Представете си мобилен телефон, който държи заряд повече от седмица, след което се зарежда за 15 минути. Фантастично? Но може да стане реалност благодарение на ново изследване на учени от Северозападния университет (Еванстън, Илинойс, САЩ). Екип от инженери разработи електрод за литиево-йонни акумулаторни батерии (които се използват в повечето мобилни телефони днес), който увеличи енергийния им капацитет 10 пъти. Това приятни изненадинеограничен - нов акумулаторни устройстваможе да зарежда 10 пъти по-бързо от сегашните.
За преодоляване на наложените ограничения съществуващи технологиивърху енергийния капацитет и скоростта на зареждане на батерията, учените са приложили два различни химически инженерни подхода. Получената батерия не само ще удължи живота на малките електронни устройства(като телефони и лаптопи), но също така проправят пътя за разработването на по-ефективни и по-малки батерии за електрически превозни средства.
„Намерихме начин да удължим времето за задържане на заряда на новата литиево-йонна батерия с 10 пъти“, каза професор Харолд Х. Кунг, един от водещите автори на изследването. „Дори след 150 сесии на зареждане/разреждане, което означава най-малко една година работа, той остава пет пъти по-ефективен от литиево-йонните батерии на пазара днес.“
Работата на литиево-йонната батерия се основава на химическа реакция, при която литиевите йони се движат между анод и катод, разположени в противоположните краища на батерията. По време на работа на батерията литиевите йони мигрират от анода през електролита към катода. При зареждане посоката им се заменя с точно противоположната. Съществуващ на този моментБатериите имат две важни ограничения. Техният енергиен капацитет - тоест времето за задържане на заряда на батерията - е ограничен от плътността на заряда или колко литиеви йони могат да се поберат на анода или катода. В същото време скоростта на зареждане на такава батерия е ограничена от скоростта, с която литиевите йони могат да се движат през електролита към анода.
В днешните акумулаторни батерии анодът, направен от много графенови листове, може да има само един литиев атом за всеки шест въглеродни атома (които изграждат графена). В опит да увеличат енергийния капацитет на батериите учените вече са експериментирали със замяната на въглерода със силиций, който може да побере много повече литий: четири литиеви атома за всеки силициев атом. Силицият обаче по време на процеса на зареждане се разширява и свива рязко, което причинява фрагментиране на анодното вещество и в резултат на това бърза загуба на капацитета за зареждане на батерията.
Понастоящем ниска скоростзареждането на батерията се обяснява с формата на графеновите листове: в сравнение с дебелината (която е само един атом), тяхната дължина е непосилна. По време на зареждането литиевият йон трябва да измине разстоянието до външните ръбове на графеновите листове, след което да премине между тях и да спре някъде вътре. Тъй като на лития му е необходимо много време, за да достигне средата на графеновия лист, близо до краищата му се наблюдава нещо като йонно задръстване.
Както вече споменахме, изследователската група на Кунг реши и двата проблема, като възприе две различни технологии. Първо, за да осигурят стабилността на силиция и съответно да поддържат максималния капацитет на зареждане на батерията, те поставиха силициеви клъстери между графеновите листове. Това направи възможно увеличаването на броя на литиевите йони в електрода, като същевременно се използва гъвкавостта на графеновите листове, за да се отчетат промените в обема на силиций по време на зареждане/разреждане на батерията.
„Сега убиваме и двете птици с един камък“, казва Кунг. „Благодарение на силиция получаваме по-висока енергийна плътност, а преплитането на слоевете намалява загубата на мощност, причинена от разширяването със свиването на силиция. Дори и с унищожаването на силициевите клъстери, самият силиций не отива никъде.
В допълнение, изследователите са използвали процес на химическо окисление, за да създадат миниатюрни (10-20 нанометра) дупки в графеновите листове („дефекти в равнината“), които осигуряват на литиевите йони „бърз достъп“ до вътрешността на анода и последващо съхранение в в резултат на реакция със силиций. Това намалява времето, необходимо за зареждане на батерията с коефициент 10.
Досега всички усилия за оптимизиране на работата на батериите бяха насочени към един от компонентите им - анода. На следващия етап от изследването учените планират да изследват промените в катода със същата цел. В допълнение, те искат да усъвършенстват електролитната система, така че батерията да може автоматично (и обратимо) да се изключи, когато високи температури- подобен защитен механизъм може да бъде полезен при използване на батерии в електрически превозни средства.
Според разработчиците, текуща формановата технология трябва да навлезе на пазара през следващите три до пет години. Статия за резултатите от изследванията и разработването на нови батерии е публикувана в списанието Advanced Energy Materials.
А днес ще говорим за имагинерни - с гигантски специфичен капацитет и моментално зареждане. Новини за подобни разработки се появяват със завидна редовност, но бъдещето все още не е настъпило и ние все още използваме литиево-йонни батерии, които се появиха в началото на предишното десетилетие, или техните малко по-напреднали литиево-полимерни колеги. И така, какъв е въпросът, технологични трудности, погрешно тълкуване на думите на учените или нещо друго? Нека се опитаме да го разберем.
В преследване на скоростта на зареждане
Един от параметрите на батерията, който учените и големи компаниипостоянно се опитва да подобри - скоростта на зареждане. Въпреки това няма да е възможно да се увеличава безкрайно, дори и поради химическите закони на реакциите, протичащи в батериите (особено след като разработчиците на алуминиево-йонни батерии вече заявиха, че този тип батерии могат да бъдат напълно заредени само за секунда ), но поради физически ограничения. Да предположим, че имаме смартфон с 3000 mAh батерия и поддръжка бързо зареждане. Можете да заредите напълно такава притурка в рамките на един час със сила на тока средно 3 A (средно, защото напрежението се променя по време на зареждане). Въпреки това, ако искаме да получим пълно зареждане само за една минута, се нуждаем от ток от 180 A, без да отчитаме различни загуби. За да заредите устройството с такъв ток, ви е необходим проводник с диаметър около 9 мм - два пъти по-дебел от самия смартфон. Да, и ток от 180 A при напрежение около 5 V е нормален зарядно устройствоняма да може да раздава: собствениците на смартфони ще се нуждаят от преобразувател на импулсен ток като този, показан на снимката по-долу.
Алтернатива на увеличаването на тока е увеличаването на напрежението. Но обикновено е фиксирано, а за литиево-йонните батерии е 3,7 V. Разбира се, може да бъде надвишено - зареждането с помощта на технологията Quick Charge 3.0 идва с напрежение до 20 V, но опитът за зареждане на батерия с напрежение от около 220 V е безполезен няма да доведе до добро, и решаване на този проблем в скороне изглежда възможно. Модерните батерии просто не могат да използват това напрежение.
Вечни батерии
Разбира се, ние не говорим за вечен двигател”, но относно батериите с дългосроченуслуги. Съвременните литиево-йонни батерии за смартфони могат да издържат максимум няколко години на активно използване на устройства, след което капацитетът им постоянно намалява. Собствениците на смартфони със сменяеми батерии са малко по-щастливи от другите, но дори и в този случай си струва да се уверите, че батерията е произведена наскоро: литиево-йонните батерии се разграждат дори когато не се използват.
Учени от Станфордския университет предложиха своето решение на този проблем: да покрият електродите съществуващи типовелитиево-йонни батерии полимерен материал с добавяне на графитни наночастици. Според замисъла на учените, това ще защити електродите, които по време на работа неизбежно се покриват с микропукнатини, а същите микропукнатини в полимерния материал ще се лекуват сами. Принципът на работа на такъв материал е подобен на технологията, използвана в смартфона LG G Flex със самовъзстановяващ се заден капак.
Преход към третото измерение
През 2013 г. имаше доклад, че изследователи от университета на Илинойс разработват нов тип литиево-йонна батерия. Учените са заявили, че специфичната мощност на такива батерии ще бъде до 1000 mW / (cm * mm), докато специфичната мощност на конвенционалните литиево-йонни батерии варира между 10-100 mW / (cm * mm). Тези мерни единици бяха използвани, тъй като става дума за доста малки структури с дебелина от десетки нанометри.
Вместо плоския анод и катод, използвани в традиционните литиево-йонни батерии, учените предложиха използването на обемни структури: кристална решетка от никелов сулфид върху порест никел като анод и литиево-манганов диоксид върху порест никел като катод.
Въпреки всички съмнения, породени от липсата в първите прессъобщения точни параметринови батерии, както и непредставени досега прототипи, нов типбатерията все още е истинска. Това се потвърждава от няколко научни статии по тази тема, публикувани през последните две години. Ако обаче такива батерии станат достъпни за крайните потребители, това няма да се случи много скоро.
Зареждане през екрана
Учени и инженери се опитват да удължат живота на нашите джаджи не само чрез търсене на нови видове батерии или увеличаване на тяхната енергийна ефективност, но и доста по необичайни начини. Изследователи от Мичиганския държавен университет предложиха вграждане на прозрачни слънчеви панели директно в екрана. Тъй като принципът на работа на такива панели се основава на поглъщането на слънчевата радиация от тях, за да ги направят прозрачни, учените трябваше да прибегнат до трик: материалът на новия тип панели поглъща само невидима радиация (инфрачервена и ултравиолетова ), след което фотони, отразени от широките ръбове на стъклото, се поглъщат от тесни ивици слънчеви панели от традиционен тип, разположени по краищата му.
Основната пречка за въвеждането на подобна технология е ниската ефективност на подобни панели – само 1% срещу 25% на традиционните соларни панели. Сега учените търсят начини да увеличат ефективността поне до 5%, но едва ли може да се очаква бързо решение на този проблем. Между другото, подобна технология беше патентована наскоро от Apple, но все още не е известно къде точно производителят ще постави слънчеви панели в своите устройства.
Преди това под думите „батерия“ и „акумулатор“ имахме предвид акумулаторна батерия, но някои изследователи смятат, че е напълно възможно да се използват източници на напрежение за еднократна употреба в джаджи. Като батерии, които могат да работят без презареждане или друга поддръжка в продължение на няколко години (или дори няколко десетилетия), учените от университета в Мисури предложиха използването на RITEG - радиоизотопни термоелектрически генератори. Принципът на работа на RTG се основава на превръщането на топлината, отделена по време на радиоразпадането, в електричество. Много такива инсталации са известни с използването им в космоса и труднодостъпни местана Земята, но в САЩ миниатюрни радиоизотопни батерии също са използвани в пейсмейкъри.
Работата върху подобрен тип такива батерии е в ход от 2009 г. и дори са показани прототипи на такива батерии. Но в близко бъдеще няма да можем да видим радиоизотопни батерии в смартфони: те са скъпи за производство и освен това много страни имат строги ограничения върху производството и разпространението на радиоактивни материали.
Може да се използва и като батерии за еднократна употреба водородни елементи, но не могат да се използват в смартфони. Водородните батерии се изтощават доста бързо: въпреки че вашата джаджа ще издържи по-дълго с една касета, отколкото с едно зареждане на конвенционална батерия, те ще трябва да се сменят периодично. Това обаче не пречи на използването на водородни батерии в електрически превозни средства и дори външни батерии: докато това не са масови устройства, но вече не са прототипи. Да, и се говори, че Apple вече разработва система за презареждане на водородни касети, без да ги заменя за използване в бъдещи iPhone.
Идеята, че на базата на графен може да бъде създадена батерия с висок специфичен капацитет, беше представена още през 2012 г. И така, в началото на тази година Испания обяви началото на строителството от Graphenano на завод за производство на графен-полимерни батерии за електрически превозни средства. Новият тип батерия е почти четири пъти по-евтина за производство от традиционните литиево-полимерни батерии, има специфичен капацитет от 600 Wh/kg и може да се зарежда до 50 kWh само за 8 минути. Вярно, както казахме в самото начало, това ще изисква мощност от около 1 MW, така че тази цифра е постижима само на теория. Кога точно заводът ще започне да произвежда първите графен-полимерни батерии не се съобщава, но е напълно възможно Volkswagen да бъде сред купувачите на продуктите му. Концернът вече обяви планове за производство на електрически превозни средства с пробег до 700 километра с едно зареждане на батерията до 2018 г.
Относно мобилни устройства, докато използването на графен-полимерни батерии в тях е възпрепятствано големи размеритакива батерии. Да се надяваме, че изследванията в тази област ще продължат, защото графен-полимерните батерии са един от най-обещаващите видове батерии, които могат да се появят през следващите години.
Така че защо, въпреки целия оптимизъм на учените и редовно появяващите се новини за пробиви в областта на енергоспестяването, сега виждаме стагнация? На първо място, въпросът е в нашите големи очаквания, които се подхранват само от журналистите. Иска ни се да вярваме, че предстои революция в света на батериите и ще получим батерия със зареждане за по-малко от минута и с почти неограничен живот, която ще издържи поне седмица на съвременен смартфон с осемядрен процесор. Но такива пробиви, уви, не се случват. Пускам в масово производство всякакви нова технологияпреди много години научно изследване, тестване на проби, разработване на нови материали и технологични процесии друга работа, която отнема много време. В крайна сметка същите литиево-йонни батерии отнеха около пет години, за да се превърнат от инженерни проби в готови устройствакоито могат да се използват на телефони.
Затова можем само да се запасим с търпение и да не приемаме присърце новината за новите батерии. Поне докато не се появи новина за пускането им в масово производство, когато вече няма съмнение в жизнеспособността на новата технология.
Батериите са правило на всичко или нищо. Без съхранение на енергия от следващо поколение няма да има повратна точка в енергийната политика, нито в пазара на електрически превозни средства.
Законът на Мур, постулиран в ИТ индустрията, обещава увеличаване на производителността на процесора на всеки две години. Развитието на батериите изостава: ефективността им се увеличава средно със 7% годишно. И докато литиево-йонните батерии в съвременните смартфони издържат все по-дълго, това до голяма степен се дължи на оптимизираната производителност на чиповете.
Литиево-йонните батерии доминират на пазара поради лекото им тегло и висока енергийна плътност.
Всяка година милиарди батерии се инсталират в мобилни устройства, електрически превозни средства и системи за съхранение на възобновяема енергия. въпреки това модерна технологиядостигна своя предел.
Добрата новина е, че следващото поколение литиево-йонни батериивече почти отговаря на изискванията на пазара. Те използват литий като материал за съхранение, което теоретично позволява десетократно увеличаване на плътността на съхранение на енергия.
Наред с това са дадени изследвания на други материали. Въпреки че литият осигурява приемлива енергийна плътност, обаче, ние говорим за дизайни, които са с няколко порядъка по-оптимални и по-евтини. В крайна сметка природата може да ни осигури най-добрите схемиза висококачествени батерии.
Университетските изследователски лаборатории разработват първи прототипи органични батерии. Въпреки това може да мине повече от едно десетилетие, преди такива биобатерии да навлязат на пазара. Мостът към бъдещето помага за разтягане на малки батерии, които се зареждат чрез улавяне на енергия.
Мобилни захранвания
Според Gartner тази година ще бъдат продадени повече от 2 милиарда мобилни устройства, всяко с литиево-йонна батерия. Тези батерии се считат за стандарт днес, отчасти защото са толкова леки. Те обаче имат само максимална енергийна плътност от 150-200 Wh/kg.
Литиево-йонните батерии зареждат и освобождават енергия чрез движение на литиеви йони. При зареждане положително заредените йони се движат от катода през електролитния разтвор между графитните слоеве на анода, натрупват се там и прикрепят електроните на зарядния ток.
При разреждане те отдават електрони към токовата верига, литиевите йони се връщат обратно към катода, в който отново се свързват с метала (в повечето случаи кобалт) и кислорода, намиращ се в него.
Капацитетът на литиево-йонните батерии зависи от това колко литиеви йони могат да бъдат разположени между слоевете графит. Въпреки това, благодарение на силиция, днес можете да постигнете повече ефективна работабатерии.
За сравнение са необходими шест въглеродни атома, за да се свърже един литиев йон. Един силициев атом, от друга страна, може да побере четири литиеви йона.
Литиево-йонната батерия съхранява електричеството си в литий. Когато анодът е зареден, литиевите атоми се съхраняват между слоевете графит. При разреждането те отдават електрони и се преместват под формата на литиеви йони в слоестата структура на катода (литиев кобалтит).
Силицият увеличава капацитета
Капацитетът на батериите се увеличава, когато между графитните слоеве се постави силиций. Той се увеличава три до четири пъти, когато силиций се комбинира с литий, но след няколко цикъла на зареждане графитният слой се счупва.
Решението на този проблем се намира в стартиращ проект Ampriusсъздаден от учени от Станфордския университет. Проектът Amprius получи подкрепа от хора като Ерик Шмид (председател на борда на директорите на Google) и нобеловия лауреат Стивън Чу (до 2013 г. - министър на енергетиката на САЩ).
Порестият силиций в анода повишава ефективността на литиево-йонните батерии с до 50%. По време на изпълнението на стартъп проекта Amprius бяха произведени първите силициеви батерии. В рамките на този проект са налични три метода за решаване на „графитния проблем“. Първият е прилагане на порест силиций, което може да се разглежда като "гъба". Когато литият се съхранява, той увеличава много малко обема си, следователно графитните слоеве остават непокътнати. Amprius може да създаде батерии, които съхраняват до 50% повече енергия от конвенционалните батерии.
По-ефективен от порестия силиций при съхраняване на енергия слой от силициеви нанотръби. При прототипите е постигнато почти двукратно увеличение на капацитета за зареждане (до 350 Wh/kg).
„Гъбата“ и тръбите все още трябва да бъдат покрити с графит, тъй като силицият реагира с електролитния разтвор и по този начин намалява живота на батерията.
Но има и трети метод. Изследователите на проекта Ampirus инжектират въглеродна обвивка групи силициеви частици, които не са в пряк контакт, но осигуряват свободно пространство за увеличаване на обема на частиците. Литият може да се натрупа върху тези частици и черупката остава непокътната. Дори след хиляда цикъла на зареждане капацитетът на прототипа е намален само с 3%.
Силицият се комбинира с няколко литиеви атома, но се разширява в процеса. За да предотвратят разрушаването на графита, изследователите използват структурата на растението нар: те въвеждат силиций в графитни черупки, които са достатъчно големи, за да прикрепят допълнително литий. Мнозина смятат, че бъдещето на автомобилната индустрия е в електрическите автомобили. В чужбина има сметки, според които част от колите, които се продават годишно, трябва да са или хибриди, или да се движат на ток, така че се инвестират пари не само в реклама на такива автомобили, но и в изграждането на бензиностанции.
Много хора обаче все още чакат електрическите автомобили да станат истински конкуренти. традиционни автомобили. Или може би ще бъде, когато времето за зареждане намалее и времето живот на батериятанараства? Може би графеновите батерии ще помогнат на човечеството в това.
Какво е графен?
Революционен материал от следващо поколение, най-лекият и най-здравият, най-електропроводимият - всичко това е за графен, който не е нищо повече от двуизмерна въглеродна решетка с дебелина един атом. Създателите на графена Константин Новоселов получиха Нобелова награда. Обикновено между отваряне и стартиране практическа употребаТова откритие на практика отнема много време, понякога дори десетилетия, но графенът не е сполетян от такава съдба. Може би това се дължи на факта, че Новоселов и Гейм не са скрили технологията на неговото производство.
Те не само казаха на целия свят за това, но и го показаха: в YouTube има видео, където Константин Новоселов говори подробно за тази технология. Следователно може би скоро дори ще можем да правим графенови батерии със собствените си ръце.
Разработки
Опитите за използване на графен бяха в почти всички области на науката. Пробвано е в слънчеви панели, слушалки, корпуси и дори се опита да лекува рак. В момента обаче едно от най-обещаващите и необходими неща за човечеството е графенова батерия. Спомнете си, че с такова неоспоримо предимство като евтино и екологично гориво, електрическите превозни средства имат сериозен недостатък - сравнително малък максимална скорости резерв на мощност от не повече от триста километра.
Решаване на проблема на века
Графеновата батерия работи на същия принцип като оловните батерии с алкален или киселинен електролит. Този принцип е електрохимичната реакция. По дизайн графеновата батерия е подобна на литиево-йонна батерия с твърд електролит, в която катодът е въглищен кокс, който е близък по състав до чистия въглерод.
Въпреки това, вече има две коренно различни посоки сред инженерите, разработващи графенови батерии. В Съединените щати учени предложиха да направят катода от графен и силициеви плочи, преплетени една с друга, а анода от класически литиев кобалт. Руските инженери намериха друго решение. Токсичната и скъпа литиева сол може да бъде заменена с по-екологичен и евтин магнезиев оксид. Капацитетът на батерията се увеличава във всеки случай чрез увеличаване на скоростта на преминаване на йони от един електрод към друг. Това се дължи на факта, че графенът има висока оценкаелектрическа пропускливост и способност за натрупване на електрически заряд.
Мненията на учените относно иновациите са разделени: руските инженери твърдят, че графеновите батерии имат два пъти по-голям капацитет от литиево-йонните, но техните чуждестранни колеги твърдят, че той е десет пъти по-голям.
Графеновите батерии бяха пуснати в масово производство през 2015 г. Например, испанската компания Graphenano се занимава с това. Според производителя използването на тези батерии в електрически превозни средства в логистични обекти показва реалните практически възможности на батерия с графенов катод. За пълно зарежданеотнема само осем минути. Максимална дължинапробег също е в състояние да увеличи графеновите батерии. Зареждане за 1000 км вместо триста - това иска да предложи на потребителя Graphenano Corporation.
Испания и Китай
Сътрудничи с Graphenano китайска компания Chint, която купи 10% от испанската корпорация за 18 милиона евро. Общите средства ще бъдат използвани за изграждане на завод с двадесет производствени линии. Проектът вече е получил около 30 милиона инвестиции, които ще бъдат инвестирани в инсталиране на оборудване и наемане на служители. Според първоначалния план заводът трябваше да започне да произвежда около 80 милиона батерии. В началния етап Китай трябва да се превърне в основен пазар, а след това се планира да започнат доставки в други страни.
Във втората фаза Chint е готова да инвестира 350 милиона евро за изграждането на още един завод с около 5000 служители. Такива цифри не са изненадващи, като се има предвид, че общият доход ще бъде около три милиарда евро. В допълнение, Китай, известен с екологичните си проблеми, ще бъде снабден с екологично чисто и евтино "гориво". Въпреки това, както виждаме, освен гръмки изявления, светът не видя нищо, само тестови модели. Въпреки че Volkswagen Corporation също обяви намерението си да си сътрудничи с Graphenano.
Очаквания и реалност
Годината е 2017 г., което означава, че Graphenano вече две години се занимава с "масово" производство на батерии, но срещата на електрически автомобил на пътя е рядкост не само за Русия. Всички характеристики и данни, публикувани от корпорацията, са доста несигурни. Като цяло те не излизат извън рамките на общоприетите теоретични представи за това какви параметри трябва да има графенова батерия за електрически автомобил.
Освен това досега всичко, което е представено както на потребителите, така и на инвеститорите, е само компютърни модели, няма реални прототипи. Добавяне към проблемите е фактът, че графенът е материал, който е много скъп за производство. Въпреки гръмките изявления на учените за това как може да се "отпечата на коляно", на този етап само цената на някои компоненти може да бъде намалена.
Графенът и световният пазар
Поддръжниците на всякакви теории на конспирацията ще кажат, че никой няма полза от появата на такава кола, защото тогава петролът ще отиде на заден план, което означава, че приходите от производството му също ще намалеят. Най-вероятно обаче инженерите са срещнали някои проблеми, но не искат да го рекламират. Думата "графен" вече е на слух, мнозина го смятат за това, може би учените не искат да развалят славата му.
Проблеми в развитието
Въпросът обаче може да е, че материалът е наистина иновативен, така че подходът изисква подходящ. Може би батериите, използващи графен, трябва да се различават фундаментално от традиционните литиево-йонни или литиево-полимерни батерии.
Има и друга теория. Graphenano Corporation каза, че новите батерии могат да се зареждат само за осем минути. Експертите потвърждават, че това наистина е възможно, само мощността на източника на енергия трябва да бъде поне един мегават, което е възможно при тестови условия във фабриката, но не и у дома. сграда достатъчнозареждането с такъв капацитет ще струва много пари, цената на едно зареждане ще бъде доста висока, така че графенова батерия за кола няма да донесе никаква полза.
Практиката показва, че революционните технологии са интегрирани на световния пазар от доста дълго време. Трябва да се извършат много тестове, за да се гарантира безопасността на продукта, така че пускането на нови технологични устройства понякога се забавя с много години.
Екология на потреблението Наука и технологии: Бъдещето на електрическите превозни средства до голяма степен зависи от подобряването на батериите - те трябва да тежат по-малко, да се зареждат по-бързо и в същото време да произвеждат повече енергия.
Бъдещето на електрическите превозни средства зависи до голяма степен от подобренията в батериите - те трябва да тежат по-малко, да се зареждат по-бързо и все пак да произвеждат повече енергия. Учените вече са постигнали някои резултати. Екип от инженери създаде литиево-кислородни батерии, които не губят енергия и могат да издържат десетилетия. А австралийски учен представи йонист на базата на графен, който може да се зарежда милиони пъти без загуба на ефективност.
Литиево-кислородните батерии са леки и произвеждат много енергия и могат да бъдат идеални компоненти за електрически превозни средства. Но тези батерии имат значителен недостатък- те се износват бързо и отделят твърде много енергия като топлина за нищо. Нова разработка на учени от MIT, Argonne National Laboratory и Пекинския университет обещава да реши този проблем.
Създадени от екип инженери, литиево-кислородните батерии използват наночастици, които съдържат литий и кислород. В този случай, когато състоянието се промени, кислородът се задържа вътре в частицата и не се връща в газовата фаза. Това отличава разработката от литиево-въздушните батерии, които отнемат кислород от въздуха и го отделят в атмосферата по време на обратната реакция. Новият подход дава възможност да се намалят загубите на енергия (стойност електрическо напрежениенамален почти 5 пъти) и удължете живота на батерията.
Литиево-кислородната технология също е добре адаптирана към реалните условия, за разлика от литиево-въздушните системи, които се влошават, когато са изложени на влага и CO2. В допълнение, литиевите и кислородните батерии са защитени от презареждане - веднага щом има твърде много енергия, батерията превключва на друг тип реакция.
Учените са извършили 120 цикъла на зареждане и разреждане, докато производителността е намаляла само с 2%.
Засега учените са създали само прототип на батерия, но в рамките на една година възнамеряват да разработят прототип. Това не изисква скъпи материали, а производството е в много отношения подобно на производството на традиционните литиево-йонни батерии. Ако проектът бъде реализиран, тогава в близко бъдеще електрическите превозни средства ще съхраняват два пъти повече енергия за същата маса.
Инженер от технологичния университет Суинбърн в Австралия е решил друг проблем с батериите - колко бързо се зареждат. Разработеният от него йонистор се зарежда почти моментално и може да се използва дълги години без загуба на ефективност.
Хан Лин използва графен, един от най-здравите материали до момента. Благодарение на структурата си, подобна на пчелна пита, графенът има голяма повърхност за съхранение на енергия. Ученият отпечата 3D графенови листове, метод на производство, който също намалява разходите и се увеличава.
Йонисторът, създаден от учения, произвежда толкова енергия на килограм тегло, колкото литиево-йонни батериино се зарежда за няколко секунди. В същото време, вместо литий, той използва графен, който е много по-евтин. Според Хан Лин йонисторът може да премине през милиони цикли на зареждане без загуба на качество.
Индустрията на батериите не стои неподвижна. Братята Крейзел от Австрия създадоха нов тип батерия, която тежи почти наполовина по-малко от батериите в Модел на ТеслаС.
Норвежки учени от университета в Осло са изобретили батерия, която може да бъде напълно. Разработката им обаче е предназначена за градски условия обществен транспорт, който редовно прави спирки – на всяка от тях автобусът ще се зарежда и ще има достатъчно енергия, за да стигне до следващата спирка.
Учените от Калифорнийския университет в Ървайн са все по-близо до създаването на вечна батерия. Те са разработили наножична батерия, която може да се зарежда стотици хиляди пъти.
И инженерите от университета Райс успяха да създадат такъв, който работи при температура от 150 градуса по Целзий без загуба на ефективност. публикувани
