Как устроены батарейки и на что они способны

Всем привет! Меня зовут Самат Галимов, и это подкаст «Запуск завтра». Как технический директор я пытаюсь разобраться, как устроены сложные и интересные штуки. Я зову профессионалов, с которыми можно поговорить простым человеческим языком. Сегодня будем говорить о батарейках. На самом деле всю нашу современную жизнь окружают аккумуляторы. Вот вы, наверное, с утра сняли телефон с зарядки. Надо не забыть его зарядить. А почему телефон нужно заряжать каждый день? Почему некоторые устройства выдерживают несколько часов без зарядки, а некоторые могут работать неделями? Отличаются ли аккумуляторы в электромобилях от тех батарей, которые мы носим в телефоне? Во всем этом мы разберемся с экспертом, с человеком, который занимается созданием источников питания. Это подкаст студии Либо-Либо, и сделали мы его совместно с сервисом онлайн образования Яндекс Практикум. У Практикума есть курсы по разработке, по анализу данных и по английскому языку. А сегодня я хочу вам немножко подробнее рассказать о курсе Middle Python Разработчик. Вообще на рынке очень много начинающих программистов. И когда ты берешь их на работу, ты на самом деле берешь их в расчете на то, что когда-нибудь они станут приносить пользу, потому что вначале ты больше вкладываешься. Мидл разработчиков, то есть людей, которые умеют самостоятельно уже решать задачи, на рынке гораздо меньше, они гораздо ценнее. Именно на это нацелен этот курс. Он за 6 месяцев помогает прокачаться от начинающего уровня до крепкого среднячка. Там есть и теоретические знания по разным архитектурам и практические навыки работать с такими популярными продуктами, как Kafka, RabbitMQ, Elasticsearch и даже опыт управления небольшой командой коллег. В общем, полезный курс для начинающих Python-разработчиков. Подробности по ссылке в описании к этому эпизоду.

Привет, меня зовут Сергей Агеев, я генеральный директор компании «ТЭЭМП». Фактически мы занимаемся производством электрохимических источников тока, суперконденсаторов.

Мне примерно понятно, как работает машина. Я заливаю бензин, там взрывается топливо, в цилиндрах двигаются поршни, они крутят колеса. Или вот гидроэлектростанция, тоже понятно, там типа течет тонны воды в секунду, они двигают турбины размером с дом. С батарейками гораздо сложнее, потому что она лежит, ничего вроде не меняется, а электричество появляется. Как она работает?

Слушай, ну вот есть такая интересная история. Помнишь такие русские народные танцы?

Какие?

Когда стенка на стенку танцуют. Вот помнишь, да?

Сидишь за руки и приближаешься, отталкиваешься, приближаешься.

Если мы говорим не про перезаряжаемые, там история как будто все стоят, перед ними мост, и это дорога в светлое будущее. И все потихонечку в нее идут. Туда идут, здесь кончается, и никто не возвращается. не перезаряжаемая. Вот когда все перешли, Батарейка закончилась. Все, поэтому обратно в дороге нет. А в аккумуляторе перезаряжаем, там история такая, вот как танец. Вот потанцевали в одну сторону, сказали, танец закончился, они в обратную сторону пришли. Кто-то устал, ушел. И таким образом, вроде масса одна и та же двигается туда-обратно, но с течением времени кто-то устает, кто-то уходит, и она меньше, меньше, меньше, меньше. Ну то, в общем, таким образом и живёт цикл батарейки аккумуляторной.

То есть электроны перетекают из одной части батарейки в другую?

Всё верно, да. То есть они скапливаются первоначально, когда заряжают её на аноде, потому что там скапливаются положительные заряды. И дальше, когда его подключают к прибору, чтобы его питать, они начинают в сторону катода, передвигаться. И таким образом они двигаются туда-обратно, постоянно.

И текут они через ту штуку, которую мы хотим запитать?

Ну, фактически. Фактически можно назвать так, да. Что именно таким образом это происходит. Если чуть-чуть по-научному, да, то там и происходит химическая реакция, окисление-восстановление. То есть, первоначально окислились, убегают в одну сторону, потом восстанавливаются, когда ее перезаряжают.

А, ну, про окисление у меня совсем понятно. Ну, окислять можно разные вещества, я так понимаю, и поэтому это называется разные технологии, типа батареек.

Ну смотри, давай вот начнем с автомобиля. Вот у тебя там стоит батарейка. Это свинцовая кислота. Фактически там свинцовые пластины, а внутри залита кислота. Чем она хороша? Ну, тем то, что она неприхотлива к температурам. Ну, как неприхотлива, да? когда ниже минус 20 тогда уже тяжело машине запускаться просто потому что вырастает внутреннее сопротивление то есть до ей очень не хочется вот этим электрон не очень не хочется уходить машин становится тяжело заводится но все равно она очень очень неприхотливая плюс ее можно с течением времени до вот этих водных называется водная куда система испаряется от кислота Но её можно добавлять, её можно перезаряжать, то есть сливать, ставить новые пластины, такая очень универсальная история. Когда мы в машине меняем батарейку, меняем аккумулятор, мы его куда? Мы его же не просто выбрасываем, мы его унесём. Люди, которые покупают его, они покупают его не просто так. Они ставят новые пластины, заливают новый материал и продают его как вторг. Такая вторичная продажа. Чуть дешевле, но он будет совершенно ровно так же работать. Это если мы говорим про машины. Если говорить про детские игрушки, что мы обычно доставим? Туда мы обычно ставим не перезаряжаемые батарейки, самые обычные, DuraCell, Energizer, все равно какие. Здесь принцип другой, здесь она работает в одну сторону, она имеет первоначально какой-то определенный заряд, с течением времени он кончается и все, мы его выкидываем, потому что с ней уже сделать ничего нельзя, нам нужно немножко другой принцип работы материала внутри. Там металлы и они разрушаются со временем. Дальше про телефоны. В телефонах, вот сейчас в новых телефонах используется литий-ионная аккумуляторная батарея. При этом основной упор всю жизнь был так. Это литий-полимер. Почему литий-полимерный? Первый, потому что они хорошо работают на повышенных температурах. Он у нас всегда в кармане, он там, не знаю, поехали на отдых на юг. Плюс 40, плюс 45, он очень хорошо работает в этом температурном диапазоне. Это первое. Второе, он безопасный. Ну, в части выделения каких-то. Даже если вдруг он загорится. Треть, у него вполне себе сносная ёмкость, то есть да, он в таком маленьком габарите может довольно много энергии держать. И это позволяет нам, смотри какой телефон, позволяет от суток, да, до есть телефоны, которые там две недели можно спокойно жить на одном заряде.

Стали ли со временем батарейки более ёмкими? Потому что вот по моему опыту телефон как разряжался за день, когда я был там в школе, так он и сейчас разряжается за день.

Слушай, ну это вот иллюзия у всех такая, что ничего там не меняется. Все верно. У нас в среднее время жизнь телефона это всего лишь день. Дальше, мне кажется, как любой среднестатистический человек, он на ночь его ставит на зарядку. Но надо посмотреть немножко с другой стороны. Возьмем, не знаю, айфон там седьмой или десятый, айфон пятнадцатый. Во-первых, там совершенно разные процессоры стоят. И чем дальше, тем он более энергоемкий, он потребляет больше энергии. Дисплей. Но с дисплеями вообще беда по-настоящему.

Я вспомнил, какой у меня был этот черно-белый маленький экранчик.

С дисплеями вообще беда по-настоящему. Вот был там момент у телефонов, поставили новое там AMOLED-дисплеи, все тут же, там даже восьми часов он просто не простоит. Если складывать вот из компонентов телефон, то мы поймем то, что нынешние там существенно, грубо говоря, новые и существующие телефоны, у них в разы потребления энергии больше, чем те, которые были раньше. Но телефон живет ровно столько же. А это означает то, что их батарейка прошла ровно такой же путь. То есть она позволяет обеспечить то же самое время, но с большим количеством энергии или с большей мощностью выдаваемой. Поэтому было бы, конечно, неправильно говорить, что батарейка не поменялась. Вот как раз-таки вот там меняется именно вот эта часть внутренняя.

Очень хорошо. Тогда вот такой вопрос. А за счет чего производители сделали эти батарейки более ёмкими?

за счет компонентов, которые включаются в состав. Назовем ее смесь. Ну, я так, чуть-чуть экскурс небольшой возьму, что такое батарейка, если ее вскрыть. Они сейчас все делаются по одной технологии. То есть, у нас есть один слой электродный, вот, да не знаю, да там. А есть другой, их два всего. Между ними вот как раз-то разделитель, сепаратор называется. При этом в аккумуляторной батарейке одна подложка алюминиевая, то есть, алюминиевая фольга, и на нее наносится как раз электродный слой, а другая медная.

Это намазывается паста, да, я так понимаю?

Да, да. намазывается паста такая черная красивая фактически смотрят как будто уголь а фактически это и есть уголь только с добавками и вопрос что мы туда смешали почему потому что реально стоят миксера то есть они мешают добавляются компоненты добавляют связующие добавляется то что немножко его разжижает чтобы можно было наносить непосредственно на фольгу и дальше вот что-то туда намешал это фактически на твою ноу-хау

значит взяли алюминиевую фольгу на нее намазали эту пасту пасту. После этого, ты же сказал, что два разных состава. Правильно.

Теперь смотри, мы намазали алюминиевую фольгу с двух сторон, с одной, с другой. Взяли медную фольгу, ее тоже намазали. Дальше мы кладем, начинаем складывать, как карточки. Берем карточку алюминиевой фольги, дальше карточку сепаратора, то что разделяет, карточку медной фольги. И поехали, и набираем. Что мы таким образом берем? Мы набираем фактически емкость, таким образом. Потому что напряжение у них уже у всех будет одинаковое. Оно дает, потому что эта смесь дает напряжение определенное. Возьми две карточки, положи, соедини. Например, да, там, NMC. Вот две сложи, будет 3,7 вольт. Четыре сложи, тоже будет 3,7 вольт, но только ёмкость будет другая. Ага.

То есть мы делаем такой бутерброд.

Чем толще бутерброд, или там, бургер типа, чем больше слоёв, тем сытнее получится.

Тем сытнее, да, тем он более такой большой. Большой получается, да. Больше может отдавать.

Сейчас, погоди, тупой вопрос. Там батарейки же круглые, цилиндрические.

Они все.

Или мы сейчас говорим о квадратных батарейках?

Я сейчас объясню, чем, как отличается. Если говорят, вот, ты же говорил про телефон.

Ага.

То телефон не круглый.

Точно, она же плоская такая, тоненькая.

Правильно, но это называется пауч, пакетная технология, когда он вкладывает потом в алюминию. Ну, фактически в алюминии, там три слоя, там пропеллены всякие. Это пакет, в который запаивается, она же плоская. Вот там ровно эта технология, складывание.

Класс.

Вторая технология, это скручивание. Это как раз таки 18650 ячейка. Ну, ячейка в смысле аккумулятора. То, что Тесла использовала в своих электромобилях первоначально. Пальчиковые, большие такие. Они и в Вейпе их используют. Много где используют. Вот сам популярный вообще. Там технология скручивания. Так. То есть там стоит машина. Она называется намоточная. Также подается два типа электрода. На алюминиевой фольге и на медной фольге.

И разделитель. И разделитель.

Они подаются на оснастку, и она просто крутится. Скрутилась, снялась, ну отрезалась, снялась, всё. Дальше её укладывают в корпус цилиндрический, заливают электролитом и закрывают.

Кайф. Получается улучшение вот этих параметров, характеристик батарейки, это как раз формуляция, то есть определение этой смеси кондитерской, которую намазывают.

Да-да-да. И это прямо хранится в тайне у всех. Особенно, когда там, не знаю, добавили, не знаю, 0,003 какого-нибудь элемента. И вдруг это дало увеличение, прирост характеристик, например, в емкости на 5% всего. Это секрет производства. А самое интересное в другом. Если попытаешься поискать патенты на формулы... Патентов нет. Патентов нет. Их никто не патентует. Ну, это нормальная история.

Почему?

Потому что патент имеет суть заканчиваться. Это раз. А два, в любом случае, читая патент, что-то да можно оттуда получить.

Типа понять, что сделать так, чтобы патент не нарушить, но при этом, типа, идею стырить.

Вот.

Поэтому патентов нет. Но везде секрет производства.

Серёж, скажи, пожалуйста, о каких приростах идёт речь? Мы там, типа, уже за процентами, за долями процентов гоняемся? Или ещё можно там придумать так, что вы там на 10, на 20, на 50 процентов улучшите?

Ну по ёмкости, если так посмотреть, да, там вот из года в год, ну прирост максимальный перерост. Есть несколько технологий, они перспективные, и они дают перерост как раз быстрый. Вот они дают перерост такой очень хороший, порядка процентов сорока в ёмкости.

Нифига себе.

Но они пока в стадии, когда вроде лабораторно, да, там экспериментально, маленькую такую, маленькую-маленькую сначала батареечку получилась, а начинают из неё делать нормальную, ну какую-то полноценную батарейку как-то не получается.

Все наверняка сталкивались с тем, что ты покупаешь телефон, там первое время он работает замечательно, а через пару лет начинает быстрее разряжаться. И в айфоне сейчас даже есть такой показатель типа здоровья батарейки, battery health, я не знаю точно по-русски, здоровье аккумулятора. Что с батарейкой происходит, почему она портится?

У тебя идет процесс старения фактически. Внутри ячейки вот материал, который там находится, разлагается электролит. Законы же, они никуда не делись у нас, да? У нас не может быть вечного, как не может быть вечного двигателя, так не может быть вечной батарейки фактически. Не все уходит в активную энергию, то есть ты не можешь все забрать. Что-то уходит на, например, рассеивание тепла. Вот ушло в тепло, энергия ушла, чуть-чуть меньше стала. Обратная реакция прошла, она уже не вернулась на 100%, а вернулась на 99,95%. И с каждым разом, с каждым циклом, ты зарядил его, разрядил его, у тебя каждый раз немножко ухудшаются показатели внутри. То есть чуть-чуть старее стал вот фольга, например, вот этот слой электродный.

А, истончилось немножко.

Не, она не истончается, она остаётся таких же размеров, но способность генерировать там и держать на себе заряд, она уменьшается. А электролит разлагается со временем. Со временем сам разлагается, при этом эти химические реакции кислородного истовления, они тоже приводят к тому, что он потихонечку деградирует.

А, то есть количество веществ осталось таким же, но они перешли в другое состояние. Да, да, да.

Представь, есть баланс, да? Лучше всё это показано на генераторах. То есть у тебя есть активная и реактивная мощность. Активная мощность— это та мощность, которая переходит на объект. Грубо говоря, вот лампочка, да? Вот НР, которую лампочка точно забирает, и вот она её использует. А есть мощность, которая на лампочку не переходит, но она просто уже есть. Реактивная мощность, да? Она уходит в тепло, она уходит при передаче электричества, вот уходит в тепло, вот рассеивается. Вот реактивная мощность. И вот есть баланс. И с течением времени у батарейки, вот представь батарейку, да, у неё тоже есть там весы. И вот активная мощность, она давит, а её много, да, реактивной мало. И со временем происходит немножко иначе. Реактивность начинает увеличиваться, то есть у тебя больше уходит там энергии в тепло, потому что у тебя вот тут характеристики в самой ячейке ухудшаются, ну, Изменяется состав внутренней энергии.

Оружие отдаёт меньше и полезная энергия.

Полезная энергия она отдаёт меньше и больше отдаёт её вот-вот в рассеивание. Например, увеличивается внутреннее сопротивление. Это один из самых основных пунктов, который происходит. Если взять там батарейку в машине, почему при минус 20 ампер плохо запускается автомобиль? Не потому, что батарейка плохая, но батарейка хорошая. Она даже может быть заряжена также. Но внутреннее сопротивление увеличивается в разы.

И больше энергии уходит просто в тепло.

И тебе нужно его преодолеть. А как ты его преодолеешь? Ну, что происходит? Когда ты начинаешь запускать автомобиль, у тебя из-за большого внутреннего сопротивления, у тебя резко падает напряжение. Ну, это зависимая история, да, напряжение, ток и сопротивление. Вот. Внутреннее сопротивление, как раз вот считаю здесь сопротивлением. Оно выросло. нужно ток большой дать, да, у тебя напряжение, у тебя очень большой дисбаланс под напряжением. И его дальше физически не хватает. С маленького напряжения он не может ток выдать. Не может ток выдать, не может машину запустить. Всё, возьми чуть подержи там в тепле батарейку, поставь обратно, и она запустится.

И это как раз мой следующий вопрос. Почему в старых батарейках, когда батарейка старая, то телефон начинает нагреваться? Нагревается аккумулятор, я так понимаю.

Да, всё верно. Потому что у тебя энергия, я тебе могу на опыте нашем сказать, чем мы занимаемся. Суперконденсаторы тоже источник тока, там немножко иной, практически как батарейка, только для других вещей совершенно сделано, для других применений. Но там то тоже самое. Все те же принципы, все то же самое. Нет, правда, только о кислительно-восстановительных реакциях, но это неважно. Но все те же показатели. И мощность, и энергоемкость, напряжение, температура, все есть. И у нас такой же есть параметр, он даже прописан в документах. То есть мы говорим, ребят, мы срок службы своего изделия даем 10 лет. Не гарантийный, потому что он точно... Ну что, у него вообще срок службы 10 лет. Но почему 10 лет? Почему мы решили, что 10 лет? А потому что через 10 лет происходят две вещи. Первое, увеличивается в два раза внутреннее сопротивление. Или уменьшается емкость на 30%. Это естественная деградация материала внутри изделия. Что это значит? Это не значит, что он перестал работать. Это значит то, что у него увеличилось в два раза сопротивление. Он, значит, стал больше греться и меньше энергии отдавать. Батарейки тоже самое. Увеличивается внутреннее сопротивление, он будет греться, а работать будет плохо.

Потому что эта энергия уже не в телефоны уходит, а в тепло.

На преодоление, да, вот этого внутреннего сопротивления. Он пытается преодолеть, но его нужно нагревать, поэтому он нагревается. Ну а дальше процесс очень простой. Вы все видели, как вспухает.

Да, да, да.

Это уже газообразование, это разложение электролита фактически.

А, ты вот это говорил, разложение электролита.

Разложение электролита, когда еще даешь неправильные режимы, то же все, что угодно может произойти с батарейкой, ну так по-хорошему. И бывает такое, что какой-то процесс внутри пошел, и если он пошел, то большая вероятность, что он не останавливается. Ну, нельзя остановить, откатить его обратно нельзя.

Это как реактивная реакция, типа, будет всё хуже и хуже.

Да, да. Его остановить, например, есть моменты, это я по своей работе могу сказать, что мы у себя много разных режимов проверяли, и на батарейках в том числе. То есть есть режимы, в которых, например, он начинает вздуваться, но если остановить, он вернётся в нормальном состоянии. То есть она не перешла к грань, вот эта реакция, грань не перешла, она вернулась обратно в состояние, всё хорошо. Но как только грань переходит, всё, этот процесс, он необратимый. То есть если она вздулась, ты всё, что угодно с ней делай. Она вздутая и никуда не денется.

Помнишь, несколько лет назад была история с телефонами Samsung Galaxy Note 7? Они загорались и даже взрывались. Я помню, их владельцев не пускали на борт самолёта, например, вместе с телефонами. Из-за чего это происходило?

Слушай, это по-настоящему, ну, насколько я помню, мы смотрели, изучали историю, больше история с неправильной технологией изготовления ячейки аккумуляторов. Ну, не те режимы ей дали, как бы, и ошиблись в смеси внутри. Такое тоже бывает.

То есть, ошибка производства.

Ну, можно так назвать, да. Даже, ну, я тебе так описываю, что любой производитель батареек никогда не даст тебе 100% гарантии на всю свою продукцию. Что вот у всего завода выходит 100% годная продукция. Часть ты можешь отсечь, ну, брак, да, там, по, опять же, показателю внутреннего сопротивления, по току саморазряда, там, как быстро он разряжается самостоятельно. Тоже вопрос, как бы, если он быстро разряжается, значит, где-то по работе, значит, он где-то просто сливает энергию. Ты можешь отсечь, Даже ты можешь сделать селективность, да, там какие-то получше это будет, не знаю, первый класс, какие-то похуже, там, второй класс. Даже это можешь сделать. Но есть иногда вещи, которые их физически нельзя идентифицировать. Не знаю, там, где-то трещина в электродном материале. Это тоже бывает такое. И он в работе просто где-то осыпался, например. Тогда тут же у тебя возникают эффекты как раз с газообразованием, с коррозиями. Вот это всё приводит к быстрому исходу. Поэтому такое тоже бывает. Они, кстати, недолго. Сколько у нас времени это длилось там?

Буквально несколько месяцев.

Несколько месяцев, всё. И телефон же они сняли с продажи. Ну да, окей. Как бы они поменяли батареи, поменяли технологию, всё доработало. Ну бывает. Нет, конечно, обидно. Благо я в тот момент не использовал Самсунг, я пользовался айфоном. У меня ничего не загорело. Обидно, конечно, за ребят, кто покупал телефон, оно горело. Больше страшно даже не за то, что ты потерял телефон. Сейчас больше я переживаю за случаи, если ты в новости смотришь, что очень часто стало происходить другое. У тебя начали телефоны загораться на зарядке.

Серьезно?

Угу. Так. Несколько уже случаев в России, ну, загорела недавно, не так давно, там месяца полтора назад квартира. Телефон на зарядке стоял, да, и, ну, что-то с батареей случилось, замкнуло внутри, и, ну, понятно, возгорание, а возгорание, и все, ну, там.

Это какой-то конкретный производитель или что?

Нет, не могу сейчас точно сказать, кто это был, что за телефон был, но вот история ровно такая. И это не первый случай. Потому что погоня за увеличенной энергоемкостью в том же объеме, она по настоящему приводит к таким резким. То есть вот представь, у тебя есть бутылка, да? Вот, не знаю, в ней там 330 миллилитров. А ты в неё выгоняешь не 330 миллилитров, а пол-литра. Всё, ладно, что-то там 350 влезло. Ну, 307 влезло. Но на какой-то момент её просто, она, потому что ты не сможешь либо взводить, либо она взорвётся. Ровно то же самое здесь. Это проблема батареек. Уже два корабля загорело, два парома, которые перевозили электромобиль. В одном электромобиле произошло возгорание, ну, точнее, произошла какая-то реакция внутри батарейки, и начался тепловой разгон. То есть внутренно сейчас пошла реакция, и она не останавливается. Ее остановить там нельзя. Она загорелась, и все. Проблема аккумуляторных батареек литиевых в одном. Они не тушатся. Мы же в свое время там очень плотно этим вопросом занимались. И целый аналитический отчет не российский, а иностранный, в котором описывали способы тушения. литиевого аккумулятора. Причем разные совершенно способы, вариантов огромное количество, но все сошлось к одному. Вот внешние, да, возгорания, например, внешние воздействия ты можешь убрать, например, огонь, ты его убрал, но реакцию потушить практически невозможно.

А, химические реакции будут продолжать происходить внутри батарейки.

У них в процессе как раз таки вот этого теплового разгона, да, и выхода из строя, возгорания, выделяется кислород. Это самодостаточная система, которая сама себя может поддерживать, поэтому она не тушится.

Офигеть. Это как ракетный двигатель.

Даже если вот так вот закрыть его куполом, убрать от него кислород, у него внутри он происходит. Он его сам генерирует.

То есть все, что ты можешь сделать, это просто забирать энергию, типа в воду положить, чтобы он как бы нагревал воду.

Да.

И там было... Как можно потушить? Лучший способ это тонкодисперсной водой ровно в очаг возгорания. Но в объеме там одной цистерны. Вот это вагон, который ездит. Ну, а фактически это всё то же самое.

Просто пар производишь, это как бы энергия.

Ну, фактически ты просто гасишь, да, водой гасишь, она через воду, тепло... Тепловодность воды очень хорошая. Теплопроводность воды хорошая. И она тепло забирает психонечку, ну, и реакцию тушит, как бы. Ну, где-то, ну, хорошо, но где ты будешь искать этот бак со водой? Ты что-то с ней сделаешь. Поэтому есть разные технологии. У автомобилей, кстати, такая же история. Не знаю, до чего сейчас дошли, но была одна из вариантов, как бы, избежания, чтобы у тебя не сгорел автомобиль, если вдруг что-то произошло, батарейка отстреливается.

Вот я тоже подумал, что просто бросаешь ее и едешь дальше.

Батарейка отстреливается. Но это работает, при условии, что она у тебя на днище. Ну, там внизу прицеплена, да, наверное, да. Возможно, коннекторы где-то. Оп, она упала. Да, у тебя машина там, по инерции ты уедешь оттуда, да, либо какой-то имеешь дополнительный аварийный источник, который тебя вывозит. Но таким же хотя бы ты спасешь свой автомобиль. Но случаев таких немного. Это не так часто происходит, поэтому бояться этого не нужно. Любая технология, слушай, любое новое открытие, любое нововведение, они все первоначально, вот с самого-самого начала, они все будут иметь вот какие-то такие эффекты.

Друзья, а теперь минутка рекламы. У нас есть бонусные эпизоды для платных подписчиков. Подписаться можно в Apple подкастах или в Телеграме. Каналы называются Закрытый канал либо-либо и Запуск плюс-плюс. Например, скоро мы выложим туда ту часть разговора с Сергеем, которая не вошла в основной эпизод. Все ссылки на платные каналы в описании к этому эпизоду.

Знаешь, next best thing, типа следующая хорошая вещь, это то, что вот современные айфоны можно зарядить за 15 минут на 50 процентов. Типа вот это мгновенный быстрый заряд. За счет чего смогли это сделать? Потому что это вот, по-моему, появилось совсем недавно.

Не поверишь, вот все твои вопросы, которые ты будешь задавать, касательно улучшений, они все будут лежать в области электрохимии внутри.

То есть, смогли что-то найти.

Нашли присадки, нашли дополнительные компоненты, которые позволяют тебе ускорить. То есть, повысить ток. Почему ты можешь зарядить так быстро? Ты повышаешь ток заряда. То есть, повышаешь мощность, с которой он может принимать эту энергию. Там же две позиции. Ток заряда и ток разряда. Вот, например, ток разряда. Это, например, вот берем железофосфат 1С нормальный, номинальный ток разряда. А ток заряда номинальный 0,1С.

То есть, в 10 раз медленнее.

И вот здесь это тоже. Это везде. Нет ни одной батареи, которая и заряжается, и разряжается. Ну, литий-титанат. Заряжается, разряжается одинаково. И вот тут, если они нашли вот эту форму, нашли способ заряжаться быстрее, это супер. Ну, это правда очень удобно. А также сейчас такая технология, она... Первый день она же появилась не в телефонах, она появилась в электромобиле. Быстрый заряд. Конечно, ультрабыстрые зарядки уже есть. Там, где машина заряжается за 20 минут практически до 80%. Ну, вопрос опять же, на данном этапе, вот сейчас, в нынешнее время, там супер заряжается, но никто пока еще не проэкспериментировал, не проверил, сколько реально машина проживет с этой батарейкой. Это также, как говорю, как супер конденсатор, да, там, любая другая, что вот, будет батарейка жить там 10 лет. Ну, и она еще 10 лет там в режиме, в котором она даже работать не работает.

Наш расчет показывает, что должна.

Это все расчетная история. Любая цикличность— это расчетное значение. Более того, я тебе скажу, этим данным не то, что нельзя верить, но эти данные основаны на испытаниях в определенных условиях. То есть у тебя есть программа целая, регламент, по которому испытывается, по которому считается цикличность батарейки. Будем считать железо-фосфат— 3000 циклов заряда-разряда. Но это при условии номинального тока, при температуре окружающей среды плюс 25, при влажности такой-то. И там количество, ну набор целых параметров, которые учитываются. И вот при этих параметрах, да, все окей, она прожжет ровно столько. Но как много реально применений, где соблюдаются все эти параметры? Их нету. Это, кстати говоря, с одной стороны все кажется, что понятно, все нам врут. Это с одной стороны. С другой стороны, цикл, это когда ты разрядился полностью. То есть, если, например, у тебя телефон заряжен на 100% и в течение дня он у тебя еще 50% посылал на зарядку, цикла не прошла. Прошло полцикла всего. Это тоже надо учитывать.

Вот мой следующий вопрос как раз про это. В моём детстве телефоны нужно было сначала полностью разрядить и только после этого заряжать. То есть если там начать заряжать посередине, то максимальная ёмкость батарейки уменьшалась. Прям портился аккумулятор от этого. Почему сейчас никто так не делает?

Тогда это было необходимо просто потому, что использовались другие материалы. Металлогидридные использовались. Вот у них есть как раз эффект памяти. Если ты, грубо говоря, начал заряжаться с момента, он точно знает, что дальше заряжаться нельзя, потому что дальше у него происходит процесс необратимой сульфатации и забивания пор. Это уже вопрос для такого. глубоко химический. Поэтому тогда нужно было разрядить. Сначала полосу разрядить, потом полосу зарядить, полосу разрядить, полосу зарядить. И вот тогда нормально работало. Сейчас у батареек такого нет. Никаких эффектов памяти. Им в принципе все равно с какого момента ты начинаешь заряжать. Потому что по-настоящему ты никогда не заряжаешь ее на 100% и никогда не разряжаешь ее ровно на 100%.

Так вот это очень интересно.

Ну ты у себя видишь в телефоне 100%. Так. Реально это 80%. Это условия безопасности. Вот верхний уровень это условия безопасности, а нижний он тоже ограничен 20%. То есть когда батарейка проходит 20%, у тебя написано 0, а реально еще там 20% энергии есть. Но если уходить ниже, опять начинаются необратимые процессы.

Химические.

Да, по деградации как бы. И он начинает выходить в строй уже сам по себе. Поэтому у тебя всегда есть ограничения.

Вот это дико интересно, что я ношу в кармане не батарейку, которая на самом деле на 40% больше.

На самом деле так и есть, да. То есть ты не можешь использовать эти два участка. Ну, в телефоне, да, в телефоне написано, что это 100%. Такие условия работы. Ну, если мы хотим, чтобы оно работало долго и служило то время, которое мы ему отвели.

Это опять же они уменьшают, показывают меньшую мощность для того, чтобы... ёмкость для того, чтобы увеличить количество циклов, в которой эта батарейка будет работать.

Слушай, ну... Можно так сказать, да. Просто опять же, есть же режимы разные. То есть, да, есть оптимальный режим работы. То есть, опять же, да, ты же... Вот смотри, вот батарейка. Берем с тобой NMC батарейку литиевую. У него рабочее напряжение 4,2 вольта. А нижнее значение напряжения, как думаешь, какое?

Понятия не имею.

устанавливаться 2 и 7 ниже разряжать нельзя вот этот диапазон вот там он работает этого эффективное напряжение в котором максимальный объем энергии дальше этот диапазон в зависимости от того где ты используешь ты его еще начинаешь уменьшать но чтобы обеспечить цикличность конечно обеспечить цикличность например да вот ты знаешь что у тебя батарейка будет работать в режимах которые не очень нравится ну например резкого там резко выдачи мощности там резко выдачи тока Это тяжелый режим для батарейки. Да, в принципе, для любого источника. Тяжелый режим. И она будет нагреваться. Понимаешь, быстро она нагревается. И чтобы не убивать ее, чтобы она жила хорошо, тебе нужно немножко напряжения. С меньшим напряжением, да, лучше ты поставишь там два аккумулятора рядом с меньшим напряжением, да, но они будут точно работать в том режиме, в котором ты хочешь. И это будет меньше влиять на ресурс. Очень хитрая, я тебе говорю, вот батарейки. Настолько она хитро-сплетение там всех этих показателей, параметров.

Знаешь, чем больше я тебя слушаю, тем больше у меня уважения к батарейкам, и вообще понимание, насколько это тонкий механизм, и насколько мы вот во всех этих... Типа, он такой нежный, что мы вот и так его... типа, чтобы ей было приятно, и так, чтобы ей было приятно. И вот работаем в каком-то очень тонком-тонком диапазоне, коридоре, когда батарейка работает хорошо.

Слушай, да? Да, так оно и есть?

Так, ладно, продолжаю глупые вопросы. Вредно ли батарейкам оставаться на зарядке на ночь?

Давай уточним вопрос. Просто взять батарейку и поставить её на зарядку. Вот так вот отдельно. Конечно вредно. Потому что ты её перезарядишь, она взорвётся. Но у тебя любая батарейка, у неё есть система защиты стоит перед ней. То есть она контролирует уровень заряда, она контролирует когда нужно отключиться, когда нужно включиться. Поэтому ты батарейкой ничего сделать не сможешь.

У тебя просто... Это у меня телефон стоит на зарядке.

Всё правильно.

А батарейка вообще включится только когда надо.

Да, не то, что она включена всегда, но у тебя есть система, которая, ну, система BMS это называется, система управления батареей. Она следит за тем состоянием, что у тебя с батарейкой, и вовремя отключает. То есть у тебя заряжает, заряжает, заряжает, заряжается, ты увидел у себя, что там 100%, это в реалии сработала система управления батарейкой. Она отключила ее, и все, дальше ничего не происходит, потребления никакого нет. Кайф. Да, поэтому бояться не надо, ничего и не будет.

Окей. Мы сейчас с тобой говорим о батарейках. В основном, я пытаюсь всё время говорить про батарейки в телефонах или в пультах управления. То есть тех, которые в кармане, условно, носишь. Но ещё есть батарейки в электромобилях. Они чем-нибудь отличаются?

Конечно. Ну, опять же, давай разделим.

Я не знаю.

Я у себя дома. У меня вот в пульте— это обычные батарейки. Ну закончились и я их скинул в место где собирают батарейку. Ну и все, и нормально. В телефоне опять же, да, там батарейка она похожая, но она просто маленькая. Там у нее емкости маленькие. Да, мы говорим про максимум 4800 или 4500 мАч. Так вот, если вернуться к электромобилю, то там в одной ячейке минимум 20 Ач. Минимум. А фактически, да, вот смотри, вот обычный, вот возьмем, например, москвич, вот этот, да, который новый у нас, электромобиль. Там батарейка, если я не ошибаюсь, 36 киловатт-часов. Это, ну, приличная история. И у него напряжение не та, у тебя в телефоне, да, у меня в телефоне, да, там 5 вольт, например, а там напряжение 400 вольт.

Вот за счет чего это делают? Это просто собирают много маленьких батарей, как у меня в телефоне. Потому что я помню, первая Тесла была именно такая, а не прямо реально вот эти стандартные 18... Сколько там? 18200?

18650.

Да, 18650. Как пальчиковые, короче.

Да, но здесь то же самое. То есть у тебя ничего не поменялось. Это последовательное соединение батарей. То есть у тебя есть напряжение, я тебе раньше говорил, рабочее напряжение 3,2 вольта, например. И вот тебе нужно брать 400 вольт. Их последовательно начинаешь собирать. Но ты их не собираешь последовательно до 400 вольт, конечно же. Есть безопасное напряжение, на котором можно работать, не боясь, что тебя ударят током и тебе станет плохо от этого. Поэтому собирают блоками до 50-48 вольт. 48 вольт собрали, один модуль. Следующий модуль 48, а потом модуль с модулем соединяет. Вот, и там история такая.

Сейчас, погоди. То есть, серьезно, вот когда я вижу электромобиль на улице, на самом деле у него под капотом просто много маленьких обычных аккумуляторов, которые соединены друг с другом в какие-то блоки, которые блоки друг с другом, и вот получается.

Да?

А почему они делают одну большую батарейку?

Ну потому что сделать одну большую батарейку практически невозможно. Ну смотри, у тебя, помнишь, я тебе рассказал, намотка, да?

Да.

Ты когда наматываешь, это же единичный элемент, у тебя растёт только ёмкость, у тебя напряжение то же самое остаётся. У тебя два элемента, плюс и минус.

А-а-а, химическая реакция одна и та же.

У тебя вот эта схема, она работает, и у тебя всего лишь один, грубо говоря, да, там, один плюс, один минус. И вот это даёт, вот в этом формате, даёт всего там 2, там, пусть бы, да, для простоты там 3 вольта, неважно, не привязывайся никакой батарейке, 3 вольта даёт. Так. Сделать из неё 6 вольт, просто наматывая больше, ты не сможешь. Тебе надо намотать, тебе надо намотать ещё рядом такую же, там друг с другом их положите в один корпус, ну, наверное, и соединить между собой. И тогда будет... И тогда будет, и тогда будет, да. Понимаешь? Это просто решить, сделать так нельзя, вот и всё. Вот в том виде, в котором, если мы говорим про литиевый аккумулятор и батарейки, которые мы знаем.

Очень кайфово. Наконец, стало понятно, что это именно вот из-за этой намотки, из-за этой пасты, которую намазывают.

Из-за того, что у тебя есть плюс-минус, катод и анод. Так. Шикарно.

Тогда следующий вопрос. Я слышал про самолеты на батарейках. Ну, в смысле, окей, так не называется, но типа электросамолеты. Что вот это, мол, будущее авиации, которая будет... Потому что сейчас, мол, авиации очень много углекислого газа выбрасывает в атмосферу. Вот, типа, будет на аккумуляторах. Насколько это реальность?

Как бы тебе ответить так, чтобы никого не обидеть? Гибридная история, да? То есть гибридный источник энергии. То есть, грубо говоря, тоже двигатель и батарейка. И работает последовательно гибридно. То есть у тебя двигатель напрямую на колеса не работает. То есть у тебя работает двигатель на заряд батарейки, а батарейка работает на электродвигателе. Такая схема, да. Такая схема будет работать. Схема полностью электрическая. Слушай, здесь я считаю это утопией по-настоящему. И это связано, первое, есть там вопрос взлета. Очень тяжелый режим, вообще в принципе сам по себе тяжелый режим. И он довольно долгий, он длится не менее, режим, да у тебя выход на эшелон. Еще присутствует, что ты перед этим разгоняешься и взлетаешь. Эти режимы предполагают расчет такой батарейки, понимаешь, как бы она должна быть переразмерена на возможность выдачи вот такой мощности. То есть ты когда считаешь, ты же считаешь из какого расчета, что ты должен обеспечить ему ресурс и в то же время вот эти выходные показатели по мощности, по токам И когда ты начинаешь это складывать, ты понимаешь, что вот просто одной батарейкой ты не обойдешься. Тебе нужно две батарейки или три батарейки. Параллельно соединенные, для того, чтобы у тебя двигались, разогнались и очень-очень быстро крутились двигатели. Очень, ну я сейчас так, очень утрированно, да, вот нужно 150 ампер. А у тебя твоя батарейка 50 ампер всего дает. Это максимум, что с нее можно снять, как бы чтобы это не убило ее. Как получить 150?

Поставить три рядом.

Поставить три рядом параллельно. Параллельно, когда ты делаешь несколько батарейок ставишь, ты увеличиваешь вес. А есть взлётные характеристики летательного аппарата. Увеличивая вес, ты либо снижаешь пассажировместимость, пересчитываешь самолёта.

То есть это экономически просто невыгодно?

Пока это невыгодно даже технически. То есть это слишком-слишком история тяжёлая. И здесь, да, здесь все гонятся за энергоёмкостью. Вот в этих режимах, там с самолётами, с авиацией, там гонятся за тем, чтобы в минимальном весе, но как можно больше энергии собрать. Это раз. А дальше вопрос второй. Вот у тебя самолет приземлился, он там, смотря какие маршруты, у тебя самолет может практически сразу вставать в режим ожидания, когда в него опять садятся пассажиры. И он летает обратно.

И вот эта оборачиваемость самолета, сколько он летает, это на самом деле ключевой параметр в авиации. А тут если он будет стоять еще 20 часов заряжаться, это вообще Ну что с ним делать?

Нет, если, конечно, придумать ему съемную батарею, знаешь, открывается люк, там подъезжает машина.

В Китае есть прямо электромобилей, которые ты прямо подъезжаешь, у тебя в пол уходит твоя батарейка старая и новая вставляется.

Да? Да. Хабы такие.

Хорошо. Сначала вот мы поговорили про вещи в кармане, потом про автомобили, потом про самолёты я спросил. Но это всё батарейки, которые можно переносить, которые в кармане или там, в крайнем случае, на колёсах катаешь. А что сейчас с ситуацией, когда целый дом остался без электричества? Бывают ли батарейки, которых хватает для питания целого здания?

Я могу ответить и да, и нет. Всё зависит от двух параметров. Первое, это потребляемая мощность, какая у дома. Второе, время, на которое нужно обеспечить это питание. Ну, всё очень просто. Как бы, если мы берём среднестатистический дом, да, ну обычный, не знаю, дача, например, у меня. Ну вот, слушай, я не знаю, я не знаю, у кого как, ну максимум, что я знаю, там 15 киловатт, грубо говоря, да, там потребление с котлами, вот со всеми там, с плитами, с чайниками, ну, только у пятнашки. 15 киловатт. Дальше давай смотреть, ну, насколько, окей, могут отключить электричество? На сутки? Ну, в принципе, могут. Тебе нужен источник бесперебойного питания, 15 киловатт на 24 часа. Это у нас тогда получается 300, ну, там где-то 330 киловатт-часов. В принципе, да. Можно поставить, оно будет работать. Там ничего сложного. Но опять же, это всё то же самое.

Технология то же самое, просто масштабируешь количество.

Да-да-да, это всё будет то же самое. Также из ячеек созданы модули, также модули сложены только уже в красивые шкафы 19-дюймовые, да, телеком. Оборудование с коммутационной аппаратурой, и всё. Просто несколько шкафов, силовая преобразовательная техника, подключение, питайся.

И это, в принципе, то, что у нас вот есть эпизод про дата-центры, и там мы это обсуждали. Там, типа, вот такое накопление энергии. В смысле, там есть и дизель-генератор, и аккумуляторы, пока дизель-генератор не включился. Эта штука масштабирует в практическом смысле на какие-то большие размеры, или вот максимум это вот такие вещи, типа, больницы, которые пока дизель не включился.

масштабируют, но просто название другое немножко имеет. Здесь мы с тобой говорим про источник бесперебойного питания, а фактически, даже если ты говоришь про дата-центр, он не совсем источник бесперебойного питания. Он там нужен для переходного процесса. Он тебе нужен для того, чтобы поддержать питание.

15 минут, пока дизель разгоняется.

Пока дизель разгоняется, а дальше у тебя равномерная передача мощности с той скоростью, которую может набирать непосредственно сам дизель-генератор, и можешь передавать энергию. Вот, в общем, для чего тебе нужно. Там источник бесперебойного питания все-таки это автономное устройство, которое может питать и давать тебе энергию. Дальше история развилась, она называется сетевые накопители энергии. И вот они используются для разных вещей. Первая вещь, для чего используются сетевые накопители, они уже большие, чтобы понимал там мощности. Не мощность там в емкости 2 мегаватт часа, 5 мегаватт часов. Это реально большие такие накопители. И их используют первые, да, там, а их могут использовать с возобновляйкой, да, с солнцем, с ветром, потому что, да, тебе можно накопить. И дальше у тебя есть график, грубо говоря, выдачи мощности, которую выдаёшь, которую продаёшь. Например, ты ночью зарядился на дешёвом тарифе, на дорогом тарифе они отдают энергию. Ну, слушай, бизнес.

Ну да.

Тоже бизнес. Почему нет? Понятно, потому что у тебя ночью потребителей практически нет. Почему? Это дармовая энергия. Ну, так уж, если посмотреть на эту историю. Либо, например, используют для того, чтобы срезать пик нагрузки. Представьте, у тебя есть предприятие, которое работает стабильно, у него потребление 2 МВт. Но у тебя есть один процесс, который происходит один раз в день, в течение часа, который увеличивает потребление с 2 МВт до 3 МВт. Но что ты должен сделать, когда ты предприятие запускаешь? То есть ты идёшь и резервируешь себе 3 мегаватта, потому что у тебя этот процесс есть, и всё равно её доберёшь. Тебе придётся это делать. Но ты его используешь всего один час. Не, а платишь ты.

За весь день.

Да. За то, чтобы они держали этот резерв под тебя.

Да-да-да.

И в чём, грубо говоря, да, там...

Ты просто батарейку купил и всё.

В чём здесь, да, в чём здесь, грубо говоря, да, там вся идеология этой истории. Ты её ставишь ровно на этот мегаватт. То есть у тебя постоянное потребление идёт от сети, 2 мегаватта, а вот этот пик ты как раз регулируешь, да, и срезаешь его непосредственно сетевым накопителем. Такая история есть.

Офигеть, я не знал, что... Мне всегда казалось, что вот этот размер здания или размер вот этой переходной мощности для дата-центра, это типа максимум батареек.

Нет, можно собрать все, что угодно, да, вопрос как бы... Экономической целесообразности. Да, экономической целесообразности. через сколько ты отобьешь и отобьешь лей вообще.

Про это у нас есть отдельный эпизод с электричеством, ссылка будет в описании к этому. Так, хорошо. Куда развиваются технологии батареечные? Какими будут батарейки через 10 лет, через 50 лет?

Никто не знает. Как минимум, я думаю, что точно в течение пяти лет все-таки добьют первую твердотельную технологию, когда у тебя не будет жидкого электролита, это первое. А второе, скорее всего, я думаю, найдут варианты, как уйти вообще от лития. Ну вот натрий-ионные. Там есть свои нюансы, там пока страдает ресурс, там практически нету. Там никто не гонится за ёмкостью на этих ячейках, потому что все понимают, что такую ёмкость, как на литий, получить практически невозможно. Ну из натриевых точно, да, натрионных аккумуляторов. Но зато они будут безумно дешёвые. Фактически, что там, соль у нас морская. Её много, и использовать не хочу.

Это не то, что там, типа, в телефонах, а вот в тех применениях, где экономически выгодно дешевые, но малые батареи.

Ну, слушай, здесь можно и в телефонах использовать.

А, менять каждый день.

А почему нет? Ну, смотри, ну, так вот, сам по сути, вот то, что там у нас Евросоюз сказал, да, то, что должна быть съемная батарея. Съемная батарея. Мы то есть возвращаемся обратно, когда у нас в телефонах тоже была съемная батарея, можно было вынимать.

Вообще удобно, кстати, было заряжать, не надо было.

Ну, тебе про это и говорю.

Утром поставил просто и пошел.

Здесь тоже самое будет, все, съем батареечку, хоп-хоп, поменял. Не, она просто дешёвая будет. Да, почему нет? Понятно, что натриевые батарейки пока, если будет оставаться в таком же виде, по ёмкости, она 80 ватт-часов на килограмм. Ну, не очень много. железо-фосфата (LFP), относительно NMC. Ну, конечно, для самолётов она не очень. Зато, поверь мне, для того, чтобы в любой портативной технике использовать а-ля игрушки, а-ля какие-нибудь аппараты, какие-то такие портативные вещи, почему нет?

Так, финальный вопрос, который всем гостям задаю. Чё про эту тему почитать? Вот я бы послушал и понял, что батарейки, блин, интересная тема. Чё можно почитать, послушать?

Хороший вопрос, что почитать про батарейку. Слушай, ну так, чтобы прям почитать, почитать про батарейку, я бы советовал тебе почитать вообще, в принципе, программу развития. Есть у Евросоюза выпущенный документ, программа развития систем накопления энергии.—

Ничего себе.— Да.

Большой труд, вот его стоит. А так, если очень интересно, как что происходит, какие бывают батарейки, какие эффекты несут, как использовать, то самые лучшие вещи— MDPI. И там огромное количество статей про батарею, ну про всё, что угодно. Когда пишут научно, в части пишут очень интересные вещи, можно найти. В том числе то, что я рассказывал по поводу тушения. В общем, это ровно там найдено. И вот таким образом, да, наверное, больше журналов научных, статей в этой части.

Ссылки на две эти статьи мы положим в описании к этому эпизоду. Супер! Сережа, спасибо тебе огромное. Дико интересный разговор. Прям очень, очень душевно.

Спасибо тебе, что пригласил. Мне очень, правда, приятно, и я всегда рад.

Это подкаст Студии Либо-Либо, и сделали мы его совместно с сервисом онлайн-образования Яндекс Практикум. Над подкастом работали редакторки Маша Агличева и Рита Берденникова, продюсеры Настя Медведева и Данил Остапов, звукорежиссер Юрий Шустицкий. За джингл спасибо Алексею Зеленскому.

Редактор субтитров Т.Горелова Корректор А.Егорова