Для электродвигателя лодки используют два типа аккумуляторов: свинцово-кислотные и литиевые. Они различаются по удельной энергии на единицу массы и объёма, сроку службы, цене, сфере применения, требованиям государственной политики и другим параметрам.
Удельная энергия современных литиевых аккумуляторов обычно составляет 200–260 wh / g, свинцово-кислотных — 50–70 wh / g. У литиевых аккумуляторов этот показатель в 3–5 раз выше. Это значит, что при одинаковой ёмкости свинцово-кислотный аккумулятор весит в 3–5 раз больше литиевого. Поэтому литиевые аккумуляторы позволяют значительно снизить вес устройства для хранения энергии. Объёмная плотность энергии литиевого аккумулятора обычно примерно в 1,5 раза выше, чем у свинцово-кислотного. Таким образом, при одинаковой ёмкости литиевый аккумулятор примерно на 30% компактнее. Сейчас наиболее распространены системы на основе трёхкомпонентных материалов и литий-железо-фосфата. Трёхкомпонентные литиевые аккумуляторы обычно выдерживают более 500 циклов. Литий-железо-фосфатные — более 600 циклов. Свинцово-кислотные аккумуляторы выдерживают обычно только 300–350 циклов. Таким образом, срок службы литиевого аккумулятора примерно в 1–2 раза больше, чем у свинцово-кислотного.
Однако свинцово-кислотные аккумуляторы до сих пор используют в некоторых крупных устройствах, например в автомобилях и надувных лодках для рыбалки. Согласно опросу, 86% покупателей выбирают свинцово-кислотные аккумуляторы. Литиевые аккумуляторы лёгкие, компактные и служат долго. Почему же люди всё ещё используют свинцово-кислотные?
1. Широкая область применения
Свинцово-кислотные аккумуляторы хорошо работают при низких температурах и высоких токах. При разряде током 10C при температуре −10 ° C напряжение выше 10V сохраняется более 90s. Этого достаточно для работы в суровых условиях во многих регионах. Литий-ионные аккумуляторы при низких температурах работают значительно хуже: их разрядные характеристики резко снижаются, поэтому использовать их в холодных регионах на практике сложно. Кроме того, при запуске двигателя возникает большой кратковременный ток, а у мощного двигателя он может быть ещё выше. Графит и оксид лития-кобальта, используемые в качестве отрицательного и положительного материалов литий-ионного аккумулятора, не относятся к материалам для высоких мощностей. При высокой мощности их характеристики резко ухудшаются. Поэтому литиевые аккумуляторы не подходят для эксплуатации при низких температурах, тогда как свинцово-кислотные работают значительно лучше.
2. Высокая безопасность
Среди современных аккумуляторных систем свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются чрезвычайно высокой безопасностью.
1) Благодаря способности работать с высокими токами аккумулятор менее склонен к авариям.
2) Даже в случае аварии положительный и отрицательный материалы представляют собой соединения свинца, а электролит — раствор серной кислоты. Они не воспламеняются и могут лишь привести к возгоранию окружающих деталей. Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора изготовлен из графита — горючего углеродного материала. В электролите содержится сложный эфир и соль лития. Растворитель на основе сложного эфира не только горюч, но и крайне летуч. При значительном выделении тепла или столкновении он может загореться и даже взорваться. При управлении судном столкновения неизбежны, а последствия взрыва трудно даже представить.
3) При разряде высоким током в литий-ионных аккумуляторах на отрицательном электроде могут образовываться дендриты лития, вызывая внутреннее короткое замыкание и взрыв аккумулятора. Это общепринятое мнение в отрасли литиевых аккумуляторов. На самом деле существует и множество других проблем. Одна из главных — нестабильность материала электродов, вызванная длительным пребыванием аккумулятора в состоянии высокого уровня заряда (SOC).
3. Низкая стоимость
Свинцово-кислотные аккумуляторы, несомненно, обходятся дешевле всего. Требования к материалам электродов, электролитам и условиям сборки у них гораздо ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. При одинаковой ёмкости литиевые аккумуляторы стоят примерно в 3–5 раз дороже свинцово-кислотных. На деньги, потраченные на один литиевый аккумулятор, можно купить 3–5 свинцово-кислотных. Литиевые аккумуляторы служат дольше, но пока не отвечают требованиям покупателей в полной мере.
4. Высокий уровень переработки
Считается, что свинцово-кислотные аккумуляторы загрязняют окружающую среду, а литий-ионные экологичны. На самом деле это серьёзное заблуждение. Главное преимущество свинцово-кислотных аккумуляторов сегодня — налаженная система переработки. Их используют в двигателях и пусковых источниках питания. Это две узкоспециализированные сферы: при замене аккумулятора пользователи обращаются в специальные магазины. Почему? Старый аккумулятор можно сдать в зачёт нового и получить за него деньги! Литий-ионные аккумуляторы содержат меньше тяжёлых металлов. Кобальт есть только в материале положительного электрода. Но по всему миру их используют в больших количествах. В долгосрочной перспективе это создаёт проблему, однако механизма, который уделял бы ей внимание и обеспечивал переработку литиевых аккумуляторов, пока нет.
Подводя итог: литиевые аккумуляторы компактны, легки и служат долго, но пока их используют в основном в телефонах, планшетах и компьютерных батареях. В крупных устройствах, представленных сегодня на рынке, применяются свинцово-кислотные аккумуляторы. По удобству применения, безопасности и стоимости свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему превосходят литиевые как источник питания для электродвигателя лодки.
