Какие типы аккумуляторов используются в электромобилях?

Автор: Дмитрий Сапко

27/12/2019

Развитие сферы электромобилей неизбежно приводит к тому, что покупатели новых авто задумываются о необходимости покупки именно машины на электротяге. Это экономично, модно, современно, а также весьма привлекательно, так как производители стараются сделать каждую новую электрическую машину произведением искусства. Тем не менее, электротранспорт не лишен и определенных трудностей в эксплуатации. В частности, потенциального покупателя может смущать вопрос батареи. Если аккумулятор в авто окажется некачественным, уже через 2-3 года эксплуатации придется выложить крупную сумму из кармана на замену этого изделия. Именно батарея стала самым дорогим элементом конструкции машины.

Производители не прекращают активно менять и совершенствовать сферу электротяги, добавляя новые технологии практически в каждый флагманский автомобиль. Сегодня сложно найти авто в этой сфере, которое не создавало бы новый прецедент в производстве машин с электродвигателями. Темпы развития сферы просто невероятные, практически все мировые концерны активно вступают в гонку технологий именно в сфере электромобилей. Давайте посмотрим, какие типы аккумуляторов сегодня используются в электрических авто.

Литий-ионные батареи – классика жанра

Данный вариант считается классическим решением, но уже давно перестал быть единственным вариантом АКБ для машин. Это сильно увеличенный аналог батареи из вашего мобильного телефона, работает здесь все по такому же принципу. Одним из серьезных недостатков можно назвать высокую стоимость производства. Также защитников планеты смущает момент проблем с утилизацией действующих веществ аккумулятора Li-ion.

Но есть ряд важных преимуществ:

материалы в таком аккумуляторе способны накапливать заряд много раз и держать его длительный срок;
электромотор в машине нуждается в постоянном стабильном напряжении, и эта батарея обеспечивает такую особенность;
батарея Li-ion разряжается всего на 6% в месяц, если вы не будете использовать электромобиль;
радует и срок эксплуатации – в стандартном городском режиме аккумулятора хватит на 7-10 лет или 1000 циклов зарядки.

Важная проблема, из-за которой производители ищут альтернативы, – это высокий риск взрыва при механических повреждениях. Приходится сооружать дорогостоящие боксы для защиты владельца новой машины от непредвиденных обстоятельств. Также есть ограничение с точки зрения внешней температуры. Эксплуатировать Li-ion АКБ можно при температурах до -20 градусов, и это ограничивает географию применения машин с такими сегментами питания.

Алюминий-ионные аккумуляторы

По своей конструкции данные виды батарей не сильно отличаются от предыдущих вариантов, разве что производители добавили в состав алюминиевые сегменты. Тем не менее, алюминий значительно повышает безопасность эксплуатации и практически полностью убирает риск взрыва. За все приходится платить, и в этих АКБ безопасность стала поводом для уменьшения производительности катода. Это значит, что машина сможет проехать меньше на одном заряде, а циклов зарядки/разрядки само изделие может пережить до 700-800. Это немного сокращает средний срок эксплуатации изделия.

Исследователи на базе автомобильных концернов в Китае сегодня ведут разработки нового поколения аккумуляторных батарей для электромобилей именно на основе алюминий-ионных технологий. Как только экономический смысл использования таких сегментов питания будет оптимальным, эти виды батарей заменят литий-ионные на многочисленных китайских электрических автомобилях. Но пока это только перспективная технология.

Важно! Если в будущем у вас появится машина с алюминий-ионным аккумулятором, не стоит заражать ее на 100%. Оптимальный заряд без разрушения элементов внутри батареи – 85-90%.

Литий-серные аккумуляторы Li-S

В этом случае литий остается основным действующим веществом, а электроэнергия накапливается и передается за счет реакции лития и серы. Устройства получили многослойную конструкцию и стали наиболее перспективными разработками в своей сфере. Данные батареи уже можно увидеть на экспериментальных автомобилях крупных концернов.

Основные достоинства технологии:

емкость вдвое выше Li-ion батарей с таким же весом и монтажным объемом;
стоимость производства ниже, чем у любых других известных на сегодняшний день вариантов;
температурный диапазон практически не ограничивается, разве что на Северный Полюс ехать не стоит;
технология имеет большие перспективы в плане экологии, переработка материалов не столь проблематична.

Возникает вопрос, почему такие аккумуляторные батареи до сих пор не устанавливают на серийные машины. Все объясняет один неприятный недостаток – на данный момент устройство может выдержать до 60 циклов зарядки/разрядки. Это делает применение АКБ Li-S нецелесообразным на электромобилях серийного производства. Но ряд компаний ведут свои разработки для увеличения жизненного цикла данных аккумуляторов, что должно спасти их и сделать хорошей альтернативой Li-ion моделям.

Этот вид батарей считается наиболее экологически чистым, несмотря на присутствие того же лития в составе. Но серьезные исследования по утилизации таких батарей пока не проводились.

Металл-воздушные типы АКБ

Еще одна перспективная технология, которая находится на стадии разработки, – это металл-воздушные аккумуляторы. Такие батареи неплохо зарекомендовали себя на испытаниях, но по ряду причин не используются в серийном производстве автомобилей.

Главные достоинства технологии следующие:

малый вес, что позволяет облегчить массу машины и уменьшить общий расход электроэнергии в пути;
сравнительно большой пробег на одном заряде, что сразу же поднимает эту технологию в рейтинге;
отсутствие серьезных проблем с утилизацией отработанного оборудования;
невысокая стоимость производства, вторичная переработка и использование отходов в повторном производстве АКБ.

Но есть у технологии и минусы. В частности, страдает долговечность эксплуатации. В среднем такие батареи могут выдерживать до 70 циклов зарядки/разрядки, и этого очень мало для электрических автомобилей серийного образца. Данные технологии также находятся в разработке у ряда инновационных компаний, которые стремятся сделать металл-воздушные аккумуляторы более надежными и долговечными. Но пока до серийного выпуска очень далеко.

Есть важный момент. Такие аккумуляторы могут непредсказуемо выходить из строя и полностью разряжаться за пару секунд. Поэтому их будущее в сфере электромобилей очень туманно.

Какие технологии будут доминировать в будущем?

Можно предположить, что в будущем технология литий-полимерных (Li-Po) батарей также вытеснит многие другие решения. Для производства используется менее токсичный материал, а вес батареи меньше. Сегодня такие АКБ компактных размеров используются на беспилотных летательных аппаратах. В разработке у специалистов есть еще несколько технологий, которые могут стать хорошим заделом на будущее и заменить токсичные и небезопасные элементы на более современные, экологически чистые и долговечные.

Очевидные тренды на будущие несколько лет следующие:

Уменьшение веса батарей. Сегменты должны становиться легче, чтобы уменьшать общий вес автомобилей.
Увеличение запаса хода. Ученые активно работают над тем, чтобы создать более емкие и выносливые аккумуляторы.
Замена для Li-ion технологии. Это позволит победить одну из самых серьезных проблем электрических машин – низкую экологичность аккумуляторов.
Снижение опасности взрыва. Это также фактор замены литий-ионных батарей, который активно обсуждается в сфере исследователей.
Обкатка новых технологий. Уже существуют альтернативные технологии, которые явно будут иметь успех в будущем.

В качестве одной из альтернативных технологий можно вспомнить об американском стартапе, который предложил использовать специально подготовленный алюминиевый лист в качестве аккумулятора. Такое устройство одноразовое, его хватает на 700 км пробега, затем алюминий идет на вторичную переработку, так что стоимость пробега не будет слишком высокой. Но пока это только концептуальные решения, а не серийная продукция.

Предлагаем посмотреть видео о начинке аккумулятора Tesla:

Подводим итоги

Пока рекордсменом по техническим характеристикам остается Tesla Model S, батареи на 100 кВт в которой хватает на 600 км пробега. Близко к этой разработке подбирается Jaguar I-Pace, также недалеко расположился Audi e-Tron. В целом же рынок электромобилей страдает из-за малого пробега на одном заряде и балансе между экологической чистотой и потенциальной долговечностью аккумуляторов. Пока Li-ion остается единственным оправданным вариантом, но эта тенденция вскоре должна быть изменена.

В частности, изменения ожидают технологии аккумуляторных батарей, их размеры и принцип действия. Скорее всего, через несколько лет мы увидим батарею, одного заряда которой будет достаточно для преодоления 1500-2000 км, а заряжаться она будет гораздо быстрее, чем нынешние версии аккумуляторов. Это очень важный аспект развития электрических автомобилей, который стоит учитывать на будущее. А что вы думаете о перспективах электромобилей в нашей стране?