105. Питание — всему голова или литию быть в моей системе.
Привет!
Как известно, хорошее питание AV (audio&video)-системы крайне необходимая вещь!
Поэтому, еще в первой своей инсталляции был заменен штатный аккумулятор 65 A*ч на АГМ 120 A*ч.
Подробно писал об этом в своем бортовике еще давным давно. К слову сказать, Стингер прослужил 6 лет без проблем при нещадной эксплуатации и был заменен на аналогичный перед соревновательным сезоном летом в 2017 году.
Сейчас в моей системе множество потребителей, в среднем, потребляется 25-35 А в час. И иногда вопрос своевременной зарядки стоит остро.
А учитывая, что в скором времени, система будет потреблять в 2 раза больше, то емкость аккумулятора уже не будет хватать более чем на час.
Соответсвенно, нужен аккумулятор еще большей емкости.
Думали над несколькими вариантами:
1. добавить такой же аккумулятор в подкапотное пространство, убрав воздушный фильтр — получил бы 240 А*ч от АГМ аккумуляторов.
2. Много место в ногах задних пассажиров — собрать кирпичиками из АГМ секций слева и справа — набрали бы порядочно.
3. Поставить к АГМ аккумулятору секции литий железо фосфата (LiFePO4) под ноги задним пассажирам.
4. Тоже, что и 3, но вместо LiFePO4 — литий титанат (LTO66160).
5. Поставить LiFePO4 или LTO66160 сразу в подкапотное пространство.
Взвесив за и против, вместе с Саней Martyanov ым, также проконсультировавшись с Дмитрием Бекреневым boombox61 и Виталием, аka dedvitos решили ставить железофосфат сразу в подкапотное пространство. Место там у аутлендера полным полно! Особенно, если убрать штатный воздушный фильтр и заменить его холодным впуском, либо применить более компактные воздушные фильтра — например от Honda CRX.
Почему решили остановиться именно на железофосфате, а не на титанате, ведь сейчас идет поголовное увлечение SPL-щиков титанатом, тем более он дешев и обладает колоссальной токоотдачей и легко переносит морозы:
1. LiFePO4 работает в морозы, просто падает токоотдача, в сети полно графиков, кто хочет, тот найдет. Я буду ставить секцию 500 А*ч — если, он не разряжен, то его за глаза хватит, чтобы завезти машину ВСЕГДА.
2. Мне нужна емкость, а не скорость отдачи — поэтому LiFePO4.
3. LiFePO4 занимает существенно меньше места, чем LTO66160, так как титанат собирается из цилиндрических банок. А теперь представтье сколько места будет занимать LTO66160 550 А*ч — это 60 банок размерами 66*320 мм.
4. LTO66160 — температура эксплуатации не более 60гр. по Цельсию, LiFePO4 — 80 гр. — это критично для установки в подкапотное пространство, особенно летом в жару и в пробках.
5. LTO66160 — титанат горит, и очень хорошо, хотя железо фосфат тоже. Но LiFePO4 имеет прочные секции, а банки LTO66160 имеют синюю термоусадку снаружи, и не дай Бог, банки перетрутся друг об друга — будет пожар, который не потушишь. Соотвествено, титанат очень требователен к сборке.
Рекомендую к просмотру краш тест банки титаната.
Мог бы и более развернуто написать про плюсы и минусы использования LiFePO4 и LTO66160.
Но ограничимся, как раз повод для обсуждения в комментариях)))
Кстати, кому интересно — по ссылке FAQ по использованию литий-титаната LTO66160.
А я же прошу посмотреть парочку видео, как искал пространство для аккумуляторной батареи — это забавно!) Рекомендую слушать в наушниках, так слышно лучше.
Переход на Лифер (LiFePo4 аккумулятор вместо свинца)
Уже года 3 смотрю на лиферные аккумуляторы и давно хочу себе поставить в Раннера, но что-то всё никак. Дорого, непонятно… В итоге приобрёл Optima Yellow Top 75 и был счастлив (пост про Оптиму). Она и стартер крутит бодро, и лебедку хорошо! Но хоть я и поднял напряжение на генераторе до 14.6 Вольт (Как получить 14.6 Вольта с генератора Toyota), зимой Оптима всё равно не успевала зарядиться и иногда подводила меня, разряжаясь до неспособности крутануть стартер на морозе.
В общем пришло время, и по совету уважаемого Алексея avgefke я приобрёл ячейки фирмы CALB LiFePo4 (модель CA100, то есть на 100Ач).
Много полезной информации по Лиферу можно найти на трубе у ЛитийМастера — категорически рекомендую: Lithium Master
В общем решено — ставим Лифер в автомобиль, причем без BMS (так как нужны большие токи для лебедки) и без балансиров (так как они особо и не нужны).
Кстати, предварительные замеры внутреннего сопротивления даже не заряженных ячеек показали вполне хорошие результаты:
1) 3.22 В и 220 мОм
2) 3.26 В и 179 мОм
3) 3.29 В и 345 мОм
4) 3.21 В и 205 мОм
Как предварительно зарядить и сбалансировать ячейки очень хорошо показано в этом видео:
После параллельной зарядки до напряжения 3.6В собираем ячейки последовательно в 13вольтовый аккумулятор с помощью толстых медных шин и болтов из нержавейки:
Между собой ячейки скрепил двусторонним скотчем, который держит высокую температуру (на всякий) и обмотал прочной лентой. После уже завернул в термоусадку, толстую и прочную.
В сравнении с AGM аккумулятором Optima Yellow Top 75, который весит 27.1 Кг, полученная сборка Лифера весит всего 14.1 Кг, то есть практически в 2 раза меньше! Думаю подкрылок Раннера скажет мне спасибо за такое облегчение 🙂
В общем я получил 100 Ач литий-железо-фосфатный аккумулятор с отличными характеристиками, можно ставить в Раннер. Крепёж чуть доработал, подложил проставки, плюс под термоусадкой аккумулятора тоже проставки, чтобы крепёж не давил на медную шину. В общем всё в порядке, аккум закреплен хорошо.
Езжу с ним уже неделю и радуюсь. Напряжение после 3х суток простоя 13.2 Вольта, ничего не проседает, заряжается быстро. Лебедку крутит бодро, но с нагрузкой пока не тестировал — всё ещё впереди.
Теперь пора покупать холодильник, который можно будет оставлять работать всю ночь — аккум выдержит легко и после этого заведет двигатель. Я счастлив!
P.S. Диод, повышающий напряжение с генератора, я убрал, так как для Лифера опасен перезаряд (без BMSа).
UPD 27.08.2021 Добавил изоляционную резину сверху аккумулятора, закрыл плюсовой контакт, на крепление надел разрезанный шланг. Теперь можно в ралли 😉
Проверил работу лебедки под нагрузкой — Лифер тащит, напряжение даже на холостых оборотах не проседает ниже 13.0 Вольт! Я доволен.
Запчасти
Toyota 4Runner 2004, двигатель бензиновый 4.0 л., 245 л. с., полный привод, автоматическая коробка передач — тюнинг
Машины в продаже
Комментарии 116
Луженые шины рекомендуют в таком случае. И крепление провода к клемме на болтик М6 в алюминий. кажется слабым звеном.
Медные перемычки с алюминиевыми клеммами это не гальваническая пара?
Не знаю, посмотрим что будет.
нормальная бмс не только балансирует, но следит за температурой, напряжением каждой параллели и даже вырубается при превышении выставленных порогов тока.
Если что, у меня сборка из 8 таких ячеек, правда новых.
Изначально взял доп 4 ячейки про запас, если вдруг будет не хватать. Это у меня салонная сборка + под лебедку на зад, под капотом другой. Но, потом я увидел ток который идет с генератора на доп аккум (есть на фото). Это притом, что до аккума еще 5 метров всяких соедининений, реле и пр. А если посмотреть datasheet, то станет видно, что номинальный ток зарядки для них — 0.25c, т.е. 25 ампер.Можно ознакомится тут —
www.calbusainc.com/additional-information/, параметр standart charge — 4 hours. Потому я решил поставить по 2 ячейки в параллель. Далее, смотрим температуру работы. Заводом прописано charge 0-45 градусов. Опять плохо ему под капотом.
А вот токи и температурный режим у LTO подходит под капот.
В общем на канале 
разжевано, вот финал теста в 14 месяцев.
А, бмс годные например «daly BMS 4S LiFePo4 300A», на машину common порт нужен, если напрямую заряжать от борт сети.
Только ценник не порадует.
Lifepo4 нельзя заряжать при температуре ниже 0 градусов. В спецификации ясно все производители указывают на это, а если где и написано, что можно, то скромно умалчивается, что мизерными токами и под контолем электроники 1. Деградация ёмкости не восстанавливаемая 2. Образуются дендриты, со временем, что может привести к внутреннему короткому замыканию. При взрыве банки гнет даже 6 мм. железо с приваренным ребром жёсткости.
Я его утеплил, скоро напишу.
Lifepo4 нельзя заряжать при температуре ниже 0 градусов. В спецификации ясно все производители указывают на это, а если где и написано, что можно, то скромно умалчивается, что мизерными токами и под контолем электроники 1. Деградация ёмкости не восстанавливаемая 2. Образуются дендриты, со временем, что может привести к внутреннему короткому замыканию. При взрыве банки гнет даже 6 мм. железо с приваренным ребром жёсткости.
Уже год катаюсь на с lifepo4 в ауди а6 и точно знаю, что без бмс никак нельзя. Все равно банки разбегаются без бмс. Да и за 2500-3000 руб можно купить прекрасную бмс, которая потянет и стартер и лебедку. Я думаю, что автор это уже понял.
БМС только предохраняет от перезаряда и недозаряда, она ничего не балансирует, ты запутался.
У товарища за год банки не разбежались, потому что работают в буферном режиме, а не в режиме полный разряд-полный заряд. Так что пока не найду хорошие пассивные балансиры ничего ставить не буду!
Ну вот когда найду хорошие пассивные балансиры тогда и поставлю.
Уже год катаюсь на с lifepo4 в ауди а6 и точно знаю, что без бмс никак нельзя. Все равно банки разбегаются без бмс. Да и за 2500-3000 руб можно купить прекрасную бмс, которая потянет и стартер и лебедку. Я думаю, что автор это уже понял.
Что лучше, LiFePO4 или Li-ion
Литий-ионные аккумуляторы включают элементы питания с разными типами химии: с содержанием кобальта, марганца, никеля, алюминия, оксида титана, фосфата железа. Самые распространенные типы Li-ion аккумуляторов – литий-кобальтовые, литий-марганцевые и литий-никель-марганец-кобальтовые (NMC). Достойную конкуренцию им составляют литий-железо-фосфатные элементы питания (LiFePO4).
Они также относятся к литиевым аккумуляторам, но из-за значительных отличий от остальных Li-ion элементов питания часто рассматриваются как отдельная категория. Сегодня мы сравним аккумуляторы LiFePO4 и Li-ion, сопоставим их преимущества и недостатки, дадим рекомендации по использованию в зависимости от поставленных задач и условий использования.
Особенности литий-ионных аккумуляторов
Li-ion аккумуляторы содержат электроды, пористый сепаратор, электролит и контакты. Отрицательные пластины создаются из графита, электролит – обычно из смеси LiPF6 и карбоната. В роли катода применяются различные материалы: кобальтат лития (LiCoO2), литий-марганцевая или литий-кобальт-марганцевая шпинель (LiMn2O4, LiNiCoMnO2) и др. Технология производства Li-ion элементов постоянно совершенствуется, в результате чего повышается безопасность их эксплуатации, и улучшаются характеристики.
Li-ion элементы питания имеют высокую удельную энергоемкость, что позволяет вмещать в АКБ меньших размеров и массы больше энергии. Также они отличаются высокой токоотдачей и имеют следующие особенности:
Параметр оценки
Li-ion
Революция закончилась. Есть ли альтернатива литий-ионному аккумулятору?
Недавно мы рассказывали об истории изобретения литий-ионных аккумуляторов, которые дали мощнейший толчок развитию портативной электроники. Каждый год технологические СМИ сообщают нам о готовящейся энергетической революции — ещё чуть-чуть, еще год-другой, и мир увидит аккумуляторы с фантастическими характеристиками. Время идет, а революции не видно, в наших телефонах, ноутбуках, квадрокоптерах, электромобилях и смарт-часах по-прежнему установлены разные модификации литий-ионных батарей. Так куда делись все инновационные аккумуляторы и есть ли вообще какая-то альтернатива Li-Ion?
Когда ждать аккумуляторную революцию?
Жаль вас расстраивать, но она уже прошла. Просто растянулась на пару десятилетий и потому осталась почти незамеченной. Дело в том, что изобретение литий-ионных батарей стало апогеем эволюции химических аккумуляторов.
Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами. В периодической таблице существует всего 90 природных элементов, которые могут участвовать в такой реакции. Так вот, литий оказался металлом с предельными характеристиками: самой низкой массой, самым низким электродным потенциалом (–3,05 В) и самой высокой токовой нагрузкой (3,83 А·ч/г).
Литий является лучшим активным веществом для катода из существующих на Земле. Использование других элементов может улучшить одну характеристику и неизбежно ухудшит другую. Именно поэтому уже 30 лет продолжаются эксперименты именно с литиевыми батареями — комбинируя материалы, среди которых бессменно есть литий, исследователи создают типы аккумуляторов с нужными характеристиками, которые находят очень узкое применение. Старый-добрый аккумулятор с катодом из оксида литий-кобальта, который пришел к нам аж из 80-х годов прошлого века, до сих пор можно считать самым распространенным и универсальным благодаря отличному сочетанию напряжения, токонагрузки и энергетической плотности.
Поэтому, когда очередной стартап устами СМИ громко обещает миру энергетическую революцию со дня на день, ученые скромно умалчивают о том, что у новых батарей есть некоторые проблемы и ограничения, которые только предстоит решить. Решить их обычно не получается.
Главная проблема «революционных» батарей
Сегодня существует множество типов аккумуляторов с разным химических составом, в том числе и без использования лития. Каждый из типов со своими характеристиками нашел свое применение в определенном виде техники. Легкие, тонкие и с высоким напряжением литий-кобальтовые аккумуляторы давно прописались в компактных смартфонах. Выносливые, мощные, но очень габаритные литий-титанатные батареи уместились в общественном транспорте. А малоемкие пожаробезопасные литий-фосфатные ячейки используются в виде больших массивов на электростанциях.
Но всё же самыми востребованными являются именно литий-кобальтовые батареи для потребительской мобильной техники. Главные критерии, которым они отвечают, — высокое напряжение 3,6 В при сохранении высокой энергоемкости на единицу объема. К сожалению, многие альтернативные виды литиевых батарей имеют гораздо меньшее напряжение — ниже 3,0 В и даже ниже 2,0 В — запитать от которых современный смартфон невозможно.
Компенсировать проседание любой из характеристик можно объединением батарей в ячейки, но тогда растут габариты. Так что если очередная перспективная батарея с чудо-характеристиками оказывается непригодной для применения в мобильной технике или электромобилях, ее будущее почти гарантированно предрешено. Зачем нужен аккумулятор со сроком жизни в 100 тысяч циклов и быстрой зарядкой, от которого можно запитать разве что наручные часы со стрелками?
Неудачные эксперименты
Не все из описанных далее аккумуляторов можно считать неудачными — некоторые требуют очень долгой доработки, некоторые могут найти свое применение не в смартфонах, а специализированной технике. Тем не менее, все эти разработки позиционировали как замену литий-ионных батарей в смартфонах.
Несмотря на постоянные вливания десятков миллионов долларов, компания так и не смогла наладить производство аккумуляторов со стабильными характеристиками — показатели плавали от экземпляра к экземпляру. Будь у компании больше времени и финансирования, возможно, ей и не пришлось бы в 2012 году распродавать оборудование, патенты и уходить под крыло другой энергетической компании, A123 Systems.
Литий-металлические батареи — не новость: к их числу относится любая неперезаряжаемая литиевая батарейка. SolidEnergy занялась созданием перезаряжаемых литий-металлических ячеек. Новый продукт обладал удвоенной энергоемкостью по сравнению с литий-кобальтовыми батареями. То есть в прежний объем можно было уместить вдвое больше энергии. Вместо традиционного графита на катоде в них использовалась литий-металлическая фольга. До недавних пор литий-металлические аккумуляторы были крайне взрывоопасны из-за роста дендритов (вырастающих на аноде и катоде деревообразных металлических образований), приводивших к короткому замыканию, но добавление в электролит серы и фосфора помогло избавиться от дендритов (правда, SolidEnergy пока не обладает технологией). Помимо очень высокой цены среди известных проблем аккумуляторов SolidEnergy значится долгая зарядка — 20% от емкости в час.
Сравнение размеров литий-металлической и литий-ионной батарей равной емкости. Источник: SolidEnergy Systems
Активные работы над серно-магниевыми элементами начали в 2010-х годах, когда Toyota объявила об исследованиях в этой области. Анодом в таких батареях является магний (хороший, но не равноценный аналог лития), катод состоит из серы и графита, а электролит представляет собой обычный соляной раствор NaCl. Проблема электролита в том, что он разрушает серу и делает аккумулятор неработоспособным, поэтому заливать электролит приходилось непосредственно перед использованием.
Инженеры Toyota создали электролит из ненуклеофильных частиц, неагрессивный к сере. Как оказалось, стабилизированный аккумулятор все равно невозможно использовать на протяжении долгого времени, так как спустя 50 циклов его емкость падает вдвое. В 2015 году в состав батареи интегрировали литий-ионную добавку, а спустя еще два года обновили электролит, доведя срок службы аккумулятора до 110 циклов. Единственная причина, по которой продолжаются работы над столь капризной батареей, это высокая теоретическая энергоемкость (1722 Вт·ч/кг). Но может оказаться, что к моменту появления удачных прототипов серно-магниевые элементы уже будут не нужны.
Выработка вместо накопления энергии
Некоторые исследователи предлагают пойти от обратного: не запасать, а вырабатывать энергию прямо в устройстве. Можно ли превратить смартфон в маленькую электростанцию? За последнее десятилетие было несколько попыток избавить гаджеты от необходимости в подзарядке через электросеть. Судя по тому, как мы сейчас заряжаем смартфоны, попытки оказались неудачными — напомним о самых «удачных» изобретениях.
Топливная ячейка с прямым распадом метанола (DFMC). Попытки внедрить топливные элементы на метаноле в мобильную технику начались в середине 2000-х. В это время как раз происходил переход от долгоживущих кнопочных телефонов к требовательным смартфонам с большим экраном — литий-ионных аккумуляторов в них хватало максимум на два дня работы, поэтому идея мгновенной перезарядки казалась очень привлекательной.
В топливной ячейке метанол на полимерной мембране, выступающей в роли электролита, окисляется в диоксид углерода. Протон водорода переходит к катоду, соединяется с кислородом и образует воду. Нюанс: для эффективного протекания реакции нужна температура около 120 °C, но ее можно заменить платиновым катализатором, что закономерно влияет на стоимость элемента.
Прозрачные солнечные панели. Солнечные батареи — это отличное решение для добычи нескончаемой (на нашем веку) энергии Солнца. У таких панелей невысокий КПД при высокой стоимости и слишком малая мощность, при этом они являются самым простым способом выработки электричества. Но настоящей мечтой человечества являются прозрачные солнечные панели, которые можно было бы устанавливать вместо стекол в окна домов, автомобилей и теплиц. Так сказать, сочетать приятное с полезным — генерирование электроэнергии и естественное освещение пространства. Хорошая новость заключается в том, что прозрачные солнечные панели существуют. Плохая — в том, что они практически бесполезны.
Разработчик и Университете Мичигана демонстрирует прозрачную панель без рамки. Источник: YouTube / Michigan State University
Чтобы «поймать» фотоны света и превратить их в электричество, солнечная панель в принципе не может быть прозрачной, но новый прозрачный материал может поглощать УФ- и ИК-излучение, переводя всё в ИК-диапазон и отводя на грани панели. По краям прозрачной панели в качестве рамки установлены обычные кремниевые фотовольтаические панели, которые улавливают отведенный свет в ИК-диапазоне и вырабатывают электричество. Система работает, только с КПД 1-3%… Средний КПД современных солнечных батарей составляет 20%.
Несмотря на более чем сомнительную эффективность решения, известный производитель часов TAG Heuer в 2014 году анонсировал премиальный кнопочный телефон Tag Heuer Meridiist Infinite, в котором поверх экрана была установлена прозрачная солнечная панель производства Wysis. Еще во время анонса решения для смартфонов Wysis обещала мощность такой солнечной зарядки порядка 5 мВт с 1 см2 экрана, что крайне мало. Например, это всего 0,4 Вт для экрана iPhone X. Учитывая, что комплектный адаптер смартфона Apple ругают за неприлично низкую мощность 5 Вт, понятно, что с мощностью 0,4 Вт его не зарядишь.
Кстати, пускай с метанолом не получилось, но топливные ячейки на водороде получили билет в жизнь, став основой электромобиля Toyota Mirai и мобильных электростанций Toshiba.
А что получилось: удачные эксперименты с Li-Ion
Успеха достигли те, кто не рвался во что бы то ни стало перевернуть мир, а просто работал над совершенствованием отдельных характеристик аккумуляторов. Смена материала катода сильно влияет на напряжение, энергоемкость и жизненный цикл батарей. Далее мы расскажем о прижившихся разработках, которые лишний раз подтверждают универсальность литий-ионной технологии — на каждую «революционную» разработку находится более эффективный и дешевый существующий аналог.
Литий-кобальтовые (LiCoO2, или LCO). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 200 Вт·ч/кг, срок жизни до 1000 циклов. Графитовый анод, катод из оксида литий-кобальта, классический аккумулятор, описанный выше. Это сочетание чаще всего используется в батареях для мобильной техники, где требуется высокая энергоемкость на единицу объема.
Литий-марганцевый (LiMn2O4, или LMO). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 150 Вт·ч/кг, срок жизни до 700 циклов. Первый эффективный альтернативный состав был разработан еще до начала продаж литий-ионных аккумуляторов как таковых. На катоде использовалась литий-марганцевая шпинель, позволившая уменьшить внутреннее сопротивление и значительно повысить отдаваемый ток. Литий-марганцевые аккумуляторы применяются в требовательном к силе тока оборудовании, например, электроинструменте.
Литий-никель-марганец-кобальтовые (LiNiMnCoO2, или NMC). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 220 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Сочетание никеля, марганца и кобальта оказалось очень удачным, аккумуляторы нарастили и энергоемкость, и силу отдаваемого тока. В тех же «банках» 18650 емкость поднялась до 2800 мА·ч, а максимальный отдаваемый ток — до 20 А. NMC-аккумуляторы устанавливают в большинство электромобилей, иногда разбавляя их литий-марганцевыми ячейками, так как у таких аккумуляторов большой срок жизни.
Новая NMC-батарея электрокара Nissan Leaf по расчетам производителя проживет 22 года. Прошлый LMO-аккумулятор имел меньшую емкость и изнашивался гораздо быстрее. Источник: Nissan
Литий-железо-фосфатный (LiFePO4, или LFP). Рабочее напряжение: 3,3 В, энергоемкость до 120 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Открытый в 1996 году состав помог увеличить силу тока и повысить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторов до 2000 зарядок. Литий-фосфатные батареи безопаснее предшественников, лучше выдерживают перезаряд. Вот только энергоемкость у них неподходящая для мобильной техники — при поднятии напряжения до 3,2 В энергоемкость снижается минимум вдвое относительно литий-кобальтового состава. Но зато у LFP меньше проявляется саморазряд и наблюдается особая выносливость к низким температурам.
Массив литий-фосфатных ячеек с общей емкостью 145,6 кВт⋅ч. Такие массивы используют для безопасного накопления энергии с солнечных батарей. Источник: Yo-Co-Man / Wikimedia
Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (LiNiCoAlO2, или NCA). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 260 Вт·ч/кг, срок жизни до 500 циклов. Очень похож на NMC-аккумулятор, обладает отличной энергоемкостью, подходящим для большинства техники номинальным напряжением 3,6 В, но высокая стоимость и скромный срок жизни (порядка 500 циклов зарядки) не дают NCA-батареям победить конкурентов. Пока что их используют лишь в некоторых электромобилях.
Видео вскрытия святая святых — NCA-ячейки батареи электромобиля Tesla Model S
Литий-титанатный (Li4Ti5O12, или SCiB/LTO). Рабочее напряжение: 2,4 В, энергоемкость до 80 Вт·ч/кг, срок жизни до 7000 циклов (SCiB: до 15 000 циклов). Один из самых интересных типов литий-ионных аккумуляторов, в которых анод состоит из нанокристаллов титаната лития. Кристаллы помогли увеличить площадь поверхности анода с 3 м2/г в графите до 100 м2/г, то есть более чем в 30 раз! Литий-титанатный аккумулятор заряжается до полной емкости в пять раз быстрее и отдает в десять раз более высокий ток, чем другие батареи. Однако у литий-титанатных аккумуляторов есть свои нюансы, ограничивающие сферу применения батарей. А именно, низкое напряжение (2,4 В) и энергоемкость в 2-3 раза ниже, чем у других литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что для достижения аналогичной емкости литий-титанатную батарейку надо увеличить в объеме в несколько раз, из-за чего в тот же смартфон ее уже не вставишь.
SCiB-модуль производства Toshiba с емкостью 45 А·ч, номинальным напряжением 27,6 В и током разрядки 160 А (импульсно до 350 А). Весит 15 кг, а размером с коробку для обуви: 19х36х12 см. Источник: Toshiba
Зато литий-титанатные батареи сразу же прописались в транспорт, где важна быстрая зарядка, высокие токи при разгоне и устойчивость к холодам. Например, электромобилях Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV и в московских электробусах! На старте проекта московские автобусы использовали другой тип батарей, из-за чего возникали неполадки еще на середине первого проезда по маршруту, но после установки литий-титанатных батарей производства Toshiba сообщений о разрядившихся электробусах больше не поступало. SCiB-аккумуляторы Toshiba благодаря использованию в аноде титана-ниобия восстанавливают до 90% емкости всего за 5 минут — допустимое время для стоянки автобуса на конечной остановке, где есть зарядная станция. Число циклов зарядки, которое выдерживает SCiB-батарея, превосходит 15 000.
Энергетическая сингулярность
Больше полувека человечество мечтает уместить в батарейки энергию атома, которая обеспечивала бы электричество многие годы. На самом деле еще в 1953 году был изобретен бетавольтаический элемент, в котором в результате бета-распада радиоактивного изотопа электроны превращали атомы полупроводника в ионы, создавая электрический ток. Такие батареи используются, например, в кардиостимуляторах.
А что насчет смартфонов? Да пока ничего, мощность атомных элементов ничтожна, она измеряется в милливаттах и даже микроваттах. Купить такой элемент питания можно даже в интернет-магазине, правда, запитать от него не выйдет даже пресловутые наручные часы.