Аккумуляторлық технологияны инвестициялаудың жаңа мүмкіндіктері

Жылжымалы есептеуіш машиналарға және электромобильдерге сұраныстың артуына байланысты, қазіргі батарея технологиясының шектеулері жолды бөгейді.  1790 жылдары итальяндық физик Алессандро Вольта ойлап тапқан электр батареясы көптеген гаджеттердің, құрылғылардың және машиналардың жұмыс күші болды.

Тұтыну құрылғылары кішірейіп, оларды қайта зарядтауға дейін үздіксіз пайдалану маңызды болғандықтан, аккумуляторлардың миниатюралануы мен энергияны үнемдеуі де маңызды бола бастады. Бұл технологиялық тосқауыл болып шықты, егер ол асып кетсе, ертеңгі жоғары технологиялық экономика үшін маңызды және пайдалы даму болады.

Батарея технологиясы

Барлық электр батареялары екі түрлі материалдар арасында пайда болуы мүмкін тотықсыздану мен тотығудың тотықсыздануының негізгі химиялық реакциясына сүйенеді. Бұл реакциялар жабық және жабық ыдыста орналасады. Катод немесе оң терминал тотығу пайда болатын анодпен немесе теріс терминалмен азаяды. Катод пен анодты электрондардың бір терминалдан екіншісіне оңай өтуіне мүмкіндік беретін электролит физикалық түрде бөледі. Бұл электрондар ағыны электрлік потенциалды тудырады, бұл тізбек аяқталған кезде электр тогына жол береді.

Energizer ( ENR ) сияқты компаниялар шығарған AA және AAA өлшемді ұяшықтары сияқты бір реттік тұтынушылық батареялар (алғашқы батареялар деп аталады) заманауи қосымшаларға қолайлы емес технологияға сүйенеді. Біреу үшін олар қайта зарядталмайды. Бұл сілтілі аккумуляторлар сұйылтылған калий диоксиді электролитімен бөлінген марганец диоксиді катодын және мырыш анодын пайдаланады. Электролит анодтағы мырышты тотықтырады, ал катодтағы марганец диоксиді тотыққан мырыш иондарымен әрекеттесіп, электр қуатын алады. Біртіндеп электролитте реакцияның субөнімдері түзіліп, тотықтыруға қалдырылатын мырыш мөлшері азаяды. Ақыр соңында, батарея таусылады. Бұл батареялар әдетте 1,5 вольт электр қуатын береді және оны көбейту үшін сериялық түрде орналастыруға болады. Мысалы, сериялы екі АА батареясы үш вольтты электр қуатымен қамтамасыз етеді.

Қайта зарядталатын батареялар (екінші реттік батареялар деп аталады) екі материал арасындағы тотығу тотықсыздану реакциясын қолдана отырып, дәл осылай жұмыс істейді, бірақ олар реакцияның кері ағуына мүмкіндік береді. Нарықта жиі қолданылатын қайта зарядталатын батареялар литий-ион (LiOn) болып табылады, дегенмен жұмыс істейтін қайта зарядталатын аккумуляторды іздеуде басқа да түрлі технологиялар қолданылды, соның ішінде никель-метал гидрид (NiMH) және никель-кадмий (NiCd).

NiCd – нарықта жаппай пайдалануға арналған алғашқы сатылатын аккумуляторлық батареялар, бірақ тек шектеулі мөлшерде қайта зарядтауға қабілетті. NiMH NiCd батареяларын ауыстырды және жиі зарядтауға мүмкіндік алды. Өкінішке орай, олардың сақтау мерзімі өте қысқа болды, сондықтан олар өндірілгеннен кейін көп ұзамай қолданылмаса, олар тиімсіз болуы мүмкін. LiOn батареялары бұл мәселелерді кішкене контейнерге кіру, ұзақ сақтау мерзімі және көптеген зарядтарға жол беру арқылы шешті. Бірақ LiOn батареялары мобильді құрылғылар мен ноутбуктар сияқты тұрмыстық электроникада жиі қолданылмайды. Бұл батареялар бір реттік сілтілі батареяларға қарағанда әлдеқайда қымбат және олар дәстүрлі AA, AAA, C, D т.б.

Көптеген адамдар білетін қайта зарядталатын батареялардың соңғы түрі – сұйық қорғасын қышқылды аккумуляторлар, көбінесе автомобиль аккумуляторлары ретінде қолданылады. Бұл аккумуляторлар көп қуат бере алады (машинаны салқын іске қосқандағыдай), бірақ құрамында электролит ретінде қолданылатын қорғасын мен күкірт қышқылын қоса қауіпті материалдар бар. Бұл батареяларды қоршаған ортаны ластамау немесе олармен жұмыс істейтіндерге физикалық зиян келтірмеу үшін абайлап жою керек.

Қазіргі батарея технологиясының мақсаты – LiOn батареяларының өнімділігіне сәйкес келетін немесе жақсара алатын, бірақ оларды өндіруге байланысты үлкен шығындарсыз батареяны құру. Литий-иондар отбасында аккумулятордың тиімділігін арттыру үшін қосымша ингредиенттерді қосуға күштер бағаны төмендетуге бағытталған. Мысалы,  литий-кобальт  (LiCoO2) құрамы қазіргі кезде көптеген ұялы телефондарда, ноутбуктарда, сандық камераларда және тозуға болатын өнімдерде кездеседі. Литий-марганец  (LiMn2O4) жасушалары көбінесе электр құралдары, медициналық құралдар және электрқозғалтқыштары үшін қолданылады, мысалы, электромобильдерде кездеседі.

Қазіргі уақытта  литий негізіндегі батареялардың өнімділігін арттыру үшін сыйымдылыққа мүмкіндік беретін қызықты жаңа даму . Бұл аккумуляторлар анодты тотықтыру үшін бос оттегін пайдалану арқылы ауаны «дем алады». Бұл технология перспективалы болып көрінгенімен, бірқатар технологиялық проблемалар бар, оның ішінде өнімділікті төмендететін қосымша өнімнің жылдам жинақталуы және «кенеттен өлім» проблемасы, онда батарея ескертусіз жұмысын тоқтатады.

Литий-металдан жасалған аккумуляторлар – бұл қазіргі таңдағы электромобиль аккумуляторының технологиясынан төрт есе артық энергия тиімділігіне үміттенетін әсерлі даму. Батареяның бұл түрін шығару әлдеқайда арзанға түседі, бұл оларды пайдаланатын өнімдердің құнын төмендетеді. Қауіпсіздік мәселелері маңызды мәселе болып табылады, себебі батареялар қызып кетуі, өрттің шығуы немесе зақымдалуы мүмкін. Литий-күкірт пен кремний-көміртекті өңдейтін басқа жаңа технологиялар да бар, бірақ бұл жасушалар зерттеудің бастапқы сатысында және коммерциялық тұрғыдан тиімді емес. Сондай-ақ, күн батареяларының айналасында бірнеше даму бар.

Аккумуляторлық технологияға инвестиция

Егер батарея технологиясы осы қызықты жаңа бағыттарда дамитын болса, бұл тұтыну электроникасы мен Tesla Motors ( гигафабрика » салатынын жариялады. Батареяларды шығару проблемасын өз қолдарына алған кезде, Tesla электромобилдерге де, аккумуляторлық технологияларға да инвестиция тартудың керемет әдісін тапқан болуы мүмкін.

Аккумуляторлық технологиялар нарығы бұл саланы дамытатын жаңа технологиялармен, әзірлемелермен және серіктестіктермен біршама миопиялық. Visiongain-дің « Литий-ионды аккумуляторларды өндіруші компаниялардың ең үздік 20 есебі-2018 » аккумуляторлық технологиялар нарығы мен оның үздік өндірушілері туралы үлкен түсінік береді. Есепке кіретін компаниялар мыналарды қамтиды:

•  A123 Systems Inc.
•  Автомобильді энергиямен жабдықтау корпорациясы (AESC)
•  Қытайдың авиациялық өнеркәсіп корпорациясы (AVIC)
•  BYD Company Ltd.
•  CBAK Energy Technology Inc.
•  Қазіргі заманғы Amperex Technology Ltd (CATL)
•  GS Yuasa корпорациясы
•  Hefei Guoxuan жоғары технологиялық Power Energy Co., Ltd.
•  Hitachi Chemical Co., Ltd.
•  Johnson Controls International Plc.
•  LG Chem
•  Microvast Inc.
•  Panasonic корпорациясы
•  Қауіпсіз батареялар
•  Samsung SDI Co. Ltd.
•  TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL)
•  Tesla Inc.
•  Tianjin Lishen аккумуляторлық акционерлік қоғамы, Ltd.
•  Tianneng Power International Ltd.
•  Toshiba корпорациясы