Главная » Наука и технологии » Кризис литиевых аккумуляторов: нужна срочная замена
Дата публикации: 23.09.2018
Просмотров: 54



Кризис литиевых аккумуляторов: нужна срочная замена


Мы привыкли менять смартфон раз в пару лет, покупаем умные пылесосы и с интересом посматриваем на электромобили. Но эксперты бьют тревогу. Если человечество не поумерит аппетиты, в ближайшие десятилетия на Земле иссякнут запасы сразу нескольких элементов. А без них производство аккумуляторов для современной электроники невозможно.

Нужно больше минералов!

На презентации Tesla Model 3 в марте 2016 года Илон Маск сделал нескромное заявление: «Чтобы производить 500 тысяч электромобилей в год, нам придётся закупить весь литий в мире». В одной «Тесле» используется около 7 кг лития. Это в 100 раз больше, чем в аккумуляторе ноутбука, и в 10 000 раз больше, чем в смартфоне.

В 2015-м всего за десять месяцев стоимость лития выросла в 3 раза: до $20 000 за тонну. Однако чуть позже она временно опустилась. Испугавшись дефицита, химические и горнодобывающие компании стали разрабатывать новые месторождения, которые должны обезопасить нас от нехватки лития.

Кризис литиевых аккумуляторовВ 2015 году цены на литий на глобальном рынке выросли в три раза

Например, только усилиями двух мировых промышленных гигантов — чилийского SQM и американского Albemarle — ежегодный объём производимого лития увеличится к 2025 году на 200 000 тонн. По оценкам экспертов, с 2019 по 2025 год добыча этого металла вырастет на треть: с 2,9 до 3,9 миллиона тонн.

По оптимистичным прогнозам, цены на литий снизятся к 2021 году до $7322, а затем немного подрастут — до 8155 долларов к 2025-му.

Кризис литиевых аккумуляторовРынок аккумуляторных элементов непредсказуем

Цены на литий порой меняются непредсказуемо, но основная проблема в другом. Ещё с 2015 года нависла угроза острого дефицита никеля и кобальта, аналитики тогда впервые обратили внимание на слишком высокие темпы потребления ресурсов. Запасы металлов стремительно иссякают, а их добыча становится экономически нецелесообразной.

Скорее всего, кобальта хватит до 2030 года, а никеля — до 2037-го. Взгляните на монструозные размеры завода Tesla Gigafactory в Неваде. Так вот, по данным Bloomberg, к 2030-му для покрытия всех нужд человечества придётся ежегодно добывать объём лития, кобальта и никеля, эквивалентный потребностям 35 таких мегафабрик.

Кризис литиевых аккумуляторовВпечатляющие масштабы Tesla Gigafactory

Основная причина кризиса — электроавтомобили

Если бы не началось активное производство электротранспорта, темпы расхода аккумуляторных элементов оставались бы на приемлемом уровне ещё лет десять. Tesla — это только один бренд, самый нашумевший. Но на рынок выходит всё больше автогигантов. За один лишь июнь 2018-го продано 160 000 электромобилей! И отрасль не планирует сбавлять обороты. Если сейчас по планете колесит 2 млн электрокаров, то, по прогнозам экспертов, к 2020 году это число вырастет до 13 миллионов.

Кризис литиевых аккумуляторовАКБ одной машины Tesla состоит из нескольких тысяч таких батареек

А ведь, кроме электромобилей, есть и безумное количество смартфонов, планшетов, квадрокоптеров, наушников, колонок, медицинских аппаратов и вагон других гаджетов. Одних только телефонов в прошлом году продали 1,5 млрд штук, что — в пересчёте на литий — эквивалентно 150 тыс. электромобилей.

Чем заменить современные АКБ

Крупные компании и государства, осознающие угрозу нехватки лития и редкоземельных металлов, предпринимают более или менее успешные попытки перехода на альтернативные источники энергии. Например, в Китае уже вовсю используют автобусы на железных катодах, но их эффективность далека от привычных литиевых батарей. Перечислим несколько перспективных разработок.

Водородные топливные элементы. Наибольшую заинтересованность в развитии такой технологии проявляет Toyota. Японцев можно понять: водород не даёт никаких вредных выбросов, обладает высочайшим КПД и идеально подходит для интеграции в автомобили (с конструктивной точки зрения). Проблема в том, что производство чистого водорода не обходится без ископаемого топлива, загрязняющего окружающую среду.

Кризис литиевых аккумуляторовВодород наравне с электричеством претендует на звание главного источника энергии в автомобиле

Литиево-серные аккумуляторы. Их нельзя назвать разработкой далёкого будущего, поскольку первые батареи Li-S должны появиться в течение ближайших четырёх лет. Sony работает над технологией и утверждает, что новые АКБ будут иметь на 40% более высокую плотность энергии, чем современные. Проблема литиево-серных аккумуляторов кроется в быстро деградирующих электродах, что пока делает невозможным их применение в коммерческих устройствах.

Кризис литиевых аккумуляторовУстройство литиево-серной батареи

Графеновые суперконденсаторы. Одна из самых многообещающих концепций. Суперконденсаторы могут намного эффективнее заряжать и удерживать энергию. Освоив подобную технологию, сможем значительно улучшить плотность хранения энергии — за счёт малого веса графена. К сожалению, лучшие умы человечества не одно десятилетие пытаются совладать с графеном, но до ощутимых успехов пока далеко.

Кризис литиевых аккумуляторовСхема графенового суперконденсатора

Дороги с беспроводной зарядкой. Прототипы таких трасс уже существуют, но имеют мало общего с конечной задумкой. И лишь демонстрируют концепцию правильного использования пути, преодолеваемого транспортными средствами. Идея в том, чтобы рассматривать машину как «самоходную повозку», источником энергии которой должна служить сама дорога. Технически нам нужно лишить все автомобили аккумуляторов и бензобаков, непрерывно подпитывая их энергией посредством беспроводных зарядок, размещённых под дорожным полотном.

Кризис литиевых аккумуляторовИдеальная дорога из солнечных батарей с беспроводной зарядкой

Добыча лития из морской воды. Проблему дефицита никеля и кобальта эта технология не решит. Зато может обеспечить мир литием и снизить цены на него. Суть заключается в следующем. Через субнанометровые поры в металлоорганической конструкции пропускается морская вода. На выходе, благодаря способности мембран удерживать ионы Li, получаем опреснённую воду и чистый литий.

Кризис литиевых аккумуляторовТак литий добывают сейчас в горах Боливии

 Вывод

В ближайшие годы исчерпание запасов лития нам не грозит. Однако этот металл будет неуклонно дорожать, сокращая ценовой диапазон, в котором могут использоваться аккумуляторы Li-Ion. Что, в свою очередь, увеличит и общую стоимость мобильных устройств.

Скорее всего, индустрия будет испытывать острый дефицит других редкоземельных металлов, необходимых для производства батарей. Если лития хватит надолго, то запасы никеля и кобальта исчерпаются уже через 15-20 лет. По статистике, в среднем новый смартфон покупают каждые 3 года. Так что спустя 3-4 смены гаджета вы вполне можете попрощаться с дешёвыми АКБ. Или их станут делать из менее дорогих материалов, что привёдет к снижению автономности телефонов.


Top