Вред производства литиевых батарей супер кратко
Обновлено: 04.07.2024
Мы живем в мире, который уже невозможно представить без всевозможных аккумуляторов и батареек. На батареях работают сотовые телефоны, ноутбуки, детские игрушки и автомобили. Они также используются для поддержания работы устройств, работающих от сети. Когда случаются аварии и выключается электричество, тогда источники бесперебойного питания поддерживают функционирование оборудования. Мы везде сталкиваемся с батарейками и аккумуляторами, но практически не задумываемся о том, что они обладают не только полезными для нас свойствами. Также надо знать, что при неправильной эксплуатации и утилизации они несут в себе потенциальную угрозу для здоровья и окружающей среды.
Вред аккумуляторов и батарей для здоровья
До изобретения батарей производство электроэнергии требовало прямого подключения к источнику электроэнергии, поскольку не имелось возможности хранить электроэнергию. Батареи работают путем преобразования химической энергии в электрическую энергию. Противоположные концы батареи анод и катод создают электрическую цепь благодаря химическим веществам, называемым электролиты, которые пропускают электрический ток на устройство, когда оно подключено к батарее.
Вообще, батареи безопасны, но обращаться с ними стоит аккуратно, особенно со свинцово-кислотными аккумуляторами, в которых есть доступ к свинцу и серной кислоте. Также надо очень аккуратно обращаться с поврежденными батареями. В некоторых странах свинцово-кислотные батареи маркируются как устройство с опасными материалами, и это правильно. Давайте посмотрим на то, каким может быть вред аккумуляторов и батареек для здоровья, если с ними обращаться не надлежащим образом.
Свинцово-кислотные батареи
Свинец является токсичным металлом, который может попасть в организм при вдыхании свинцовой пыли или при прикосновении ко рту руками, которыми до этого трогали свинец. Попадая в землю, частицы свинца загрязняют почву и, когда она просыхает, попадают в воздух. Дети, поскольку их тела только развиваются, наиболее уязвимы к воздействию свинца. Чрезмерное содержание свинца может повлиять на рост ребенка, вызвать повреждение головного мозга, повредить почки, ухудшают слух и приводить к поведенческим проблемам. Свинец также опасен для детей, которые еще только находятся в утробе матери. У взрослых свинец может привести к потере памяти и к снижению способности концентрации внимания, а также нанести вред репродуктивной системе. Известно, что свинец вызывает повышенное кровяного давления, неврологические нарушения и мышечные и суставные боли. Исследователи считают, что Людвиг ван Бетховен заболел и умер из-за отравления свинцом.
Серная кислота в свинцово-кислотных батареях чрезвычайно агрессивна и потенциально более вредна, чем кислоты, используемые в других аккумуляторных системах. При попадании в глаза она может привести к постоянной слепоте; при проглатывании она повреждает внутренние органы, что может привести к смерти. Первая помощь при попадании на кожу серной кислоты – это промывание большим количеством воды в течение 10-15 минут, вода несколько охлаждает пораженные ткани и предотвращает вторичное повреждение. При попадании на одежду ее надо немедленно снять и тщательно промыть кожу под ней. При работе с серной кислотой всегда необходимо носить защитную одежду.
Никель-кадмиевые батареи
Кадмий, который используется в никель-кадмиевых батареях, считается более вредным при попадании внутрь, чем свинец. Рабочие на заводах в Японии, которые работают с никель-кадмиевыми батареями, испытывают серьезные проблемы со здоровьем, связанные с длительным воздействием металла. Утилизация на свалке таких батарей запрещена во многих странах. Мягкий, беловатый металл, который встречается в природе, может привести к повреждению почек. При прикосновении к протекшей батарее кадмий может всасываться через кожу. Так как большинство NiCd батарей герметизировано, то при обращении с ними практически не существует риска для здоровья. Но очень осторожно надо обращаться с открытыми батареями.
Никель-металл-гидридные и литий-ионные батареи
Никель-металл-гидридные батареи считается нетоксичными и единственное, чего следует опасаться – это электролит. Токсичный для растений, никель тем не менее не представляет опасности для человека. Литий-ионные батареи также являются довольно безопасными, они содержат мало токсичных материалов. Тем не менее, с поврежденными батареями необходимо обращаться с осторожностью. При работе с протекшей батареей не прикасайтесь ко рту, носу и глазам и тщательно мойте руки.
Батарейки и опасность для маленьких детей
Держите батарейки в недоступном для детей месте. Дети в возрасте до четырех лет очень легко могут проглотить батарейку. Чаще всего они глотают кнопочные элементы. Батарея часто застревает в пищеводе у ребенка и при этом электрический ток может сжигать окружающие ткани. Врачи часто неправильно диагностируют симптомы, которые могут быть такими как лихорадка, рвота, отсутствие аппетита и усталость. Батареи, которые свободно проходят через пищеварительный тракт, практически не причиняют длительного ущерба здоровью. Родителям стоит выбирать не только безопасные игрушки, но и хранить батарейки подальше от маленьких детей.
Безопасность зарядки аккумуляторов
Зарядка аккумуляторов в жилых, хорошо проветриваемых помещениях, когда она выполняется правильно, вполне безопасна. При зарядке свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют некоторое количество водорода, которое, однако, не так велико. Водород становится взрывоопасным при концентрации 4%. Такое количество водорода может выделиться только при зарядке очень больших аккумуляторов в герметично закрытом помещении.
Перезарядка свинцово-кислотных аккумуляторов также может привести к выделению сероводорода. Это бесцветный, очень ядовитый легковоспламеняющийся газ, который пахнет тухлыми яйцами. Сероводород также встречается в природе, хотя и не очень часто, он образуется в результате распада органических веществ в болотах и канализации; присутствует в вулканических газах, в составе природного газа, попутных нефтяных газов, иногда встречается в растворенном виде в воде. Будучи тяжелее воздуха, газ скапливается внизу в плохо вентилируемых пространствах. Сероводород опасен ещё и тем, что хотя сначала запах газа можно ощутить, потом обоняние притупляется и его перестаешь замечать. Поэтому потенциальная жертва может и не знать о присутствии газа. Надо отметить, что когда запах сероводорода становится заметным, то концентрации газа опасна для жизни человека. При этом надо выключить зарядное устройство и хорошо проветрить помещение, пока весь запах не исчезнет.
Зарядка литий-ионных батарей вне безопасных ограничений сопряжена с опасностью взрыва и воспламенения. Большинство изготовителей снабжают Li-ion элементы устройством защиты, но это делается не всегда, поскольку это сопряжено с увеличением стоимости. Не надо заряжать вышедшие из строя аккумуляторы. Это может привести к взрыву и воспламенению устройства.
Для защиты герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA) при зарядке с перенапряжением должны применяться ограничители тока. Всегда устанавливайте ограничение тока на минимальное значение и следите за напряжением и температурой батареи во время зарядки.
В случае утечки электролита или в любом другом случае воздействия электролита на кожу немедленно промойте поврежденный участок большим количеством воды. При попадании в глаза также необходимо промыть их большим количеством воды и немедленно обратиться к врачу.
Надевайте защитные перчатки при работе с электролитом, свинцом и кадмием.
Данное исследование навеяно Вредным инвестором и его изучением химического сектора в разрезе производителей литиевых соединений. Действительно, мир идет по пути уменьшения углеродного следа и увеличения количества электромобилей. Я остаюсь среднесрочным скептиком в отношении экологичного транспорта и не считаю, что это перспектива ближайших лет. Однако, именно производители лития могут быть в авангарде роста. На них мы и обратим свой взор в этом исследовании.
Еще больше аналитики в моем Telegram!
Ожидается, что спрос на литий вырастет более чем на 200% в течение следующих пяти лет, с 300 тыс. тонн в 2020 году до 1 млн тонн к 2025 году. А к 2030 году спрос может достичь 2 млн тонн. Также мой интерес еще вызван и ценами на литий, которые с 2017 года стагнируют. В сырьевом ажиотаже 2021 года участия не принимали. Напомню, что в такой же ситуации были 2 года назад компании химического сектора во главе с Фосагро. Возобновление роста цен на удобрения потянули за собой и котировки компаний. Главное чтобы к этому были фундаментальные предпосылки.
Так почему же литий?
Этот химический элемент требуется для создания литий-ионных аккумуляторов, спрос на которые растет. Элементы для его производства расположены в основном в странах латинской Америки, Австралии, США, Китае и внимание, в России. Литий широко используется в различных отраслях: в автомобилестроении, металлургии, производстве электроники, ядерной энергетике и даже в медицине. А самое главное в пиротехнике 😀 Иначе, как бы мы смогли наблюдать красные огни салютов.
В добыче лития есть определенная сложность, поэтому многие компании сектора крайне неэффективны. Себестоимость съедает всю прибыль и производителям приходится диверсифицировать бизнес и находить новые источники доходов. Добыча, как правило, идет двумя способами: открытая в карьерах (сподумен) и высушивание солончаков (рассол). Если первый способ характерен для компаний Австралии, то второй более распространен в мире.
Итак, низкие цены на сырье, распространение электромобилей и широкий охват применения лития, дают нам шанс на поиск недооцененных историй. Если конечно такие найдутся. В мировом масштабе электромобили составили менее 5% от общего объема продаж автомобилей в 2020 году, но этот сегмент вырос на 45% до 3,2 млн автомобилей даже в условиях пандемии, и будет прирастать дальше из года в год.
Основной проблемой добывающих литий компаний становится низкий уровень спроса. Все-таки Tesla и прочие не успевают потребить все предложение лития на рынке. Радует, что тенденция идет к повышению производства. К 2026 году спрос на литий-ионные аккумуляторы предположительно вырастет в 2 раза, а к 2030 году в 4 раза. Теперь давайте займемся разбором компаний.
Один из крупнейших американских производителей лития и брома. К слову, на литий приходится всего 37% выручки, а на тот же бром или катализаторы 30% и 25% соответственно. Но даже это позволяет контролировать около 35% рынка лития. Albemarle планирует удвоить свои производственные мощности к концу года. Мультипликаторы крайне перегреты. P/E в 35,3, P/B в 4,3 и EV/EBITDA в 23,7 дают повод говорить о завышенной оценке рынка акций компании. Albemarle имеет приемлемую долговую нагрузку, низкую рентабельность, но выплачивает дивиденды. Выручка с 2019 года снижается, как и прибыль.
📈 акции торгуются на бирже NYSE и доступны неквалифицированным инвесторам
Американская компания, занимающаяся разведкой и добычей лития. Производственные площадки расположены в Аргентине и США, где планируется добыча открытым способом на рудниках. Причем запуск в США назначен лишь на середину 2022 года. Поддерживает интерес лишь повышенная, в отличие от обычного лития, цена на карбонад лития, который только планируют добывать. Компания по факту живет лишь ожиданиями увеличения спроса и роста цен на литий в будущем. Прибыли, как и выручки последние годы нет, а рентабельность отрицательная.
📈 акции торгуются на бирже NYSE и доступны лишь квалифицированным инвесторам
Аналогичная ситуация и в Piedmont Lithium, чей четырехкратный рост акций основан только на договоренностях с Tesla о поставках сырья. Компания планирует добычу только на 2022-2023 года. История красноречива и говорит о завышенных ожиданиях инвесторов взрывного роста отрасли. Только во многом этот самый рост уже заложен в цену активов.
📈 акции торгуются на бирже NYSE и доступны лишь квалифицированным инвесторам
Один из пионеров отрасли производителей литиевых соединений, идущий корнями еще в Америку 40-х. Livent также является лидером в области технологии извлечения и очистки лития. Производственные площадки расположены в Аргентине, США и Китае. Компания малоэффективна из-за высоких расходов на производство.Помимо высокой долговой нагрузки и мультипликаторов, снижает 3-й год подряд выручку, а последние 2 года получает убыток от основной деятельности. Виной тому слабая диверсификация бизнеса.
📈 акции торгуются на бирже NYSE и доступны неквалифицированным инвесторам
Далее у нас еще пачка компаний литиевого сектора. Начнем с Чили, а закончим Австралией и Китаем, который доминирует в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов.
Sociedad Quimica y Minera de Chile SA (SQM)
Глобальная горнодобывающая компания, расположенная в Чили. Работает в сфере химической промышленности, добывает лития и другие редкие металлов. На этом рынке занимает 14% всей добычи. Имеет 5 бизнес-направления, которые добавляют диверсификации и снижают риски. Приобрела права на литий-проекты в Австралии и Аргентине. SQM планирует увеличить производство карбоната лития на 71% уже к концу этого года. Мультипликаторы говорят о сильной перекупленности: сумасшедший P/E в 59,6 и P/B в 4,3. С 2018 года выручка стагнирует, но наблюдается рост уже в 2021 году. Прибыль также на минимальных значениях за последние 7 лет.
📈 акции торгуются на бирже NYSE и доступны лишь квалифицированным инвесторам
Китайские компании по производству новых энергетических материалов, в основе которых лежит литий. Работают по всему миру и активно скупают доли крупных компаний отрасли. Tianqi владеет долей Sociedad Quimica и несколькими месторождениями Австралии. Ganfeng выкупила контрольный пакет акций австралийской компании Bacanora Lithium и сделала еще несколько крупных приобретений. Номинально компании контролируют более половины всего мирового производства лития.
📈 акции торгуются на бирже Шэньчжэнь и не доступны инвесторам из РФ
Самые крупные представители Австралии, которые занимаются добычей лития. Причем производственные площади у первой в основном расположены в Аргентине. А вот Galaxy занимается добычей в Австралии. Эти две компании приняли решение объединиться, после чего выйдут на 5 место по величине поставок лития в мире. Orocobre имеет одну из самых низких себестоимостей производства лития.
📈 акции торгуются на бирже Австралии и не доступны инвесторам из РФ
Это далеко не все компании сектора. В Китае есть целая россыпь добывающих компаний. В Австралии также есть парочка сильных игроков, таких как Altura Mining или Mineral Resources. Но информации по ним достаточно мало, а отсутствие возможности их приобретения даже квалам, делает их не интересными для покупки.
Изучая самых крупных и перспективных представителей отрасли понимаешь, что далеко не все торгуются на биржах и доступны инвесторам из России. Причем даже квалифицированным инвесторам, коим являюсь я. Поэтому в завершении я решил посмотреть на ETF фонд, который объединяет большинство активов, и сделать вывод об отрасли в целом.
Литиевый ETF фонд, который инвестирует в компании сектора производителей лития. Но не только этим ограничивается. В составе можно будет найти также производителей литий-ионных аккумуляторов. Следует за Solactive Global Lithium Index. По странам более 50% фонда приходится на Китай, еще 20% на США. Что странно, всего 7% приходится на Австралию. Диверсификация явно слабая, перекос в сторону того же Albemarle с 12%, а на Livent приходится всего 1% фонда. За то LG и Samsung, как производители аккумуляторов в топе.
📈 паи фонда торгуются на бирже NYSE и доступны лишь квалифицированным инвесторам
Назвать ETF хорошо сбалансированным можно, если вы в целом хотите проинвестировать в индустрию лития, аккумуляторов и электромобилей. Но тут встает резонный вопрос. Зачем, если есть тот же зеленый ETF от Тинькофф TGRN, в котором есть все те же представители, и в нагрузку еще идет ВИЭ. В общем для себя я не нашел причин покупать фонд. Состав фонда от Тинькофф:
Но и в покупках отдельных историй тоже большого смысла нет. Компании настолько переплетены в своих бизнесах и месторасположениях, что иногда трудно понять, что кому принадлежит. Австралия работает в Аргентине, а соседи из Чили покупают активы в Австралии. Китай вообще распространил свое влияние и вышел на второе место по добыче, хотя своих месторождений крайне мало.
Для инвесторов из России большую проблему составляет отсутствие акций на бирже. Даже на внебиржевом рынке представлена лишь малая часть компаний. Нам предлагается сходу купить Albemarle, который и в секторе то представлен лишь малой частью бизнеса, а акции уже находятся в космическом пространстве рядом с Virgin Galactic.
Если взять навскидку, то свое предпочтение я бы отдал Lithium Americas, которая имеет производственные мощности, но запуск основных будет производить в ближайшие годы. Однозначно, при инвестировании в компании сектора придется рисковать. И рисковать значительно. В ценах многих компаний уже заложены ожидания кратного роста цен на сырье. А проверить эффективность компаний задача не из легких. Большинство малоэффективны и имеют высокую стоимость добычи.
Долгосрочно
Рост производства электромобилей, цен на сырье, поддержка государства и низкая база прошлых лет дадут драйверы роста для всех без исключения компаний отрасли. По некоторым акциям мы увидим ваши любимые иксы.
Среднесрочно
Продолжится стагнация всей отрасли. Компании модернизируют производства и нарастят мощности. Но производители электромобилей не будут успевать поддерживать спрос. Да и производители батарей также не спешат врываться в этот бизнес. Стоимость аккумуляторов снизилась за 10 лет на 87% и продолжит сокращаться.
Краткосрочно
Возможны манипуляции со стороны соц сетей и любителей разогнать акции. Рынок сейчас тонкий и на любом хайпе частные инвесторы начинают скупать все, что плохо лежит.
Делать ставку на всю отрасль через ETF, либо искать точечно подходящий актив дело индивидуальное. Я склоняюсь скорее ко второму и буду дальше продолжать изучать рынок лития.
Более подробные разборы отдельных компаний в моем блоге в Telegram. 30 тысяч подписчиков уже оценили.
В экранизации культовой видеоигры Warcraft светлую магию изобразили в виде голубого света, а темную – зеленым. И это не совсем очевидно, скорее ждешь, что силы зла будут красными или вроде того. С другой стороны, может зеленый и впрямь не так хорош, как принято считать?
Непримиримые противники электрокаров (возможно, большинство из них владеет нефтяными вышками) справедливо напоминают о том, что электричество не появляется из воздуха (по крайней мере, в недостаточных количествах), а дорогущие литий-ионные аккумуляторы не растут на деревьях – их производство довольно грязное и энергоемкое, работа не экономична и непродолжительна, а технологии утилизации все еще толком не развиты.
Остановимся на каждом из этих обвинений более подробно.
Парниковые газы
На дороге
Начнем с конца, то есть с конечного потребителя. Например, счастливого владельца Tesla Model S, счастье которого неоспоримо, по крайней мере, пока он не задействовал в своей машине режим автопилотирования.
Очевидно, что электрокар не выбрасывает выхлопные газы там, где используется. То есть, не участвует в создании облаков смога над городами, в которых повинны автомобили с традиционными ДВС. Кому-то один этот факт может показаться достаточным для того, чтобы запретить въезд в город автомобилей с горелками внутри. И это вполне может вскоре случиться. Более того, Голландия уже объявила о намерении полностью запретить продажи бензиновых и дизельных машин на своей территории с 2025 года. Правда, верхнюю палату парламента закон не прошел.
На электростанции
А что же производство электроэнергии? Издание Gadgets 360, принадлежащее индийской коммерческой телекомпании New Delhi Television Limited (NDTV), призывает индийцев не покупать Tesla Model S. Потому что в Индии, где большая часть электроэнергии производится на угольных электростанциях, электрокары экологии не помогут. И, между прочим, ссылается на исследования авторитетных американских и европейских организаций. Действительно ли это так? Скорее нет.
В самом деле, в тех регионах, где все потребности в электричестве покрываются с использованием возобновляемых источников энергии, выбросы парниковых газов в атмосферу при эксплуатации электрокаров равны нулю. Например, этим может похвастаться Норвегия – один из главных закупщиков Tesla Model S в Европе и мировой лидер по доле элекромобилей в продажах (17% от всех купленных в стране автомобилей в 2015 году приходится на электрокары). И даже холодный климат норвежцев не останавливает.
Но дело не только в стремлении выбрасывать подальше от дома. По подсчетам ученых, даже если все электричество в регионе обеспечивается сжиганием угля (самый грязный источник энергии), уровень загрязнения атмосферы на этой территории как минимум не ухудшится, если машины с ДВС заменить на аналогичное число электрокаров с тем же типом кузова и сопоставимой мощностью.
В реальности же такие крайности (полностью чистая электроэнергия или производство электричества только на угольных ГЭС) встречаются редко.
В своем материале, посвященном углеродному следу электрокаров, РБК приводит расчеты российской организации МОЭСК, которая оценивала углеродный след различных типов легковых автомобилей в Московском регионе, где для производства электричества в основном используется природный газ.
Mitsubishi i-MiEV и Mitsubishi ColtФото: Mitsubishi
Оказалось, что с учетом выбросов энергоемкой нефтепереработки удельные выбросы СО2 электромобиля Mitsubishi i-MiEV в 2,2 раза меньше, чем у сопоставимого бензинового сити-кара Mitsubishi Colt. При этом i-MiEV расходует в 4,2 меньше условного топлива, чем Colt. Иными словами, чем дольше эксплуатируется электромобиль, тем вред для экологии от него меньше, чем у бензинового двигателя.
Энергопотери
И тут у противников электрокаров появляется еще один сильный аргумент. А именно, несовершенство аккумуляторов, допускающих потери энергии даже тогда, когда машина не используется. Для наглядности представим, что в бак бензинового автомобиля помещается 100 литров бензина (да, это будет очень вместительный бак). И полностью заправленный автомобиль просто стоит в гараже без движения с выключенным мотором. Если бы он допускал такую же утечку энергии, как и батареи электрокара (около 1% в день), то через месяц его владелец обнаружил бы, что в баке недостает 30 литров бензина!
Но. Давайте не забывать и о возмутительно низком КПД у двигателей внутреннего сгорания. У бензиновых моторов он составляет 25-30% процентов (то есть из 10 литров бензина только 3 приводят в движение машину, а 7 сгорают впустую), а у дизельных – до 50% (при условии использования турбонаддува и промежуточного охлаждения). То есть всего половина.
Так что используйте свой электромобиль почаще, а бензиновый внедорожник лучше сохранит энергию, если будет стоять в гараже.
Вы скажете, что ресурс ДВС еще далеко не исчерпан, и автопроизводители (например, Volvo и BMW) продолжают бить рекорды производительности и экономичности традиционных моторов. Но ведь и технологии производства батарей не стоят на месте. Запас хода электрокаров без подзарядки увеличивается, снижение энергоемкости самих батарей замедляется, а производственный процесс упрощается.
Выбросы CO2 при производстве
Сами электрокары гораздо менее энергоемки в производстве, чем традиционные автомобили. В них используется меньше деталей и более простые компоненты. Увы, основная часть энергозатрат приходится на создание аккумуляторов. И из-за них удельные выбросы при производстве современных электрокаров превышают выбросы от производства обычных машин минимум на 15%. А для некоторых классов эта разница достигает 68%.
Правда, при этом ученые оговариваются, что изучали вопрос на основе данных, полученных от конкретных производителей батарей, а средний срок их эксплуатации условно принимали за 10 лет. Но это лишь условная цифра, к которой стремятся производители аккумуляторов. В реальности никто не видел десятилетнего Mitsubishi i-MiEV. Хотя бы потому, что он выпускается только 7. Между тем, сокращение расчетного срока жизни аккумуляторов вдвое приводит к заметному росту вредного воздействия на экологию.
Строительство гигафабрики Tesla в пустыне Невады. Предприятие будет получать энергию полностью из возобновляемых источников, а значит, производство батарей на нем не будет сопровождаться выбросами CO2
Промежуточный вывод
Согласно исследованию американцев, использование электромобилей оправдано с экологической точки зрения в любом штате США независимо от преобладания того или иного источника энергии. В среднем по стране на доли угля и природного газа приходится примерно по 33% в структуре генерации электроэнергии.
В этих условиях углеродный след электрокара (около 154 грамма на милю) почти в 2,5 раза меньше, чем у бензинового автомобиля (около 381 грамма на милю), а подключаемого гибрида –32% ниже. И даже там, где уголь перевешивает, электрокары все равно предпочтительнее для экологии.
Бог с ним с CO2. А как же тяжелые металлы?
Производство
Третий по объему ресурс (после воды и воздуха), используемый при производстве литий-ионных аккумуляторов — раствор бромистого лития (28% от всех требуемых при производстве ресурсов). Соли лития оказывают негативное влияние на центральную нервную систему человека.
Кроме того, при производстве одного из наиболее прогрессивных подвидов литий-ионных аккумуляторов — Li-NMC (Li-NMC-O2-Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide, Литий-Никель-Марганец-Кобальт Оксид) используются токсичные металлы кобальт и никель. Из-за необходимости работы с кобальтом производство литий-ионных аккумуляторов оказывается вдвое вреднее для занятых в нем людей, чем производство любых других батарей.
Наибольшую опасность для здоровья людей представляет процесс извлечения материалов, в том числе сульфата кобальта и солей лития.
Состав батарей представляет опасность и на завершающем этапе их жизненного цикла – в процессе утилизации.
По оценкам Международного электрического агентства (IEA), к 2020 году на дорогах мира будет использоваться 20 миллионов электромобилей. Каждый из них носит в себе примерно 40 килограммов наноразмерных катодных материалов, включающих в себя соединения никеля, марганца и кобальта (NMC).
В первую очередь, из-за их токсичности. Ученые Американского химического общества (ACS) уже привели доказательства того, что содержащиеся в литий-ионных батареях соединения губительны для почвенных бактерий, участвующих в процессе обновления почвы. Очевидно, они угрожают и другим микроорганизмам.
Ученые из института Нью-Джерси еще в 2008 году провели исследование потенциального вреда для экологии от отработавших наноматериалов (Thermodynamic Analysis to Assess the Environmental Impacts of End-of-life Recovery Processing for Nanotechnology Products) и пришли к заключению, что действующая технология высокотемпературной утилизации батарей требует изменений. В своем нынешнем виде она не защищает от опасного воздействия наноматериалов, поведение которых может меняться в процессе плавления.
По подсчетам экспертов Bloomberg, до 2030 года на производство литий-ионных аккумуляторов для электрокаров и plug-in гибридов потребуется около 1% всех запасов лития и около 4% мировых запасов кобальта. После этого должны появиться новые более эффективные и безопасные технологии производства аккумуляторов, которые уже не будут требовать использования опасных металлов.
До этого момента будет требоваться глубокая переработка батарей, исчерпавший свой ресурс. И даже если удастся обеспечит максимально грамотную их переработку, 3% материалов, входящих в состав аккумуляторов, все равно будут попадать в почву.
Поэтому даже если электрокары и отдаляют нас от глобального потепления и всемирного потопа, технологии их производства все еще весьма далеки от совершенства. Остается надеяться, что к 2040 году, когда минимум 35% новых автомобилей смогут подключаться к розетке, внутри у них будут совсем другие средства сохранения энергии. Причем не только дешевые и эффективные, но и экологичные.
Наиболее распространены в современной электронике литий-ионные аккумуляторные батареи. Они вполне надежны и безопасны, имеют хорошее соотношение габаритов, емкости и цены. Однако есть множество факторов, способных значительно сократить срок их службы и даже привести к необратимым повреждениям.
Краткая история
Первый серийный литий-ионный аккумулятор выпустила корпорация Sony в 1991 г. На тот момент уже существовали батареи с положительным электродом из лития, но их широкому распространению мешала чрезмерная химическая активность данного материала. Нередки были случаи их возгораний и взрывов вследствие внутренних коротких замыканий. Инженеры Sony заменили металлический литий его ионной формой (кобальтатом лития, LiCoO2) и снабдили каждый аккумулятор электронной схемой управления и защиты BMS (Battery Management System), которая контролировала режимы заряда/разряда и обеспечивала безопасность эксплуатации. Несмотря на постоянные поиски альтернативных материалов, именно литий-кобальтовые батареи до сих пор применяются в мобильных телефонах, ноутбуках, фото- и видеокамерах и прочих портативных устройствах.
Принцип работы литий-ионного аккумулятора
При подаче на электроды зарядного напряжения ионы лития мигрируют из литийсодержащего катода в угольный анод, окисляя его, а при подключении нагрузки – в обратном направлении.
При разряде восстановление отрицательного электрода происходит не полностью, продукты окисления накапливаются, и аккумулятор постепенно теряет емкость. Ее 30%-ная потеря считается концом жизненного цикла батареи, продолжительность которого составляет от 2 до 5 лет (или 500–1000 циклов, в зависимости от условий эксплуатации).
Давайте посмотрим, насколько вышесказанное соответствует действительности.
Первое утверждение попросту лишено смысла – управляющая электроника не позволит зарядить батарею больше положенного.
Совет №2 тоже несостоятелен. Литий-ионные аккумуляторы после первой же зарядки работают с полной отдачей, а разряжаются поначалу быстрее просто потому, что владелец устройства настраивает и изучает его, демонстрирует друзьям и знакомым и т. п. Через неделю-две гаджет входит в нормальный режим, что, естественно, положительно сказывается на автономности. Но одна полная зарядка перед началом использования все-таки желательна. Это нужно не для аккумулятора, а для того, чтобы аппарат мог определить ее реальную емкость и в дальнейшем правильно отображать остаток заряда.
Из утверждения номер 4 следует логичный, казалось бы, вывод: раз время жизни батареи измеряется количеством циклов, значит, лучше использовать по максимуму. Это ошибка. Полные заряд и разряд быстрее изнашивают ее, а неполные циклы, напротив, продлевают жизнь (см. таблицу 1).
| Глубина разряда | Количество циклов разряда |
| 100% | 500 |
| 50% | 1500 |
| 25% | 2500 |
| 10% | 4700 |
Холодно-жарко
Очень важно соблюдать температурный режим работы литий-ионных батарей. На морозе ниже -20 °С они просто перестают отдавать ток, а при жаре выше +45 °С хотя и функционируют, но такие климатические условия активизируют процесс старения, значительно сокращая срок жизни аккумулятора. А вот заряжать его можно только при положительных (по Цельсию) температурах, иначе велик риск выхода устройства из строя. Вообще, оптимальная рабочая температура литий-ионных АКБ составляет +20 °С.
Разновидности литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные батареи постоянно совершенствуются, производители активно экспериментируют с материалами электродов и электролита. В 1994 г. появились аккумуляторы с литий-марганцевыми, а в 1996 – с литий-железо-фосфатными катодами. Они гораздо стабильнее и легко переносят большой разрядный ток, поэтому нашли применение в электроинструментах и электромобилях. С 2003 г. выпускаются батареи, использующие сложный состав катода (LiNiMnCoO2) и обладающие наилучшим сочетанием характеристик среди всех перечисленных. Но по удельной емкости и цене литий-кобальтовые экземпляры пока никому превзойти не удалось, а преимущества новых типов не востребованы в мобильных телефонах и ноутбуках, потребляющих относительно небольшой ток.
Как сохранить неиспользуемую батарею
Если вы временно отложили старый телефон, но хотите сберечь его в рабочем состоянии, – знайте, что лучше всего литий-ионные аккумуляторы хранятся при температуре около +5 °С. Чем она выше и чем ближе степень заряда к 100%, тем быстрее стареет батарея и теряет емкость (см. таблицу 2). Лучше всего зарядить ее до 40–50%, извлечь из аппарата, упаковать в герметичный полиэтиленовый пакет, положить в холодильник (но не в морозильную камеру!) и периодически подзаряжать.
| Температура, °C | 40%-ный уровень заряда | 100%-ный уровень заряда |
| 0°C | 98% через 1 год | 94% через 1 год |
| 25°C | 96% через 1 год | 80% через 1 год |
| 40°C | 85% через 1 год | 65% через 1 год |
| 60°C | 75% через 1 год | 60% через 3 месяца |
Из всего вышесказанного можно вывести набор простых правил, соблюдение которых поможет продлить срок службы вашего мобильного источника энергии.
Читайте также: