Бизнес и научные организации активно работают над созданием новых технологий производства батарей с целью снижения их стоимости, повышения надёжности, ёмкости и уменьшения воздействия на окружающую среду. Основное внимание уделяется разработке новых технологий создания катодов и анодов, а также повышению энергетической плотности батарей. Это позволит улучшить эффективность батарей нового типа.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2cc/b97/a3c/2ccb97a3cfe6d04b679927560c3f8174.jpg)
Основы чистого производства
Компания Sylvatex из Калифорнии разработала эффективный безводный процесс производства катодного активного материала (CAM). «Новая технология снижает общую стоимость CAM на 25%. При этом на 80% уменьшается использование энергии, не используется вода и не остаются отходы, содержащие сульфат натрия», — сказала Вирджиния Клаусмейер, генеральный директор и основатель компании Sylvatex.
Цель Sylvatex — снизить углеродный след производства батарей. Клаусмейер утверждает, что другие компании в индустрии батарей продолжают использовать неэффективные технологии, несмотря на быстрый рост рынка. Это приводит к высоким издержкам, низкой производительности и негативному воздействию на окружающую среду. «Эти заводы ежегодно используют 760 миллионов литров воды, а катодный материал — примерно 50–70 процентов стоимости батарейного блока», — говорит гендиректор Sylvatex.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/55f/f2b/845/55ff2b845831e2503a9a16d7d1a39c35.jpg)
Процесс производства литий-ионных катодов и батарей весьма сложный и включает много этапов. Сначала добываются руды, содержащие ценные металлы, такие как кобальт, марганец, алюминий и никель. Их дробят в специальных мельницах для создания равномерного распределения металлических компонентов. Далее руды обрабатываются серной кислотой. Затем сульфатные соли смешиваются с литиевыми солями, измельчаются и нагреваются для удаления примесей и сплавления. Полученный материал используется для создания катодов, которые затем укладываются слоями и прессуются в вальцовке. Наконец, слои наматываются на катушку и помещаются в корпус батареи вместе с другими компонентами для завершения сборки.
«Мы разработали технологию, где не нужна вода, — сказала Клаусмейер. — Новый процесс обеспечивает бо́льшую гибкость в выборе источников сырья, включая как переработанные материалы, так и добываемые и очищенные компоненты, характеризующиеся более низкой степенью обработки». Клаусмейер сказала, что Sylvatex использует гидроксиды или металлические оксиды в качестве сырья, и описала последовательность действий в новом производстве катодного материала для батарей.
Смешивание сырья с добавкой. В процессе смешивания сырья (гидроксидов или металлических оксидов) с проприетарной добавкой происходит создание равномерной смеси. Она — не совсем типичное поверхностно-активное вещество. Смешивание происходит в специальном реакторе или котле для того, чтобы обеспечить равномерное распределение добавки в сырьё.
Этап кальцинации. В ходе этого этапа сырьё нагревается в специальных печах до определённой температуры в среде с ограниченной подачей кислорода. Это позволяет изменить химические и физические свойства смеси без полного её плавления.
Исключение серы из процесса CAM приводит к уменьшению опасностей, связанных с риском для здоровья работников и окружающей среды.
Создание натриево-ионных батарей
Компания Northvolt ранее специализировалась на литиево-ионных батареях, но теперь расширяет свои возможности, работая над технологией натриево-ионных аккумуляторов. «Два года спустя мы можем смело сказать, что наша технология натриево-ионных батарей — самая эффективная на рынке. Речь идёт об энергетической плотности 160 ватт-часов на килограмм. Это сравнимо с плотностью существующих батарей с фосфатом железа (LFP)», — говорит Андреас Хаас, старший менеджер программы по новому направлению Northvolt. Несмотря на то, что натриево-ионные батареи могут иметь меньшую энергетическую плотность по сравнению с другими типами аккумуляторов, ценовое преимущество и безопасность делают их более привлекательными для потребителя.
«В последние годы мы изучали потребность в батареях LFP, — говорит Хаас. — 99% катодного материала для них поставляется из КНР, и в мире не существует конкурентоспособного способа его производства в другом месте. Так что натриево-ионные батареи — это лучшая альтернатива на сегодня».
Компания Northvolt теперь использует материал Prussian White в качестве катода и твёрдый углерод из биоотходов для анода. Prussian White — это вещество с содержанием железа, созданное в 1704 году. Джон Гуденофф обнаружил, что его структура позволяет эффективно включать ионы натрия, делая его перспективным материалом для катода в натриево-ионных батареях. Его плюс — ещё и дешевизна. Его использование в сочетании с новыми технологиями производства позволяет снизить углеродный след продукции и риск возгорания во время использования.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/1ff/5e2/f4f/1ff5e2f4f64403761ef840c486d6cfe5.png)
Хаас отмечает, что натриево-ионные батареи имеют ряд преимуществ перед Li-Ion. Во-первых, натрий можно добывать из солёной воды, которая есть везде, в то время как литий имеет более ограниченное географическое распространение. Кроме того, использование натриевых батарей позволяет не зависеть от таких дорогих материалов, как никель, кобальт, медь и графит, что будет способствовать стабилизации цен и уменьшению общей стоимости батарей.
Что ещё?
Компании и учёные также активно исследуют новые материалы и технологии для создания лучших и более доступных батарей. Например, в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе открыли центр, который занимается поиском оптимальных материалов для Na-Ion аккумуляторов. Цель — создание оптимального по эффективности и долговечности продукта как альтернативы литиевым аккумуляторам. Проводятся исследования по внедрению фторида в литиевые батареи для увеличения их ёмкости. Также тестируются токопроводящие полимеры, которые помогают ускорить зарядку и улучшить безопасность элементов.
В то же время компания Li-Metal Corp разрабатывает супертонкие литиевые аноды для аккумуляторов толщиной всего от 2 до 20 микрон. Это позволит не только увеличить плотность энергии батарей, но и ускорить их зарядку. Кроме того, компания планирует заменить медь на металлизированный полимер, что снизит стоимость и вес батареи.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/351/fd3/340/351fd33405b024d4bce89cdec4659e15.png)
Li-Metal Corp использует электролиз для получения лития. Затем он осаждается на полимерную основу, создавая тонкую плёнку. Компания масштабирует процесс, чтобы увеличить масштаб производства лития.
В целом, в индустрии производства аккумуляторов множество компаний конкурирует за лидерство в разработке технологий для электромобилей и хранилищ энергии, что делает рынок динамичным и конкурентоспособным. Возможно, в ближайшие годы мы услышим о каких-то новинках, которые радикально изменят рынок аккумуляторов. В течение последних пары десятков лет таких прорывов не было, но это не означает, что их не будет.
aegelsky
напишу об этом ещё раз)
купил моей 14(!) лет назад аккумы в фотик, АА размер, ёмкость 2500, NiMH.
купил себе в этом году аккум 18650 из нормальных, ёмкость 3000 (размер однако сильно больше), Li-ion.
вот и всё коротко что происходит в мире аккумуляторов.
кроме офигительных историй каждые несколько месяцев о гигантских прорывах в отрасли - за последние 15 лет явно ничего не произошло и не факт что скоро что-то изменится, вроде выжали из этой технологии уже всё что можно.
migelle74
Только вольтаж в три раза больше, токи зарядки-разрядки больше, и т.д.
А так вообще ничего не поменялось.
mapnik
Да только эта ёмкость выражена в миллиампер-часах, а номинальное напряжение у NiMH 1.2V, а у Li-Ion — 3.7V.
Ну и "мелочи" вроде эффекта памяти у никелевых аккумуляторов.
mapnik
А без прорывов мы, в общем, не 15 лет, а с 91-го года, когда литий-ионная технология пошла в массы.
Tirarex
1.2v * 2.5Ah = 3Wh но их тут пара, те 6Wh
3.7v * 3Ah = 11.1Wh
В итоге у одной 18650 энергии запасено почти в 2 раза больше чем у пары АА. Кроме того напряжение выше, что положительно скажется на кпд преобразователей так как электроника использует 3,3v и 5v в основном, и чем меньше разница напряжения на входе и на выходе преобразователя, тем выше кпд.
Я бы еще соотношение веса и запасенной энергии посчитал, но точных моделей аккумуляторов приведено небыло.
Serra_avatar
Кажется, вы не в курсе, что у них разное рабочее напряжение.
В nimh 1.2В x 2.5Aч = 3 ватт часа
В liion 3.7В x 3Ач = 11.1 ватт часа
artemsh
Только вот энергоёмкость AA NiMH 2500 аккумулятора будет 3Втч, а 18650 11.1Втч, разница почти в четыре раза
Intel_Google
А трехкратная разница напряжения не смущает?