Литий-ионный аккумулятор — это технология, которая идет на смену свинцу и находит применение в различных системах электропитания (ЭПУ), источниках бесперебойного питания (ИБП), на электротранспорте, способном проезжать сотни километров на одном заряде. Такой аккумулятор держит нагрузку во много раз дольше свинцово-кислотного аккумулятора, в накопителях, аккумулирующих энергию из сети в период спада потребления и отдающих её при пиковых нагрузках.
Как один и тот же литий-ионный аккумулятор запрещается к авиаперевозкам пассажирского сообщения, но используется на объектах первой категории надёжности в всём мире — в портативных устройствах, приборах, мобильных телефонах (которыми пользуется почти каждый взрослый человек на планете), телекоммуникациях, на транспорте, в военной и космической отраслях?
Три поколения литий-ионных аккумуляторов!
Впервые идеи использования литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) были выдвинуты в начале 50-х годов прошлого века. Первые реальные ЛИА появились в конце 80-х годов. В них анод состоял из лития, а катод – из оксидов металлов.
У второго поколения литий-ионных аккумуляторов в качестве анода использовался углерод (графит), и первые аккумуляторы такого типа были представлены компанией Sony в 1991 году. У этих ЛИА обнаружились серьёзные недостатки: аккумуляторы могли отдать не больше половины запасенной ёмкости, так как при более сильном разряде начинал разлагаться катод.
В большинстве случаев в мировой практике в качестве катода использовался LiCoO2. При нагреве более +130°С литий-кобальтовый оксид разлагается, выделяя металлический кобальт и кислород, который активно выжигает полимерный электролит. Этот процесс - термический разгон батареи, может начаться из-за сущего пустяка, чрезмерного заряда батареи, вызывающего её разогрев. А закончиться может крайне печально, коротким замыканием и взрывом.
В 2003 году в Массачусетском технологическом институте впервые было предложено использовать литий железо-фосфат (LiFePO4) в качестве катодного материала. Появилось третье поколение ЛИА. Соединение оказалось перспективным для промышленности, нетоксичным (в отличие от свинца, кадмия и никеля) и безопасными. Литий железо-фосфат термическому разгону не подвергался, при коротком замыкании имело место только выделение химически неактивных и безвредных паров через предохранительный клапан (брекер). Случаев разрушения корпуса, возгорания или взрыва LiFePO4 аккумуляторов выявлено не было.
Литий железо-фосфат не горит, не взрывается!
В России только ещё начинают производить ЛИА третьего поколения. Но уже на LiFePO4 аккумуляторах ездят троллейбусы с длительным автономным ходом и электробусы, работают автопогрузчики складской технике, начинают работать и базовые станции сотовой связи и др.
В ноябре 2013 года в Клинической ревматологической больнице №25 Санкт-Петербурга установлен источник бесперебойного питания с батареей LiFePO4. Оборудование работает исправно, аккумуляторы доказали свою надёжность, техническую и экономическую эффективность по сравнению со свинцовой технологией». Многие китайские компании поставляют на российский рынок телекоммуникационное оборудование с ЭПУ, которые комплектуются LiFePO4 батареями.
Литий-ионные аккумуляторы третьего поколения не содержат химически чистый литий!
Это определяет возможность их безопасной эксплуатации. Кроме того, в процессе изготовления ЛИА используются только экологически чистые материалы, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, которые содержат токсичные материалы, в том числе свинец.
Благодаря ограниченной проводимости катодного материала LiFePO4 аккумуляторы не взрываются, даже будучи насквозь пробиты гвоздем через все электроды.
Согласно классификации (по ГОСТ 12.1.044-89) ЛИА относятся к изделиям горючим трудновоспламеняемым. ЛИА имеют лучший класс пожаробезопасности по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, где используют корпуса из горючего материала.
Компания ZTT использует корпуса из алюминия со специальным керамическим покрытием.
Литий-ион в России: экономика+экология+безопасность?
Возможно, время литий-ионных батарей в авиации ещё не пришло, и возгорание на борту японских «Дримлайнеров» и американских «Боингов» — основание для доработки конструктива батарей и стандартов безопасности на них. А возможно, дело в отдельном дефекте и вопрос решается отзывом бракованной партии и ужесточением требований к качеству. Это покажут результаты расследования причин возгорания батарей.
Для России литий-ионная технология может стать прорывом и заменить собой стремительно устаревающую свинцово-кислотную технологию!
Причин тому несколько:
1. У литий-ионных аккумуляторов меньше габариты и вес.
2. Нет никакого газовыделения, батареи не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы.
3. Высокая плотность запасенной энергии, литий-ионные аккумуляторы способны быстро заряжаться (в три раза быстрее свинцово-кислотных) и долго отдавать накопленную энергию в нагрузку.
4. Литий-ионные аккумуляторы служат дольше свинца (на их срок службы меньше влияют температурные условия при эксплуатации, не требуется вентиляция и кондиционирование), аккумуляторы перестают быть расходным материалом во многих конечных решениях. Это значит, что, поставив ЭПУ, ИБП, накопитель энергии с ЛИА, можно не менять аккумуляторы весь срок службы этих устройств (до 20 лет).
5. В процессе изготовления ЛИА используются экологически чистые материалы (в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, которые содержат токсичные материалы, в том числе свинец), литий-ионные аккумуляторы относятся к четвертому классу отходов и не требуют специальной утилизации. Свинец относится ко второму классу отходов (высоко-опасные), к нему предъявляются специальные требования по утилизации. И не факт, что эти требования выполняются, и отработанный свинец просто не закапывается в землю.
