Американцы всегда были щепетильны в отношении электроэнергии и урегулировали энергетический комплекс так, что его количественные показатели вывели США на первые места в мире. Призывы к оптимизациям отрасли в 2019-м звучат во всех уголках мира. Даже в России тоже занялись вопросом — призыв Чубайса поднять цены на электричество в январе раздался неслучайно.
Изменение климата и непостоянная природа солнечной и ветряной энергии заставляют государства задуматься о её сохранении и накоплении.
И вот уже издание The Guardian делает громкую публикацию: «Эпоха иона: почему будущее подпитывает энергия батарей». Аккумуляторы стали важны как никогда, и без них человечество цифровой цивилизации буквально не сможет выжить.
Почему в 21 веке аккумуляторы стали так важны?
Число электростанций для производства возобновляемой энергии постоянно увеличивается, и это замечательно. Но у энергетических компаний появилась новая проблема — нужно не только сгенерировать, но и накопить полученные мощности, сохранить их для дальнейшего распределения.
Не отчаивайтесь, по данным Bloomberg NEF, эта цифра увеличится в 50 раз в 2020-м году. Ещё через 20 лет к 2040-му мировые накопители энергии увеличат свои ёмкости до 1000 ГВт. И даже несмотря на то, что это 1000-кратный рост, он сможет «сохранить» лишь 7% всех мировых энергетических мощностей.
В России тоже внедряются такие разработки. Это называется система накопления энергии (СНЭ), и она строится на базе идей новой высокотехнологичной отрасли при участии Центра стратегических разработок, «Роснано» и «Энерджинет». Подробности о докладе 2018-го года вы можете прочитать здесь. Реализация программы на территории РФ планируется к 2025-му году.
Как аккумулятор работает и накапливает энергию?
Электросетевая установка использует тот же принцип действия, как и AAA-батарейка из вашего пульта для телевизора — электрическая энергия преобразуется в химическую при зарядке и обратно при разрядке.
Во время зарядки электроны движутся от отрицательного (-) к положительному (+) электроду. При разрядке — наоборот.
Зачем энергию в 2019-м году нужно накапливать?
Цели зависят от условий, в которых существует энергосистема государства (или даже отдельного дома).
Существуют и менее глобальные задачи. Например, Илон Маск (Elon Musk) в 2015-м году предложил от лица компании Tesla устанавливать аккумуляторы в домохозяйствах и накапливать энергию при её получении от солнечных панелей и компактных ветряных станций на крышах частных домов. Подобные идеи высказывали многие бизнесмены. В том числе немецкий производитель резервных аккумуляторов для дома Sonnen, который опирается на экономность пользователей в рекламе.
Что с электромобилями и когда они станут массовыми?
Большинство водителей не хотят переплачивать при покупке машины и после покупки из-за налогов за и топлива. Электромобиль может избавить нас от этих проблем. И с каждым новым поколением, этот вид транспорта становится всё более привлекательным. Посудите сами.
Есть у машин класса E-Vehicle и недостатки. Один из них — медленную зарядку 8-10 часов — уже решили. Теперь зарядное устройство на 350 кВт заряжает «Теслу» целиком за 10-20 минут. Всё идёт к тому, что электромобиль приобретёт массовый характер уже в ближайшие пару лет.
Что ещё нужно знать об электромобилях?
Кроме того, на электродвигателях и аккумуляторах уже активно создают коммерческий транспорт, включая автобусы, грузовики и даже поезда, не говоря о беспилотных дронах и военной технике. Лишь самолётам не по силам избавиться от традиционного топлива — ограничения энергетической плотности и веса батарей не дают им воли летать на электричестве.
Почему ёмкость и срок службы батареи так малы?
В 2019-м актуальной остаётся логика 30-летней давности — чем больше аккумулятор, тем больше химической энергии он может накопить и отдать. А значит и дольше его нужно заряжать, тяжелее он будет, дороже в создании, более опасным. Производителям приходиться выбирать наиболее компромиссные конструкции в этих параметрах.
Почему Apple никогда не увеличит размер батареи в iPhone?
Поэтому, например, компактные литиевые батареи сегодня «на коне» — они неплохо накапливают энергию, относительно мало весят и хорошо удерживают заряд. Но стоит где-то что-то сильно изменить, как баланс нарушится и приведёт к непредсказуемому результату.
Из-за чего аккумулятор телефона так быстро стареет?
Подлинных причин старения литиевых батарей много. Исследования до сих пор не вывели истинную закономерность химических процессов с увеличением возраста элемента питания — науке точно известно лишь, что со временем уменьшается количество ионов лития и активного материала для хранения энергии. Ёмкость в результате сокращается до 20% к двум-трём годам активного использования.
Почему батареи телефонов умирают быстрее, чем в электромобилях?
С возрастом процессы окисления и рост внутреннего сопротивления аккумулятора приводят к снижению пиковой выходной мощности. Впервые об этом массово заговорили, когда обнаружили, что Apple принудительно урезает производительность iPhone в угоду сохранения автономности гаджета (времени работы от одной подзарядки).
Как вы понимаете, например, электромобили невозможно уберечь от экстремально высоких (на прямых солнечных лучах летом) и низких (суровой сибирской ночью зимой) температур. Полностью исключить «зацикливание» тоже нельзя, когда пользователь вынужден заряжать до конца перед длительной поездкой. Да и склады не всегда обеспечивают должные условия хранения даже новых изделий. Если что-то идёт не так — мы вообще рискуем стать жертвой пожара из-за взорвавшегося аккумулятора.
Наступившая «Эпоха иона» обязана аккумуляторам будущего
Издание The Guardian завершает свой экспертный анализ ситуации следующим заключением: нам предстоит в сжатые сроки увеличить количество энергии в батареях и снизить стоимость их производства. Но даже с учётом самого позитивного сценария, человечеству ещё предстоит иметь дело с ионами лития минимум 10 лет.
Все известные сейчас достижения в области батарей касаются повышения плотности энергии, снижения затрат на их производство за счёт сокращения количества кобальта в составе, повышения скорости зарядки. Чем больше исследований проводится, тем быстрее мы достигнем поставленных целей и перед государствами, и перед компаниями, и перед частными пользователями.
Если у вас возникли вопросы, то оставьте комментарий или отправьте сообщение ВКонтакте @NeovoltRu. Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter.
