"Зеленая" энергетика?
Не так! И поэтому - не сейчас!
17 февраля 2024
"Из архивов лета 2023" или "Никаких "зеленых" батареек в моём доме"!
Беда "зеленых" аккумуляторов
для электротранспорта.
Это тяговый аккумулятор электровелосипеда Hoverbot.
Как водится в китайском маркетинге, этой марки для
электровелосипедов больше не существует.
На наклейке видна характеристика: 36 Вольт, 10.4Ач.
Как показало дальнейшее исследование АКБ, конструкторы
предполагали использование разъёма в формате USB для питания
каких-то дополнительных приборов, однако, до монтажа этой опции они,
в итоге не дошли. Это впоследствии сделал я, но, увы, вся АКБ к этому
времени (спустя примерно 2 года) была уже не слишком пригодна для электротяги.
По моим измерениям, на одной зарядке ресурс АКБ составлял порядка 20 км.
Через 2 года он сократился вдвое - до 10 км. По моему предположению, это произошло из-за
выхода из строя одной "банки" стандартного аккумулятора. Напряжение на ней составляло 0.1 Вольт,
в то время, как в остальных 3.7-4.1 Вольта.
Пролог
Во время "осадного положения" из-за Covid-19 я приобрел электровелосипед марки Hoverbot Urban по сносной цене.
Особенность написания слова "urban" позволяет прочесть как "иван", в качестве отсылки к "Лаборатории сэра Иванго"
и это стало весомым аргументом в приобретении.
С тех пор я начал писать свою историю применения "зеленого" транспорта.
Начало было не совсем простым. Поначалу я почувствововал себя дикарем, в руки которого попала диковинная
вещь из цивилизованного мира. Привычка включать приборы коротким нажатием сыграла со мной злую шутку:
поначалу я решил, проклиная весь этот цивилизованный мир, что велосипед неисправен. Однако, другое достижение
цивилизации - Интернет, помогло разобраться, что включение некоторых приборов ныне требует более длительного,
до 5 секунд, нажатия на кнопку питания. Так я узнал, как работает панель управления электроассистентом - так
теперь называется электротяга для велосипеда. Побочным эффектом такого понимания функции включения стало
принятие решения о разборке электровелосипеда для поиска мнимой, как я теперь понял, неисправности. Действительно,
в условиях "осадного положения" ремонт такого прибора возможен только при доставке его в гарантийную мастерскую к
понимающим людям. Обстоятельства того времени делали эту операцию трудноосуществимой.
Благодаря этому, однако, я понял основную конструкцию и фунционирование всей системы.
Такой выглядит панель управления электровелосипедом. Четыре красных точки означают полноту заряда.
Два года сравнительно интенсивной эксплуатации снизили рабочую емкость аккумулятора вдвое и половина заряда
оставалась лишь спустя 5 км пути. По сведениям моего путевого дневника пробег Hoverbot Urban за 2020-2021 годы
составил 2257,84 км.
В положении "ВКЛ" напряжение на силовых контактах АКБ 41.7 Вольт, и в
выключенном положении 39.4 Вольт. При этом контроллер (управляющий мотор-колесом прибор), распознает
эту разницу и не включает привод при нажатии соответствующей кнопки на панели управления.
Внутри пластикового корпуса находится блок аккумуляторных батарей в синей (термоусадочной) оболочке.
Особенностью таких блоков является наличие специального распределителя зарядки между меньшими блоками
стандартных батарей. На этой фотографии она незаметна, поскольку находится под синей оболочкой. Об этом я узнал значительно
позже, когда батарея потеряла достаточное количество ёмкости и мне пришлось разобрать её полностью.
На, как я полагаю, термостягивающей оболочке есть предупреждение о том, что данная наклейка
окрасится в красный цвет при попадании воды (!) и, кроме этого, о непригодности (написано: "отсутствии гарантии")
этого продукта при эксплуатации во влажных условиях (написано: "для воды"). Как определит опытный
глаз, надпись сделана на "ломаном" английском языке.
Аккумулятор располагается под сиденьем между колесом и жесткой консолью переднего колеса.
По моему мнению, изобретатель этой конструкции немного увеличил расстояние стандартного дорожного
велосипеда, чтобы поместить там источник питания мотор-колеса.
К 2022 году емкость штатного аккумулятор упала настолько, что для сравнительно коротких расстояний (5км) падение емкости составляло
почти половину доступной. Тогда же я решил полностью разобрать штатный аккумулятор, чтобы заменить вышедшие из строя "банки".
Только сейчас я понимаю, насколько рискованную операцию я выполнял, когда распаивал соединения аккумулятора в блоки!
Ч-ш-ш! П-ш-ш! Ба-бах!
Как всегда, в подобных историях ничто не предвещало катастрофы. Будучи осторожным и образованным пользователем, собранные аккумуляторы
были подзаряжены, но не разряжены. По рекомендациям, оптимальный режим для хранения литий-ионных аккумуляторов составляет остаточный заряд
порядка 40%. Как следует из статьи "Википедии", ссылка на которую находится в конце этой записи, старение аккумуляторов остановить
невозможно, поэтому следует их лишь аккуратно хранить. Ничего на коробку с аккумуляторами не падало, она стояла отдельно и неподвижно
на рабочем столе в мастерской.
Трудно сказать, насколько удачным был случайный вбор такой тары. С одной стороны,
картон коробки - весьма горючий материал, однако, слабость материала предотвратила концентрацию тепловой энергии.
В тот день я занимался восстановлением электрооборудования свой "восьмерки", со временем превратившейся в "тринашку" - тринадцатую модель
"Лады". Ковыряясь в "лапше" проводки, и мысленно завидуя оснащенным последовательной шиной автомобилям, в которых передача электрического
тока осуществляется меньшим количеством кабелей, я внезапно услышал звук, похожий на мощный поток воздуха из пневмобаллона. Поскольку мне
потребовалось время для выползания из "электрического" муравейника, то я застал лишь отзвуки завершающего "бадабума", как выяснилось,
разметавшего по мастерской "зеленые" батарейки, и появившийся дым горевшего картона. Затоптав горевшие остатки клочков картонной коробки,
я понял, что это было хранилище батареек велосипедного аккумулятора, лежавших теперь россыпью по бетонному полу.
Так совпало, что не только в моей маленькой лаборатории произошли непредсказуемые события, но и в мире (цитаты из новостных лент приводятся ниже).
Цитата из "Викиновостей", июль 2023
Около острова Амеланд (Нидерланды) на грузовом судне Fremantle Highway, на борту которого находится 2857 новых автомобилей,
произошёл пожар, в результате которого погиб один член экипажа, несколько человек пострадали./1/
Цитата с портала auto.ru, июль 2023
Fremantle Highway рассчитан на 6000 машин. Во время злополучного рейса на борту было 3784 автомобиля.
Изначально говорилось, что электрических из них всего 25, однако позже начало фигурировать число 498.
Предположительно, батарея одного из них самовоспламенилась.
Предварительно ущерб оценивается в 330 миллионов долларов. Очевидно, это только стоимость сгоревших машин, без учёта самого погибшего судна.
Год назад в результате аналогичного инцидента был уничтожен корабль Felicity Ace.
Не исключено, что теперь судовладельцы введут запрет на транспортировку электромобилей или особые условия для них.
/2/
Цитата с портала auto.ru, февраль 2022
На борту Felicity Ace 16 февраля вспыхнул пожар. Грузом были 4000 автомобилей. Среди них — Lamborghini Huracan, Aventador и Urus,
Volkswagen Golf R, Golf GTI, Arteon и ID.4, Porsche и Bentley неназванных моделей. Машины перевозились в США.
По предварительным данным, произошло самовозгорание батареи одного из электромобилей, которых на борту были сотни.
Вода не помогает потушить литий-ионные аккумуляторы, поэтому распространение огня остановить не удалось.
Пожарным оставалось только наблюдать. /3/
Череда катастроф при перевозке и, наверное, эксплуатации электротранспорта заставило изготовителей автомобилей задуматься о
перспективе производства таких продуктов, энергетическая составляющая которых, увы, слишком рискованна.
при этом вызывает удивление тот факт, что замена металлического лития на его менее пожароопасное соединение по состоянию
на 2023 год еще не состоялось, если аккумуляторы все еще самовозгораются.
И еще одно наблюдение. Факт возгорания аккукмуляторов в электроавтомобилях далее в новостных сообщениях не освещался.
Комментарий об опасности электротранспорта, как мне показалось, затушевывался.
Чем больше приобретаешь, тем больше изучай физику!
июль 2023 г.
Так выглядит стандартная банка типоразмера 18650 литий-ионного аккумулятора из разобранного блока. Также видны характристики
3.6 Вольт, ёмкость 2500 миллиампер в час, мощность 9 Ватт-час. Я сфотографировал его после возгорания,
поэтому он не в "рекламном" виде.
июль 2023 г.
Фактически это очень опасные предметы. И если прежде я несколько беспечно относился к хранению таких источников питания,
то теперь я стараюсь не оставлять их без внимания. И избавился бы от них, если не стоимость каждой из банок в 3000 рублей
по состоянию на 2023 год. На фотографии собранные после возгорания "банки". Ну какой теперь из них восстановленный аккумулятор?!
Ирония еще и в том, что цвет оболочки этих "банок" - зеленый. Проводя личное расследование воспламенения этих "банок", я специально
почерпнул информацию из справочников о том, что такие источники питания относятся к сравнительно безопасным.
Что же за материал используется в твердотельных аккумуляторах?
Посмотрим, что по поводу литий-ионных батарей пишется в "Википедии".
Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге),
разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус,
катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам.
Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала.
Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития,
который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других
материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи, например:
в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли (LiMnRON) металлов.
Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс.
В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать
при значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора.
Распространение литий-железо-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью.
Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления —
СКУ или BMS (battery management system), — и специальным устройством заряда/разряда./4/
Итак, кое-что проясняется! Оказывается, металлический литий в некоторых конструкциях компонуется в составе аккумулятора.
Если вспомнить школьную химию, особенно тем, кто её посещал во времена проведения живых опытов,
то в памяти всплывает эксперимент с калием или натрием (они горазде дешевле лития и располагаются по своему атомному весу в
периодической системе Менделеева правее, и, кроме того, сравнительно менее активны), когда
небольшой кусочек натрия при попадании в воду вытеснял водород, который, в свою очередь, из повышения температуры, благодаря
теплотворной реакции и смешения с кислородом воздуха, самовоспламенялся. Получается, что любая негерметичность может привести
такой аккумулятор к самовозгоранию. Остается только догадываться, как такие аккумуляторы еще устанавливают в автомобили!
Ведь и производство должно быть в таком случае весьма небезопасным!
Вероятно, по соображениям такой опасности, металлический литий пришлось заменить на менее активные и, скорее всего, менее
энергоёмкие соединения. Из-за чего более современные аккумуляторы, очевидно, более тяжелые. Значит, и пробег при проичх равных условиях
будет сравнительно меньший. Если добавить к этому эффект старения, о личном опыте с которым я уже упоминал выше, то "зеленая" энергетика пока не слишком
привлекательна. И последний аргумент против таких источников питания - это их токсичность.
День, когда воспламенились батарейки, ...
... стал поворотным в части уверенности в таких источниках питания. Как показали обстоятельства, ни условия хранения, ни личные, ни общественные,
ни современные промышленные стандарты не обеспечивают уверенности в применении такого электрооборудования.
Я задался вопросом: "где гарантия того, что оставленный велосипедный аккумулятор не разнесет мастерскую, если он поджигает корабль, идущий из Германии (пусть и под панамским флагом),
где производственная и транспортная безопасность возведена на удивительную высоту?" Я хочу сказать, что автомобиль был произведен в Германии, прошел необходимый производственный контроль качества,
погружен в германском порту, где перед отправкой прошел необходимые процедуры безопасности и, тем не менее, спустя весьма короткое время находится один автомобиль (похоже из пятиста) с возможным производственным браком или неверной транспортной упаковкой.
В связи с этим пробное восстановление аккумулятора для моего электровеловипеда Hoverbot Urban было приостановлено в связи с тем,
что мои навыки и умения врядли помогут выполнить работу по компоновке и сборке источника питания для мотор-колеса с соответствующим качеством.
Кроме того, я уже без энтузиазма и восхищения рассматриваю предложения об электрификации частного транспорта, например, моего "Метрокэба". Кстати, его дизельный двигатель
в таком случае безопаснее, электросилового агрегата современного автомобиля, как минимум с точки зрения предсказуемости. Я знаю, что не стоит ходить открытым огнем рядом с разлитым топливом.
Дизель воспляменяется труднее, чем бензин, поэтому и нашел применение в отечественных бронетанковых войсках. Бензин штука более опасная, его разлив лучше сразу полить пеной во избежание
воспламенения, и уж, тем более, нельзя допускать его попадания на горячие детали двигателя. Зная эти правила, и соблюдая их в соответствующих обстоятельствах, не придется плакать
над останками автолюбимца. В случае с литий-ионными аккумуляторами эта предсказуемость отсутствует и поэтому в массовом применении может стать опасной. Неудивительно теперь,
что, скорее всего, из-за отсутствия более надежных технологий для электросиловых установок автомобилей, автоконцерны сворачивают активность в области "электричек".
Итак, никаких "зеленых" батареек в моем доме! Вот такой поворот произошел летом 2023 года из-за событий на корабле Fremantle Highway и в моей мастерской!
