ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ Эксплуатация первичных источников тока из "Герметичные химические источники тока" Современную жизнь невозможно вообразить без разнообразной аппаратуры, использующей автономные источники питания на основе герметичных химических источников тока. Они необходимы и для обеспечения качества электроэнергии (стабильность параметров, бесперебойность) мощной энергетики, для коммуникационных сетей и других целей. Функционирование ряда жизненно важных объектов, непосредственно влияющих на безопасность страны, также невозможно без современных химических источников тока. [c.187] Сравнение ХИТ разных электрохимических систем приводит к выводу, что между ними нет абсолютной заменяемости. Поэтому в ближайшее время в той или иной доле на рынке будут присутствовать все их виды. Проектировщику автономных источников энергии следует учитывать возможности отечественного их производства, если он должен использовать только российскую продукцию. Во всех остальных случаях можно рассматривать весь спектр мировой продукции, поскольку на российском рынке в настоящее время она представлена в значительной своей части. Возможности отечественной промышленности в производстве источников тока разных электрохимических систем и номенклатура аналогичной продукции ведущих аккумуляторных компаний мира, которая присутствует на российском рынке, показаны в соответствующих главах. [c.187] В разработанной в 2003 г. правительственной программе Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. создание химических источников тока признается одним из направлений научно-технической и инновационной политики страны в области энергетики. Слово создание , пожалуй, отражает реальное состояние дел в аккумуляторной промышленности России, которая в последние два десятилетия утеряла высокий уровень развития этой области техники, а главное, темпы освоения новой продукции. Поэтому правильное понимание задач в области исследований, проектирования и обеспечения возможности массового производства новых химических источников тока существенно как для разработчиков широкомасштабных программ научно-технического развития, как и для тех, кто осваивает новую продукцию, в которой используются автономные источники питания. [c.187] Ниже описывается общемировая тенденция изменений в производстве источников тока разных видов, которая определяется как постоянно увеличивающимся темпом разработок новой техники, так и успехами в самом производстве ХИТ. [c.187] По данным компании AVI ENNE, одной из ведущих маркетинговых компаний Франции, в 2003 г. общий мировой рынок составил 30 млрд. долл. При этом доля первичных ХИТ и малогабаритных аккумуляторов занимает половину производства (рис. 6.1). Первичные источники тока сохраняют свои позиции в качестве источников питания дешевой аппаратуры широкого потребления, прежде всего в устройствах с периодическим использованием в режиме малого потребления, при этом доля щелочных марганцево-цинковых элементов много больше, чем всех остальных (рис. 6.2). [c.188] В ближайшие годы, по крайней мере до 2007 г., прогнозируется средний прирост в 1,4% производства первичных элементов и батарей из малогабаритных аккумуляторов при более быстром темпе прироста доли энергоемких литиевых и воздушно-цинковых элементов. [c.188] Характеристики элементов будут улучшаться на 2-4 % в год. Предполагается появление новых типоразмеров элементов, в первую очередь призматических, что связано с тенденцией уменьшения толщины портативных устройств, в которых они используются, а также развитие двух новых электрохимических систем первичных Ni-Zn и Li-FeS2 с хорошими характеристиками при высоких токах разряда, разрабатываемых для использования в цифровой электронике [96]. [c.188] Однако доля первичных ХИТ в секторе цифровой электроники уменьшается, тем более что емкость вторичных систем (Ni-MH, ЛИА) практически достигла их емкостей. [c.188] Вообще же заметна общая тенденция вытеснения щелочных аккумуляторов литий-ионными, а в последние 5 лет и литий-полимерными. Она опирается на вполне обоснованные надежды снижения цены литий-ионных аккумуляторов за счет перехода к более дешевым и недефицитным материалам, совершенствования технологии изготовления аккумуляторов и упрощения электронной защиты батарей, увеличения объемов производства. К 2010 г. прогнозируется увеличение доли продаж литий-ионных ХИТ до 70 % от общих продаж малогабаритных аккумуляторов. [c.189] Такой прогноз согласуется с резким повышением требований к характеристикам источников тока, используемым при производстве современной портативной аппаратуры (рис. 6.3). [c.189] Литий-ионные и литий-полимерные источники тока используются для питания сотовых телефонов, видео- и цифровых фотокамер, карманных компьютеров и других устройств, где важны высокие удельные характеристики. При этом требование миниатюризации устройств (в первую очередь, по толщине) вызвали увеличение доли призматических аккумуляторов, особенно наиболее тонких типоразмеров. [c.189] Для традиционных применений существенного увеличения сектора рынка литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов не ожидается. Но при создании более мощных и энергоемких аккумуляторов, чем те, что массово выпускаются в настоящее время, предполагаются новые области их применения, например для беспроводных инструментов, робототехники, транспорта (как в качестве стартерных, так и тяговых источников тока). Эти области применения требуют, однако, существенно более энергоемких и мощных аккумуляторов, чем те, что обеспечены реализуемыми в настоящее время технологиями. [c.190] В таком изменении ситуации в производстве вторичных источников тока существенным является не только заметное увеличение удельных характеристик у ХИТ новых систем, но и проблемы сырьевых ресурсов. Ранее считалось, что литий-ионные источники будут использоваться только в зоне дорогих устройств. Но замена сильно подорожавшего кобальта-та лития на другие катодные материалы позволяет обеспечить рентабельность этих источников тока в самых разных областях использования. Литий также не является дорогим и дефицитным металлом. [c.190] На рис. 6.4 показано соотношение цен на аккумуляторы разных электрохимических систем. Видно, что литий-ионный аккумулятор становится соизмерим по стоимости 1 Втч энергии со щелочными аккумуляторами. А в перспективе ставится задача снижения стоимости 1 Втч до 0,1. [c.190] Стоимость системы электронной защиты литий-ионных батарей в настоящее время не превышает 30 % от стоимости самих аккумуляторов. Эта система с контролем параметров каждого аккумулятора батареи обеспечивает не только безопасность работы батареи, но и оптимизацию зарядного процесса и возможность получения максимальной емкости при разряде. [c.190] Важным направлением, в первую очередь с социальной точки зрения, является применение миниатюрных литиевых источников тока в медицине. В качестве кардиостимуляторов используются как элементы системы Ь1Л2, так и Ь1/СР. Для питания имплантируемых микростимуляторов, используемых для больных, подверженных эпилепсии, болезни Паркинсона, кризам и др., французской компанией АКСОНЕ разработан миниатюрный абсолютно нетоксичный и достаточно дешевый литий-полимерный аккумулятор (рис. 6.5). При изменении состава электролита с целью расширения диапазона его рабочих температур будут возможны и другие его применения. [c.191] При возрастающих требованиях к высоким удельным весовым энергетическим характеристикам источников тока, их надежности и безопасности значительно расширяется производство металл-воздушных элементов. Наиболее расширяющийся сектор специализированного рынка составляют современные цинк-воздушные элементы [97]. [c.191] А использование неафессивного электролита в механически перезаряжаемом металл-воздушном элементе с анодом из магниевого сплава позволяет уменьшить неудобство, связанное с заменой электродов [101]. [c.192] Стремление к созданию химических источников тока со все более высокими удельными энергетическими характеристиками и накопленные знания об особенностях литиевых ХИТ привели к новому витку исследований возможности реализации аккумуляторов с металлическим литиевым анодом, теоретические характеристики которого заметно выше, чем у литий-ионных источников тока. Пока достигнутые практические результаты не столь оптимистичны, как теоретические, но работы продолжаются. [c.192] Разрабатываются также дешевые аккумуляторы системы Li/S с рабочим напряжением 2,1 В. Электроды таких аккумуляторов покрыты полимерной пленкой, причем катод находится практически в жидком состоянии. [c.192] Вернуться к основной статье