий или свинец, что делает их более экологичной альтернативой. Кроме того, они отличаются высокой степенью утилизации, что ещё больше снижает их воздействие на окружающую среду.
Минусы никель-металл-гидридных батарей
Несмотря на улучшения по сравнению с никель-кадмиевыми батареями, никель-металл-гидридные аккумуляторы всё ещё проигрывают по плотности энергии литийионным. Это приводит к тому, что потенциальный запас хода у EV, оснащённых никель-металл-гидридными батареями, меньше, чем у тех, что оснащены литий-ионными.
Подобные аккумуляторы подвержены «эффекту памяти», когда многократные частичные разряды могут привести к снижению общей ёмкости.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы самостоятельно себя разряжают — теряют заряд быстрее, чем литийионные, когда не используются. Это может быть недостатком для электромобилей, которые редко используются или хранятся в течение длительного времени.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы считаются безопасными, но при определённых условиях они могут испытывать тепловой удар, что приводит к возгоранию или взрыву.
Твердотельные батареи
Пока литийионные батареи занимают главенствующее положение в электромобилях, на горизонте появляется новый соперник — твердотельная батарея. Эта революционная технология обещает переосмыслить способы хранения и использования энергии, потенциально всё отношение к электромобилям.
Твердотельные батареи отличаются от своих литийионных аналогов одним ключевым аспектом — электролитом. В литийионных батареях электролит — это жидкость, которая позволяет ионам лития перемещаться между анодом и катодом, вырабатывая электричество. В твердотельных батареях, напротив, жидкость заменяется твердым материалом, обычно керамикой или полимером.
Плюсы твердотельных батарей
Отказ от легковоспламеняющихся жидкостей значительно снижает риск возгорания и взрыва, что считается основной проблемой литийионных батарей. Повышенная безопасность делает твердотельные батареи особенно привлекательными для применения в самолетах, общественном транспорте и системах хранения электроэнергии.
Твердотельные батареи могут хранить больше энергии на единицу объёма, чем литийионные. Это позволяет увеличить дальность поездки на электромобилях, уменьшить размеры и вес батарей и даже увеличить объём грузового пространства.
Срок службы твердотельных батарей значительно больше, чем у литийионных. Это снижает необходимость в частой замене батарей и уменьшает общую стоимость владения EV.
Твердотельные батареи эффективнее работают в широком диапазоне температур — от мороза до жары. Это делает их пригодными для использования в различных климатических условиях.
Минусы твердотельных батарей
Сейчас подобные батареи обходятся значительно дороже в производстве по сравнению с литийионными. Это основное препятствие для широкого распространения, особенно на чувствительном к цене рынке электромобилей.
Производство твердотельных батарей — сложный и трудный процесс, требующий специального оборудования и материалов. Это ограничивает производственные мощности и обусловливает высокую стоимость.
Твердотельные батареи обладают значительным потенциалом, они всё ещё находятся в стадии разработки. Их реальные характеристики с точки зрения плотности энергии, скорости зарядки и срока службы нуждаются в дальнейшем тестировании и проверке.
Материалы, из которых создают твердотельные батареи, считаются редкими и дорогими, поэтому при производстве могут возникнуть проблемы в цепочках поставок.
