Вторник, 17 Април 2012 13:48

Батерии: Битката на технологиите - Li-ion срещу Zinc-air

От
zinc_air_battery

Литиево-йонните батерии осигуряват живот на повечето от електронните ни устройства и бързо се настаниха в електромобилите, като осигуряваща повече пробег и издръжливост технология. Пробегът обаче все още е далеч от този на конвенционалните коли и в тази посока постоянно се търсят нови решения и оптимизации. Такива биха дошли и под формата на други технологии при батериите, например, цинк-въздух и за да ви покажем разликите между двете системи, ще ви кажем какво мисли по въпроса експерт, натрупал доста опит в сферата. Уилям Тахил е основател на Meridian International Research, технологичен консултант в Мартанвил, Франция, който в интервю за колегите от cars21.com описва предимствата и недостатъците на li-ion срещу zinc-air батериите за електрически превозни средства...

cars21.com: Смятате ли, че цинк-въздух технологията може да бъде конкурентна на литиево-йонната в бъдеще?

Уилям Тахил: Препоръчвам моята публикация "Цинк-въздушна батерия и цинкова икономика," която показва, че цинк-въздушните батерии и горивните клетки имат много предимства и бяха развита и готова за масово внедряване технология още през 90-те години на миналия век преди литий-йон технологията още да се появи на сцената.

Голям проблем, който не получава достатъчно внимание в електромобилната преса са тежките превозни средства – камиони, автобуси, трактори, строителна техника и др. Какво ще се използва за задвижването им? Вече е пределно ясно, че модерната цивилизация е тотално зависима от пътните доставки – без тировете логистичната ни инфраструктура би се сринала. Без трактори производството на храни също. Само в САЩ има над 2.2 милиона Клас 8 тежки камиона, с маса над 36 тона, всеки от които изминава по 130,000 км годишно. Те израздходва по около 47 л/100 гориво. Как ще продължава ме да задвижваме тези превозни средства. Само за няма и 250 км пробег ще им трябват 300 кВтч батерии.

Тук литий-йон технологията е изключена като вариант – 300 кВтч батерия би тежала 3 тона, а за производството и ще са нужни 600 кг литиев карбонат. Следователно преоборудването на камионите само в САЩ би изисквало най-малко 1.3 милиона тона технически литиев карбонат. Годишно в щатите се регистрират по около 500,000 Клас 3 – 8 камиона, ще ни трябват над 200,000 тона литиев карбонат годишно за тези камиони, за да ги направим електрически, без да броим продажбите на камиони в останалата част на света. В глобален мащаб всяка година се продават около 2.5 милиона камиона с тегло над 6 тона, за всеки от които ще е нужда средно 200 кВтч батерия и съответно 1 милион тона литиев карбонат годишно, при настоящо световно производство от 130,000 тона. С други думи между нужното и произвежданото има 20 пъти разлика и аз се надявам това отново да демонстрира защо литий-йон технологията не е подходяща за масова употреба в авто бранша.

Цинк-въздух горивните клетки обаче са много подходящи за сектора на доставки с тежки превозни средства и обществения транспорт.

Electric Fuel, например, успешно тества флота от електрически автобуси преди 10 години, задвижвани с енергия от 200 – 220 Вч/лг зинк-въздух горивни клетки. 300 кВтч горивна клетка би тежала наполовина на литиево-йонен еквивалент и най-важното има обем под 1.5 кубични метра. "Презареждането" пък е възможно за минути чрез подмяна на изтощения пакет със зареден, както на станциите на Better Place.

За тировете вече има множество паркинги, които предлагат различно обслужване и добавянето на услуга за подмяна на цинк-въздух батерии на всеки 200 км път в Европа и САЩ е напълно възможно.

cars21.com: Какви са накратко предимствата/недостатъците на цинк-въздух батериите в сравнение с литиево-йонните?

Уилям Тахил: Предимствата са:

  1. Масов пазар за производство на милиони пакети в рамките на няколко години и това е единствената технология при батериите, с която това може да се постигне (плюс Zebra). Цинкът е четвъртият най-използван метал в света. Всяка година на всеки континент се произвеждат над 9 милиона тона. Евтин е и се използва за галванизиране на стоманата за предпазването й от корозия. Всеки автопроизводител използва хиляди тонове цинк. Няма недостиг на ресурси или производство;
  2. Цинкът е най-широко използвания за батерии метал в света от над 100 години. Всяка година се произвеждат над 10 милиарда алкални батерии с цинк за анода. Следователно батерийната индустрия е отдавна "на ти" с цинковата електрохимия и следва да разполага с техническия опит за въвеждане на цинк-въздух батерии в масово производство;
  3. Налична, тествана, сигурна и солидна технология;
  4. Компактно съхранение на енергия. ZnAir горивна клетка – 200 Вч/кг, 200 Вч/л. Презареждаема ZnAir горивна клетка – 150 Вч/кг. Много по-компактно съхранение на енергия от литий-йон технологията, следователно много по-подходяща за превозни средства, където пространството е ограничено. Реалистично една кола може ад бъде оборудвана с 60 кВтч, два пути повече от възможността с литиево-йонна батерия;
  5. Презареждането е сравнимо с това на конвенционална кола;
  6. Най-евтината налична технология за електромобилни батерии - $100/кВтч определено е постижима цена (при около $500/кВтч за литий-йон);
  7. Безопасност - защитена от къси съединения. Ако батерията даде на късо, просто се изключва;
  8. Издръжлива на презареждане и разреждане;
  9. Цинкът може да се произвежда възобновяемо с помощта на директна слънчева топлинна енергия;
  10. Утвърдена проста технология използваща конвенционална добре усвоена и евтина за производство химическа субстанция;
  11. Рециклируема – след множество цикли, батерията може да се разрежда до долу и анодът третиран за подновяване на свойствата.
  12. Добра за геополитиката – по цялата планета има големи залежи на цинк.
  13. Околна среда – не са нужни нови мини и няма допълнително разграждане – добива се от съществуващи мини.
Недостатъците са:
  1. На този етап презареждаемата версия осигурява само 600 цикъла до 100% {tooltip}DoD{end-link}Дълбочина на разреждането{end-tooltip}.
  2. Ниска енергийна плътност – може да има нужда от суперкондензатори за по-динамично ускорение (хибридно батерийно решение).

Тези недостатъци не са съществени при дългия списък с предимства, особено предвид цен разликата в цената на цинк-въздух технологията и капацитетът за обновяване на батерията след 600 цикъла (или по-малко).

С историята на развитие на цинк-въздух технологията и различните цинк-въздух батерии и горивни клетки, разработвани от 60-те насам, бих казал, че единствената причина литиево-йонните батерии да бъдат предпочетени за превозни средства е заради в общественото ежедневие, литиево-йонните батерии, които започнаха да се появяват в края на 90-те и началото на настоящия век, подобриха значително мобилните телефони и компютри в сравнение с NiMH. Така че всички, включително шефовете в автоиндустрията, автоматично приеха, че щом са много по-добри от NiMH за преносими устройства, така ще бъде и при колите – но това просто не е така.

[Източник: cars21]

Прочетено 4685 пъти Последна корекция Петък, 27 Декември 2013 22:56
JACtest

Този имейл адрес е защитен от спам ботове. Трябва да имате пусната JavaScript поддръжка, за да го видите.