Натрий-серный аккумулятор

Что лучше: натрий ионные или литий ионные аккумуляторы?

Из-за своего недорогого потенциала накопления энергии и обилия нетоксичных материалов натриево-ионные аккумуляторы становятся все более конкурентоспособной альтернативой их литий-ионным братьям, что является предметом исследований среди ученых. Однако технология до сих пор не была коммерциализирована.

В ходе исследования, проведенного Институтом сверхпроводимости и электронных материалов Университета Вуллонгонга (ISEM), было введено в эксплуатацию 30 кВт-ч натриево-ионных батарей на насосной станции Sydney Bondi Service, расположенной рядом со знаменитым пляжем Бонди.

Система включает модуль возобновляемой энергии с солнечной батареей 6 кВт, систему управления энергией и временную литий-ионную батарею. Sydney Water будет использовать литий-ионные аккумуляторы в течение 12 месяцев для проверки системы управления энергопотреблением, прежде чем переходить на натриево-ионные аккумуляторы.

«Очень важно, что этот проект обеспечит готовые к выпуску на рынок и готовые к производству технологии ионно-натриевых аккумуляторов. Это позволяет более дешевым распределенным источникам возобновляемой энергии стать реальностью », – сказал директор ISEM профессор Ши Су Ду. Насосная станция Бонди была выбрана в качестве массивного энергоемкого объекта, который ежедневно обрабатывает огромные объемы сточных вод, чтобы продемонстрировать, что технология способна «справляться» с чрезвычайно изменчивыми нагрузками

Насосная станция Бонди была выбрана в качестве массивного энергоемкого объекта, который ежедневно обрабатывает огромные объемы сточных вод, чтобы продемонстрировать, что технология способна «справляться» с чрезвычайно изменчивыми нагрузками.

Система будет вырабатывать около 8000 кВтч энергии в год – больше, чем необходимо на насосной станции Bondi для собственных нужд.

Этот пилот может быть масштабирован, учитывая, что Sydney Water имеет сеть из более чем 780 канализационных насосных станций.

От имени австралийского правительства ARENA ранее объявила о финансировании проекта Smart Sodium Storage на сумму 2,7 млн. Долларов США, в рамках которого будут разрабатываться и демонстрироваться натриево-ионные аккумуляторы в области возобновляемых источников энергии.

«Благодаря работе ведущих мировых исследователей в Университете Вуллонгонга эти относительно недорогие и надежные натриево-ионные аккумуляторы не слишком далеко, что может снизить нашу зависимость от лития», – сказал генеральный директор ARENA Даррен Миллер.

Как натрий работает в аккумуляторах

В ходе исследований российские ученые выяснили, что для достижения схожей с литиевым аккумулятором емкости при использовании натрия нужно «уложить» атомы элементов определенным, многослойным способом. Они экспериментировали с трехслойной структурой – слой атомов натрия сверху и снизу был закрыт слоями графена – перспективного материала, представляющего собой двухмерную решетку из атомов углерода.

Разница между однослойной и многослойной структурами АКБ

Особенный способ укладки атомов натрия заключается в их расположении в несколько слоев, находящихся один над другим. Подобная структура достигается за счет перехода атомов из металла в пространство между двумя листами графена под высоким напряжением, что имитирует процесс заряда аккумулятора. Получается своего рода «сэндвич» из слоя углерода, двух слоев щелочного металла (натрия) и дополнительного слоя углерода.

При такой структуре емкость аккумуляторов, по словам специалистов, становится схожей с емкостью стандартных литиевых батарей – 335 мАч/гр у натриевых (мАч на один грамм вещества) против 372 мАч/гр у литиевых

Активные компоненты

Активными компонентами вторичного элемента являются химические вещества, из которых состоят положительные и отрицательные активные материалы, а также электролит . Положительный и отрицательный состоят из разных материалов, причем положительный демонстрирует потенциал восстановления, а отрицательный — потенциал окисления . Сумма этих потенциалов является стандартным потенциалом или напряжением ячейки .

В первичных ячейках положительный и отрицательный электроды называются катодом и анодом соответственно. Хотя это соглашение иногда применяется к перезаряжаемым системам, особенно с литий-ионными элементами, из-за их происхождения из первичных литиевых элементов, такая практика может привести к путанице. В перезаряжаемых элементах положительный электрод является катодом при разряде и анодом при заряде, и наоборот для отрицательного электрода.

Системы накопления (хранения) энергии и Электромобили

• Электромобили
• Электромобили (мировой рынок)
• Электромобили (рынок Европы)
• Электромобили (рынок Германии)
• Электромобили (рынок Норвегии)
• Электромобили (рынок Китая)
• Электромобили (рынок России)
• Электромобили (рынок Украины)
• Электромобили (рынок Белоруссии)
• Электроавтобусы
• Электрозаправки (электрозарядные станции, ЭЗС)
• Водородные автомобили
• Электросамокаты
• Электросамолеты

• Зарядные устройства (мировой рынок)
• Зарядные устройства (рынок России)

• Углекислый газ (диоксид углерода — CO2)
• Zero waste philosophy (Биоэкономика) Зелёная экономика

В России:

• Система оперативно-технологического управления распределительными электрическими сетями
• Автопилот (беспилотный автомобиль)
• Беспилотный автомобиль КамАЗ, КамАЗ Drive Electro Электробус, КамАЗ-Чистогор, Кама-1, Челнок
• C-Pilot
• MatrЁshka
• Traft: Беспилотный грузовик
• Revolta Engineering
• Drive Electro, Moskva (электрогрузовик)
• Тролза
• Polytech Solar Электромобиль
• Modulo Электробус
• Zetta
• ПК Транспортные системы
• Муравей (первый российский электромобиль)
• CML Car (российский электромобиль)
• GAZelle_e-NN
• Ардерия, Ардерия ТС2 (электромобиль)
• Monarch (электромобиль)
• ЭвоКарго (EvoCargo) EvoCargo EVO-1 Электрический автономный грузовик
• Пионер 6245 (электробус)
• Aurus Электромотоцикл

В мире:

• Tesla Model, Tesla Semi Truck- Tesla Motors
• Polestar, Volvo 7900 (беспилотный электроавтобус), Volvo XC40 — Volvo Cars Group
• Toyota Электромобили, Toyota e-Palette, Toyota ProAce Electric
• Audi e-tron (электромобиль)
• BMW i3 Электромобиль, BMW iX3, BMW i4, BMW eDrive Zones
• Freightliner eCascadia (электрический грузовик)
• Honda Электрокары, Honda e (электромобиль), Honda Everus VE-1, Cruise Origin
• Hyundai Kona Electric (электромобиль), Ioniq (электромобили), Hyundai 45 (электромобиль)
• Ford Электромобили Ford Transit Custom PHEV Ford Transit Smart Energy Ford E-Transit Ford Mustang
• Volkswagen Электромобили, Volkswagen Moia, Volkswagen ID3, Volkswagen ID4, JAC Volkswagen
• Skoda Enyaq
• JAC Motors JAC iEV7S
• Continental
• Bosch e-axle
• EVlink Wallbox Электрозаправки
• Nissan Leaf Nissan Яндекс.Авто Концепт, e-4ORCE, Ariya (электрокроссовер)
• Siemens eHighway Электромобили
• Catalyst E2 (электроавтобус)
• Roborace Robocar
• Mercedes-Benz Concept IAA, Mercedes-Benz EQC, Vision Mercedes-Maybach Ultimate Luxury, Mercedes-Benz EQS, Mercedes-Benz EQA 250
• Enevate
• Aston Martin RapidE Электромобиль
• Jaguar I-Pace (электромобиль), ElectriCity (сервис электротакси)
• Porsche Taycan электромобиль, Rimac Automobili
• Mazda MX-30 (электромобиль)
• Bentley Motors Octopus (проект разработки технологий для электромобилей)
• Enverge (электрокроссовер)
• R1T (электромобиль)
• Manta5 Hydrofoiler XE-1 (водный электровелосипед)
• Panasonic eCUV Компактный электротранспорт для бизнеса
• Arrival (ранее Charge R&D), Arrival Bus Пассажирский электробус, Arrival Van
• MW Motors, MWM Spartan
• Lordstown Motors, Endurance (электрический пикап)
• Farasis Energy
• Rivian
• Cross Dirt (электрический мотоцикл)
• General Motors (GM) Hummer EV BrightDrop
• Chevrolet Chevrolet eCrate Chevrolet Bolt
• Intelligence in Motion (IM) — Alibaba Group
• Northvolt
• Ample
• Geely International Corporation Zeekr
• Xiaomi Электромобили
• Arcfox aS HBT (электромобиль)
• MAN Lions City E (электроавтобус)

Технологии накопления (хранения) энергии:

• Утилизация батарей электромобилей
• Prime Planet Energy & Solutions
• Системы накопления (хранения) энергии (СНЭ)
• Аккумуляторы для электромобилей (мировой рынок)
• Аккумуляторные батареи (мировой рынок)
• Литий-титанатные аккумуляторы
• Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)
• Литий-ионные аккумуляторы (мировой рынок)
• Литий-ионные аккумуляторы, ЛИА (рынок России)
• Литий-воздушный аккумулятор (lithium-air, Li-air)
• Литий-полимерные аккумуляторы
• Литиевая батарея Kyocera
• Электрический аккумулятор
• Стартерные аккумуляторы (рынок России)
• Аккумуляторы с твердым электролитом
• Твердотельные аккумуляторы
• Стартерные аккумуляторы (рынок России)
• Портативные аккумуляторы (мировой рынок)

Другая разработка «МИСиС»

В августе 2019 г. специалисты «МИСиС» разработали еще одну альтернативу литиевым элементам питания. Как сообщал CNews, они придумали принцип использования растения «борщевик» при производстве электродов для суперконденсаторов (СК). Созданная ими технология была протестирована в лабораторных условиях, и эксперимент завершился успехом.

По задумке ученых из МИСиС, в качестве сырья для производства электродов суперконденсаторов должны использоваться только стебли борщевика. Для их превращения в углеродный материал, а затем и в электроды они подвергаются обработке по особой технологии, включающей в себя ряд этапов, к примеру, обработку в соляной кислоте и насыщение углекислым газом.

Достойная замена литию

Российские ученые нашли возможную альтернативу литию для использования в современных аккумуляторах. Команда отечественных специалистов из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН совместно с иностранными коллегами из Центра им. Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе (Германия) под руководством профессора Центра Аркадия Крашенинникова нашла способ замены этого щелочного металла на другой – натрий.

Как сообщили CNews представители «МИСиС», использование натрия в элементах питания выгодно тем, что он представлен на Земле в значительно большем количестве, чем литий – к примеру, он есть даже в обычной поваренной соли. При этом его использование в АКБ не приведет к значительной потере емкости в сравнении с батареями на основе лития, который, к тому же, за счет ограниченных запасов этого металла, стоит заметно дороже натрия.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

1. Проверка правильности крепления нового источника питания.
2. Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
3. При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Приложения [ править ]

Грид и автономные системы

Батареи NaS могут быть развернуты для поддержки электросети или для автономных возобновляемых источников энергии . В некоторых рыночных условиях батареи NaS обеспечивают ценность за счет энергетического арбитража (зарядка батареи, когда электричество в изобилии / дешево, и разряд в сеть, когда электричество более ценно) и регулирование напряжения . NaS-аккумуляторы — это возможная технология хранения энергии для поддержки производства возобновляемой энергии, особенно ветряных электростанций и солнечных электростанций. В случае ветряной электростанции батарея будет накапливать энергию во время сильного ветра, но с низким энергопотреблением. Эта накопленная энергия затем может быть разряжена из аккумуляторов во время пиковой нагрузки.периоды. В дополнение к такому переключению мощности можно использовать натриево-серные батареи для помощи в стабилизации выходной мощности ветряной электростанции во время колебаний ветра. Эти типы батарей представляют собой вариант для хранения энергии в местах, где другие варианты хранения невозможны. Например, гидроаккумулирующие установки требуют значительных площадей и водных ресурсов, в то время как для хранения энергии на сжатом воздухе ( CAES ) требуются некоторые геологические объекты, такие как соляная пещера.

В 2016 году Mitsubishi Electric Corporation ввела в эксплуатацию крупнейшую в в префектуре Фукуока , Япония. Объект предлагает хранилище энергии, чтобы помочь управлять уровнями энергии в часы пик с использованием возобновляемых источников энергии.

Пробел

Из-за своей высокой плотности энергии батарея NaS была предложена для использования в космосе. Натриево-серные элементы могут быть пригодны для использования в космосе: на самом деле испытательный натриево-серный элемент летал на космическом корабле . В летном эксперименте NaS была продемонстрирована батарея с удельной энергией 150 Вт · ч / кг (3-кратная удельная энергия никель-водородной батареи), работающая при 350 ° C. Он был запущен в ходе миссии STS-87 в ноябре 1997 года и продемонстрировал 10 суток экспериментальной эксплуатации.

Венера Landsailing Rover концепция миссии также рассматривает возможность использования этого типа батареи, так как ровер и его полезной нагрузки проектируются функционировать в течение 50 дней на горячей поверхности Венеры без системы охлаждения.

Транспорт и тяжелая техника

Первое крупномасштабное использование натрий-серных батарей было в демонстрационном автомобиле Ford «Ecostar» , прототипе электромобиля в 1991 году. Однако высокая рабочая температура натриево-серных батарей создала трудности для использования электромобилей. Ecostar так и не пошел в производство.

Стоимость батареи

С каждым годом производство аккумуляторов для электромобилей наращивается. Вследствие этого, а также развивающихся технологий стоимость кВт/ч обходится всё меньше и меньше. Согласно исследованию, опубликованному Bloomberg New Energy Finance (BNEF) в феврале 2016 года, цены на тяговые аккумуляторы упали на 65% с 2010 года, из них на 35% только в 2015 году, достигнув 350 долларов США за кВт/ч. В исследовании делается вывод о том, что стоимость батареи стоит на пути к тому, чтобы электромобили без государственных субсидий (существующих на данный момент в Европе и США) были такими же доступными, как автомобили с двигателями внутреннего сгорания к 2022 году.

Где и почем купить аккумуляторы в России

Большинство потенциальных покупателей подержанных электромобилей интересует вопрос: сколько стоит новый аккумулятор для электромобиля и где его можно купить? Это важно для того, чтобы понимать, стоит ли тратиться на машину с батареей с большей остаточной емкостью или лучше купить автомобиль постарше и купить новый аккумулятор. В настоящее время рынок электрокаров в РФ только зарождается и всех немногочисленных владельцев можно разделить на две категории: люди с высоким уровнем достатка, владеющие новенькими Теслами или BMW i8, и люди, пользующиеся подержанными электромобилями, ввезенными из Японии, США или Европы, для которых важна конечная стоимость километра пробега на электромобиле

Первые могут обратиться к дилеру, у которого они приобрели машину, но с учетом характеристик современных батарей, делать это понадобится не скоро. А вторым нужно выбрать: эксплуатировать автомобиль с меньшим запасом хода или раскошелиться на новую или мало б/у батарею. Самое популярное решение для японских электромобилей — купить или заказать батарею на Дельнем Востоке. Для примера приведу текущую стоимость б/у аккумуляторов. Батарея 24 кВт/ч на Nissan Leaf I с остаточной емкостью около 75% будет стоить около 110 тыс. рублей. Стоимость увеличенной батареи 30 кВт/ч с остаточной емкостью 95% может доходить до 300 с лишним тысяч рублей. Если вас интересует аккумулятор для автомобиля, произведенного в Европе или США, можно рассчитывать на примерно такое же соотношение стоимости к остаточной емкости. При этом если АКБ нужна, например, в Москве, то в расходы следует записать и стоимость доставки.