Představ si mobilní telefon, který vydrží nabitý déle než týden a poté se nabije za 15 minut. Fantastický? Ale může se stát realitou díky nové studii vědců z Northwestern University (Evanston, Illinois, USA). Tým inženýrů vyvinul elektrodu pro lithium-iontové dobíjecí baterie (které se dnes používají ve většině mobilních telefonů), která 10krát zvýšila jejich energetickou kapacitu. Tento příjemná překvapení neomezeno - nové bateriová zařízení se mohou nabíjet 10krát rychleji než ty současné.
K překonání zavedených omezení stávající technologie na energetickou kapacitu a rychlost nabíjení baterie vědci použili dva různé přístupy chemického inženýrství. Výsledná baterie prodlouží nejen životnost malých elektronická zařízení(jako telefony a notebooky), ale také připravit cestu pro vývoj účinnějších a menších baterií pro elektrická vozidla.
"Našli jsme způsob, jak prodloužit dobu udržení nabití nové lithium-iontové baterie desetkrát," řekl profesor Harold H. Kung, jeden z hlavních autorů studie. „Dokonce i po 150 nabití/vybití, což znamená minimálně rok provozu, zůstává pětkrát účinnější než lithium-iontové baterie na současném trhu.“
Provoz lithium-iontové baterie je založen na chemické reakci, při které se ionty lithia pohybují mezi anodou a katodou umístěnou na opačných koncích baterie. Během provozu na baterie migrují ionty lithia z anody přes elektrolyt ke katodě. Při nabíjení je jejich směr nahrazen přesně opačným. Existující na tento moment Baterie mají dvě důležitá omezení. Jejich energetická kapacita – tedy doba udržení nabití baterie – je omezena hustotou nabití nebo tím, kolik iontů lithia se vejde na anodu nebo katodu. Rychlost nabíjení takové baterie je zároveň omezena rychlostí, jakou se ionty lithia dokážou přesouvat přes elektrolyt k anodě.
V dnešních dobíjecích bateriích může mít anoda vyrobená z mnoha grafenových plátů pouze jeden atom lithia na každých šest atomů uhlíku (které tvoří grafen). Ve snaze zvýšit energetickou kapacitu baterií vědci již experimentovali s nahrazením uhlíku křemíkem, který pojme mnohem více lithia: čtyři atomy lithia na každý atom křemíku. Křemík se však během nabíjecího procesu prudce rozpíná a smršťuje, což způsobuje fragmentaci hmoty anody a v důsledku toho rychlou ztrátu nabíjecí kapacity baterie.
V současné době nízká rychlost nabíjení baterie se vysvětluje tvarem grafenových plátů: ve srovnání s tloušťkou (což je pouze jeden atom) je jejich délka neúnosná. Během nabíjení musí lithium-iont pokrýt vzdálenost k vnějším okrajům grafenových listů a poté mezi nimi projít a zastavit se někde uvnitř. Vzhledem k tomu, že lithiu trvá dlouho, než se dostane do středu grafenového listu, je u jeho okrajů pozorováno něco jako iontový zásek.
Jak již bylo zmíněno, Kungova výzkumná skupina vyřešila oba tyto problémy přijetím dvou různých technologií. Za prvé, aby byla zajištěna stabilita křemíku a v souladu s tím byla zachována maximální nabíjecí kapacita baterie, umístili mezi grafenové listy křemíkové shluky. To umožnilo zvýšit počet iontů lithia v elektrodě a současně využít flexibilitu grafenových listů pro zohlednění změn objemu křemíku během nabíjení/vybíjení baterie.
"Teď zabijeme obě mouchy jednou ranou," říká Kung. „Díky křemíku získáváme vyšší hustotu energie a prokládání vrstev snižuje výkonové ztráty způsobené rozpínáním se smršťováním křemíku. I přes zničení křemíkových shluků samotný křemík nikam nevede.“
Kromě toho vědci použili proces chemické oxidace k vytvoření miniaturních (10-20 nanometrů) otvorů v grafenových listech („defekty v rovině“), které poskytují iontům lithia „rychlý přístup“ do vnitřku anody a následné uložení v je to výsledek reakce s křemíkem. To zkrátilo čas potřebný k nabití baterie faktorem 10.
Veškeré snahy o optimalizaci chodu baterií zatím směřovaly k jedné z jejich součástí – anodě. V další fázi výzkumu vědci plánují studovat změny na katodě za stejným účelem. Kromě toho chtějí vylepšit elektrolytický systém tak, aby se baterie mohla automaticky (a reverzibilně) vypnout, když vysoké teploty- podobný ochranný mechanismus by mohl být užitečný při použití baterií v elektrických vozidlech.
Podle vývojářů aktuální forma nová technologie by měla vstoupit na trh během příštích tří až pěti let. V časopise Advanced Energy Materials vyšel článek o výsledcích výzkumu a vývoje nových baterií.
A dnes bude řeč o těch pomyslných – s gigantickou specifickou kapacitou a okamžitým nabíjením. Zprávy o takovém vývoji se objevují se záviděníhodnou pravidelností, ale budoucnost ještě nepřišla a my stále používáme lithium-iontové baterie, které se objevily na začátku předminulého desetiletí, nebo jejich o něco pokročilejší lithium-polymerové protějšky. O co tedy jde, technologické potíže, nesprávná interpretace slov vědců nebo něco jiného? Zkusme na to přijít.
Ve snaze o rychlost nabíjení
Jedním z parametrů baterie, který vědci a velké společnosti neustále se snaží zlepšovat - rychlost nabíjení. Zvyšovat jej však nebude možné donekonečna, a to ani kvůli chemickým zákonitostem reakcí probíhajících v bateriích (zejména proto, že vývojáři hliníkovo-iontových baterií již uvedli, že tento typ baterie lze plně nabít za pouhou sekundu ), ale kvůli fyzickým omezením. Předpokládejme, že máme smartphone s 3000 mAh baterií a podporou rychlé nabíjení. Takový gadget můžete plně nabít během hodiny s proudem v průměru 3 A (v průměru, protože napětí se během nabíjení mění). Pokud však chceme dosáhnout plného nabití za pouhou minutu, potřebujeme proud 180 A bez zohlednění různých ztrát. K nabití zařízení takovým proudem potřebujete drát o průměru asi 9 mm – dvakrát silnější než samotný smartphone. Ano a proud 180 A při napětí asi 5 V je normální Nabíječka nebude moci vydat: majitelé smartphonů budou potřebovat měnič pulzního proudu, jako je ten, který je znázorněn na fotografii níže.
Alternativou ke zvýšení proudu je zvýšení napětí. Bývá ale fixní a u lithium-iontových baterií je to 3,7 V. Dá se samozřejmě překročit – nabíjení pomocí technologie Quick Charge 3.0 přichází s napětím až 20 V, ale pokus o nabití baterie s napětím asi 220 V je k ničemu nepovede k dobrému a vyřeší tento problém v již brzy se nezdá možné. Moderní baterie toto napětí prostě neumí využít.
Věčné baterie
Samozřejmě, nemluvíme o tom stroj na věčný pohyb“, ale o bateriích s dlouhodobý služby. Moderní lithium-iontové baterie pro smartphony vydrží maximálně několik let aktivního používání zařízení, poté se jejich kapacita neustále snižuje. Majitelé smartphonů s vyjímatelnými bateriemi mají o něco větší štěstí než ostatní, ale i v tomto případě stojí za to se ujistit, že baterie byla nedávno vyrobena: lithium-iontové baterie se degradují, i když se nepoužívají.
Vědci ze Stanfordské univerzity navrhli řešení tohoto problému: zakrýt elektrody stávající typy lithium-iontové baterie polymerní materiál s přídavkem nanočástic grafitu. Podle představ vědců to ochrání elektrody, které jsou během provozu nevyhnutelně pokryty mikrotrhlinami, a stejné mikrotrhliny v polymerním materiálu se samy zahojí. Princip fungování takového materiálu je podobný technologii použité ve smartphonu LG G Flex se samoopravným zadním krytem.
Přechod do třetí dimenze
V roce 2013 se objevila zpráva, že výzkumníci z University of Illinois vyvíjejí nový typ lithium-iontové baterie. Vědci uvedli, že měrný výkon takových baterií bude až 1000 mW / (cm * mm), zatímco měrný výkon běžných lithium-iontových baterií se pohybuje mezi 10-100 mW / (cm * mm). Tyto jednotky měření byly použity, protože mluvíme o spíše malých strukturách o tloušťce desítek nanometrů.
Namísto ploché anody a katody používané v tradičních Li-Ion bateriích vědci navrhli použít objemové struktury: krystalovou mřížku sulfidu niklu na porézním niklu jako anodě a oxid manganičitý lithný na porézním niklu jako katodu.
Přes všechny pochybnosti způsobené absencí v prvních tiskových zprávách přesné parametry nové baterie, stejně jako dosud nepředstavené prototypy, nový typ baterie je stále skutečná. To potvrzuje několik vědeckých článků na toto téma publikovaných v posledních dvou letech. Pokud se však takové baterie stanou dostupnými pro koncové uživatele, nestane se tak velmi brzy.
Nabíjení přes obrazovku
Vědci a inženýři se snaží prodloužit životnost našich gadgetů nejen hledáním nových typů baterií nebo zvyšováním jejich energetické účinnosti, ale také docela neobvyklými způsoby. Výzkumníci z Michiganské státní univerzity navrhli zabudování průhledných solárních panelů přímo do obrazovky. Protože princip fungování takových panelů je založen na absorpci slunečního záření jimi, aby byly transparentní, museli se vědci uchýlit k triku: materiál nového typu panelů absorbuje pouze neviditelné záření (infračervené a ultrafialové záření). ), načež jsou fotony odražené od širokých okrajů skla absorbovány úzkými pásy solárních panelů tradičního typu umístěnými na jeho okrajích.
Hlavní překážkou zavedení takové technologie je nízká účinnost takových panelů – pouze 1 % oproti 25 % tradičních solárních panelů. Nyní vědci hledají způsoby, jak zvýšit účinnost alespoň na 5 %, ale rychlé řešení tohoto problému lze jen stěží očekávat. Mimochodem, podobnou technologii si nedávno nechal patentovat Apple, ale zatím není známo, kam přesně výrobce solární panely ve svých zařízeních umístí.
Předtím jsme slovy „baterie“ a „akumulátor“ mysleli dobíjecí baterii, ale někteří výzkumníci se domnívají, že v gadgetech je docela možné použít jednorázové zdroje napětí. Jako baterie, které by mohly fungovat bez dobíjení nebo jiné údržby několik let (nebo dokonce několik desetiletí), vědci z University of Missouri navrhli použití RITEG - radioizotopových termoelektrických generátorů. Princip činnosti RTG je založen na přeměně tepla uvolněného při radiovém rozpadu na elektřinu. Mnoho takových instalací je známo pro jejich použití ve vesmíru a těžko dostupná místa na Zemi, ale v USA byly miniaturní radioizotopové baterie použity také v kardiostimulátorech.
Od roku 2009 se pracuje na vylepšeném typu takových baterií a dokonce byly předvedeny prototypy takových baterií. Ale radioizotopové baterie v chytrých telefonech v blízké budoucnosti neuvidíme: jejich výroba je drahá a navíc v mnoha zemích platí přísná omezení na výrobu a oběh radioaktivních materiálů.
Lze použít i jako jednorázové baterie vodíkové prvky, ale nelze je použít v chytrých telefonech. Vodíkové baterie se vybíjejí poměrně rychle: ačkoli váš gadget vydrží déle na jednu kazetu než na jedno nabití konvenční baterie, bude nutné je pravidelně měnit. To však nebrání použití vodíkových baterií v elektromobilech a dokonce externí baterie: nejde sice o masová zařízení, ale už to nejsou prototypy. Ano, a proslýchá se, že Apple již vyvíjí systém pro doplňování vodíkových kazet bez jejich výměny pro použití v budoucích iPhonech.
Myšlenka, že na bázi grafenu lze vytvořit baterii s vysokou specifickou kapacitou, byla předložena již v roce 2012. A tak počátkem letošního roku Španělsko oznámilo zahájení výstavby závodu Graphenano na výrobu grafen-polymerových baterií pro elektromobily. Nový typ baterie je téměř čtyřikrát levnější na výrobu než tradiční lithium-polymerové baterie, má specifickou kapacitu 600 Wh/kg a lze ji nabít na 50 kWh za pouhých 8 minut. Pravda, jak jsme řekli na samém začátku, bude to vyžadovat výkon asi 1 MW, takže tento údaj je dosažitelný pouze teoreticky. Kdy přesně závod začne vyrábět první grafen-polymerové baterie, se neuvádí, ale je docela možné, že mezi odběrateli jeho produktů bude i Volkswagen. Koncern již oznámil plány na výrobu elektromobilů s dojezdem až 700 kilometrů na jedno nabití baterie do roku 2018.
Pokud jde o mobilní zařízení, přičemž použití grafen-polymerových baterií v nich brání velké rozměry takové baterie. Doufejme, že výzkum v této oblasti bude pokračovat, protože grafen-polymerové baterie jsou jedním z nejslibnějších typů baterií, které se mohou v příštích letech objevit.
Proč tedy, přes všechen optimismus vědců a pravidelně se objevující zprávy o průlomech v oblasti úspor energie, nyní zaznamenáváme stagnaci? V první řadě jde o naše velká očekávání, která jen živí novináři. Chceme věřit, že se chystá revoluce ve světě baterií a my dostaneme baterii s nabitím za méně než minutu a s téměř neomezenou životností, která na moderním smartphone s osmijádrovým procesorem. Ale takové průlomy se bohužel nedějí. Dám do sériové výroby jakékoliv nová technologie před mnoha lety vědecký výzkum, testování vzorků, vývoj nových materiálů a technologických postupů a další práce, která zabere hodně času. Nakonec trvalo asi pět let, než se stejné lithium-iontové baterie proměnily z technických vzorků na hotová zařízení které lze použít na telefonech.
Můžeme se proto pouze zásobit trpělivostí a nebrat si zprávy o nových bateriích k srdci. Přinejmenším do doby, než se objeví zprávy o jejich sériovém zahájení, kdy není pochyb o životaschopnosti nové technologie.
Baterie jsou pravidlem všechno nebo nic. Bez skladování energie nové generace nenastane žádný obrat v energetické politice ani na trhu s elektrickými vozidly.
Moorův zákon, postulovaný v IT průmyslu, slibuje zvýšení výkonu procesoru každé dva roky. Vývoj baterií zaostává: jejich účinnost se zvyšuje v průměru o 7 % ročně. A i když lithium-iontové baterie v moderních chytrých telefonech vydrží stále déle, je to z velké části dáno optimalizovaným výkonem čipů.
Lithium-iontové baterie dominují trhu díky své nízké hmotnosti a vysoké hustotě energie.
Každý rok jsou do mobilních zařízení, elektromobilů a systémů pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů instalovány miliardy baterií. nicméně moderní technologie dosáhl svého limitu.
Dobrá zpráva je, že další generace lithium-iontových baterií již téměř splňuje požadavky trhu. Jako zásobní materiál využívají lithium, což teoreticky umožňuje desetinásobné zvýšení hustoty ukládání energie.
Spolu s tím jsou uvedeny studie dalších materiálů. Lithium sice poskytuje přijatelnou hustotu energie, ale mluvíme o konstrukcích, které jsou o několik řádů optimálnější a levnější. Vždyť příroda by nám to mohla poskytnout nejlepší schémata pro vysoce kvalitní baterie.
Univerzitní výzkumné laboratoře vyvíjejí první prototypy organické baterie. Než však takové biobaterie vstoupí na trh, může uplynout více než jedno desetiletí. Most do budoucnosti pomáhá napínat malé baterie, které se nabíjejí zachycováním energie.
Mobilní napájecí zdroje
Podle společnosti Gartner se letos prodají více než 2 miliardy mobilních zařízení, každé s lithium-iontovou baterií. Tyto baterie jsou dnes považovány za standard, částečně proto, že jsou tak lehké. Mají však pouze maximální hustotu energie 150-200 Wh/kg.
Lithium-iontové baterie se nabíjejí a uvolňují energii pohybem lithiových iontů. Při nabíjení se kladně nabité ionty pohybují od katody roztokem elektrolytu mezi grafitovými vrstvami anody, hromadí se tam a připojují elektrony nabíjecího proudu.
Při vybíjení odevzdávají elektrony proudovému obvodu, ionty lithia se přesouvají zpět ke katodě, ve které se opět vážou na kov (ve většině případů kobalt) a v něm umístěný kyslík.
Kapacita lithium-iontových baterií závisí na tom, kolik lithiových iontů může být umístěno mezi vrstvami grafitu. Díky křemíku však dnes můžete dosáhnout více efektivní práce baterie.
Pro srovnání, k navázání jednoho lithného iontu je zapotřebí šesti atomů uhlíku. Jeden atom křemíku naopak pojme čtyři ionty lithia.
Lithium-iontová baterie ukládá svou elektřinu do lithia. Když je anoda nabitá, atomy lithia jsou uloženy mezi vrstvami grafitu. Při vybíjení darují elektrony a pohybují se ve formě iontů lithia do vrstvené struktury katody (lithný kobaltit).
Křemík zvyšuje kapacitu
Kapacita baterií se zvyšuje, když je mezi grafitové vrstvy vložen křemík. Při kombinaci křemíku s lithiem se zvýší třikrát až čtyřikrát, ale po několika nabíjecích cyklech se grafitová vrstva rozbije.
Řešení tohoto problému najdete v startupový projekt Amprius vytvořili vědci ze Stanfordské univerzity. Projekt Amprius získal podporu od lidí, jako je Eric Schmidt (předseda představenstva společnosti Google) a laureát Nobelovy ceny Steven Chu (do roku 2013 – ministr energetiky USA).
Porézní křemík v anodě zvyšuje účinnost lithium-iontových baterií až o 50 %. Během realizace startupového projektu Amprius byly vyrobeny první křemíkové baterie. V rámci tohoto projektu jsou k dispozici tři metody řešení „problému grafitu“. První je aplikace porézního křemíku, kterou si lze představit jako "houbu". Když je lithium skladováno, zvětšuje svůj objem jen velmi málo, proto grafitové vrstvy zůstávají nedotčeny. Amprius dokáže vytvořit baterie, které ukládají až o 50 % více energie než běžné baterie.
Při ukládání energie je účinnější než porézní křemík vrstva křemíkových nanotrubiček. U prototypů bylo dosaženo téměř dvojnásobného navýšení nabíjecí kapacity (až 350 Wh/kg).
„Houba“ a trubičky musí být stále pokryty grafitem, protože křemík reaguje s roztokem elektrolytu a snižuje tak životnost baterie.
Existuje ale i třetí způsob. Výzkumníci projektu Ampirus vstříkli do uhlíkového obalu skupiny částic křemíku, které nejsou přímo v kontaktu, ale poskytují volný prostor pro zvětšení objemu částic. Lithium se může hromadit na těchto částicích a obal zůstane neporušený. I po tisíci nabíjecích cyklech se kapacita prototypu snížila pouze o 3 %.
Křemík se spojuje s několika atomy lithia, ale v procesu expanduje. Aby se zabránilo zničení grafitu, vědci používají strukturu rostliny granátového jablka: zavádějí křemík do grafitových skořápek, které jsou dostatečně velké na to, aby navíc připojily lithium. Mnozí věří, že budoucnost automobilového průmyslu spočívá v elektromobilech. V zahraničí existují účty, podle kterých část ročně prodaných aut musí být buď hybridní, nebo na elektřinu, takže se peníze investují nejen do reklamy na taková auta, ale i do výstavby čerpacích stanic.
Mnoho lidí však stále čeká, až se elektromobily stanou skutečnými rivaly. tradiční auta. Nebo to možná bude, když se zkrátí doba nabíjení a čas životnost baterie zvýšit? Snad v tom lidstvu pomohou grafenové baterie.
Co je grafen?
Revoluční materiál nové generace, nejlehčí a nejpevnější, nejvíce elektricky vodivý – je to všechno o grafenu, což není nic jiného než dvourozměrná uhlíková mřížka o tloušťce jednoho atomu. Tvůrci grafenu Konstantin Novoselov obdrželi Nobelovu cenu. Obvykle mezi otevřením a startem praktické využití Tento objev v praxi trvá dlouho, někdy i desítky let, ale grafen takový osud nepostihl. Možná je to způsobeno tím, že Novoselov a Geim nezatajili technologii jeho výroby.
Celému světu o tom nejen řekli, ale také ukázali: na YouTube je video, kde Konstantin Novoselov o této technologii podrobně mluví. Proto si snad brzy budeme moci dokonce vyrobit grafenové baterie vlastníma rukama.
Vývoj
Pokusy o použití grafenu byly téměř ve všech oblastech vědy. Bylo to vyzkoušeno solární panely, sluchátka, pouzdra a dokonce se pokusili léčit rakovinu. V současnosti je však jednou z nejslibnějších a nejpotřebnějších věcí pro lidstvo grafenová baterie. Připomeňme, že s takovou nespornou výhodou, jako je levné a ekologické palivo, mají elektrická vozidla vážnou nevýhodu - relativně malou nejvyšší rychlost a rezerva chodu ne více než tři sta kilometrů.
Řešení problému století
Grafenová baterie funguje na stejném principu jako olověné baterie s alkalickým nebo kyselým elektrolytem. Tímto principem je elektrochemická reakce. Konstrukčně je grafenová baterie podobná lithium-iontové baterii s pevným elektrolytem, ve které je katodou uhelný koks, který se svým složením blíží čistému uhlíku.
Mezi inženýry vyvíjejícími grafenové baterie však již existují dva zásadně odlišné směry. Ve Spojených státech vědci navrhli vyrobit katodu z grafenových a křemíkových desek prokládaných mezi sebou a anodu z klasického lithiového kobaltu. Ruští inženýři našli jiné řešení. Toxickou a drahou lithnou sůl lze nahradit ekologičtějším a levnějším oxidem hořečnatým. Kapacita baterie se v každém případě zvyšuje zvýšením rychlosti průchodu iontů z jedné elektrody na druhou. To je způsobeno tím, že grafen má vysoké hodnocení elektrická permeabilita a schopnost akumulovat elektrický náboj.
Názory vědců na inovace se různí: ruští inženýři tvrdí, že grafenové baterie mají kapacitu dvakrát větší než lithium-iontové, ale jejich zahraniční kolegové tvrdí, že desetkrát větší.
Grafenové baterie byly uvedeny do sériové výroby v roce 2015. Zabývá se tím například španělská společnost Graphenano. Využití těchto baterií v elektromobilech na logistických místech podle výrobce ukazuje reálné praktické možnosti baterie s grafenovou katodou. Pro plné nabití trvá to jen osm minut. Maximální délka najetých kilometrů je také schopen zvýšit grafenové baterie. Nabíjení na 1000 km místo tří set – to chce Graphenano Corporation nabídnout spotřebiteli.
Španělsko a Čína
Spolupracuje s Graphenano čínská společnost Chint, která koupila 10% podíl ve španělské korporaci za 18 milionů eur. Společné prostředky budou použity na vybudování závodu s dvaceti výrobními linkami. Projekt již získal zhruba 30 milionů investic, které budou investovány do instalace zařízení a náboru zaměstnanců. Podle původního plánu měl závod začít vyrábět asi 80 milionů baterií. V počáteční fázi by se hlavním trhem měla stát Čína a poté bylo plánováno zahájení dodávek do dalších zemí.
Ve druhé fázi je Chint připraven investovat 350 milionů eur do výstavby dalšího závodu s asi 5000 zaměstnanci. Taková čísla nejsou překvapivá, vzhledem k tomu, že celkový příjem bude asi tři miliardy eur. Čína, známá svými ekologickými problémy, navíc dostane ekologické a levné „palivo“. Jak však vidíme, kromě hlasitých prohlášení svět neviděl nic, pouze testovací modely. Přestože Volkswagen Corporation také oznámila svůj záměr spolupracovat s Graphenano.
Očekávání a realita
Píše se rok 2017, což znamená, že Graphenano se již dva roky zabývá „sériovou“ výrobou baterií, ale potkat na silnici elektromobil je nejen pro Rusko vzácností. Všechny charakteristiky a údaje zveřejněné společností jsou spíše nejisté. Obecně se nevymykají obecně uznávaným teoretickým představám o tom, jaké parametry by měla grafenová baterie pro elektromobil mít.
Navíc zatím vše, co bylo prezentováno jak spotřebitelům, tak investorům, je pouze počítačové modely, žádné skutečné prototypy. K problémům se přidává i fakt, že grafen je materiál, jehož výroba je velmi nákladná. Navzdory hlasitým prohlášením vědců o tom, jak se dá „vytisknout na koleni“, lze v této fázi snížit pouze náklady na některé komponenty.
Grafen a globální trh
Zastánci všemožných konspiračních teorií řeknou, že ze vzhledu takového auta nikdo netěží, protože pak půjde ropa do pozadí, čímž se sníží i výnosy z její výroby. S největší pravděpodobností však inženýři narazili na nějaké problémy, ale nechtějí to inzerovat. Slovo „grafen“ je nyní na slyšenou, mnozí jej proto považují, snad si vědci nechtějí kazit jeho slávu.
Problémy ve vývoji
Pointou však může být, že materiál je skutečně inovativní, takže přístup vyžaduje vhodný přístup. Možná by se baterie využívající grafen měly zásadně lišit od tradičních lithium-iontových nebo lithium-polymerových baterií.
Existuje další teorie. Společnost Graphenano Corporation uvedla, že nové baterie lze nabít za pouhých osm minut. Odborníci potvrzují, že to skutečně možné je, pouze výkon zdroje musí být alespoň jeden megawatt, což je možné v testovacích podmínkách v továrně, ale ne doma. budova dost natankování takové kapacity bude stát hodně peněz, cena jednoho nabití bude dost vysoká, takže grafenová baterie do auta žádný užitek nepřinese.
Praxe ukazuje, že revoluční technologie jsou integrovány na světovém trhu poměrně dlouho. Aby byla zajištěna bezpečnost produktu, musí být provedeno mnoho testů, takže uvedení nových technologických zařízení je někdy zpožděno o mnoho let.
Ekologie spotřeby Věda a technologie: Budoucnost elektromobilů do značné míry závisí na zdokonalování baterií – musí vážit méně, rychleji se nabíjet a zároveň produkovat více energie.
Budoucnost elektrických vozidel do značné míry závisí na vylepšeních baterií – musí vážit méně, rychleji se nabíjet a přesto produkovat více energie. Vědci již dosáhli některých výsledků. Tým inženýrů vytvořil lithium-kyslíkové baterie, které neplýtvají energií a vydrží desítky let. A jeden australský vědec představil ionistor na bázi grafenu, který lze nabít milionkrát bez ztráty účinnosti.
Lithium-kyslíkové baterie jsou lehké a produkují hodně energie a mohly by být ideálními součástmi pro elektromobily. Ale tyto baterie mají značná nevýhoda- rychle se opotřebovávají a zbytečně uvolňují příliš mnoho energie jako teplo. Nový vývoj vědců z MIT, Argonne National Laboratory a Pekingské univerzity slibuje tento problém vyřešit.
Lithium-kyslíkové baterie vytvořené týmem inženýrů využívají nanočástice, které obsahují lithium a kyslík. V tomto případě, když se stav změní, je kyslík zadržován uvnitř částice a nevrací se do plynné fáze. Tím se vývoj odlišuje od lithium-vzduchových baterií, které odebírají kyslík ze vzduchu a při zpětné reakci jej uvolňují do atmosféry. Nový přístup umožňuje snížit energetické ztráty (hodnoty elektrické napětí sníženo téměř 5krát) a prodloužit životnost baterie.
Lithium-kyslíková technologie je také dobře přizpůsobena reálným podmínkám, na rozdíl od systémů lithium-vzduch, které se zhoršují, když jsou vystaveny vlhkosti a CO2. Lithiové a kyslíkové baterie jsou navíc chráněny před přebitím – jakmile je energie příliš mnoho, baterie se přepne na jiný typ reakce.
Vědci provedli 120 cyklů nabití a vybití, přičemž výkon se snížil pouze o 2 %.
Vědci zatím vytvořili pouze prototyp baterie, ale do roka hodlají prototyp vyvinout. To nevyžaduje drahé materiály a výroba je v mnohém podobná výrobě tradičních lithium-iontových baterií. Pokud se projekt podaří zrealizovat, pak v blízké budoucnosti elektromobily uskladní dvojnásobné množství energie při stejné hmotnosti.
Inženýr z Swinburne University of Technology v Austrálii vyřešil další problém s bateriemi – jak rychle se nabíjejí. Jím vyvinutý ionistor se nabíjí téměř okamžitě a lze jej používat po mnoho let bez ztráty účinnosti.
Han Lin použil grafen, jeden z dosud nejpevnějších materiálů. Díky své voštinové struktuře má grafen velký povrch pro ukládání energie. Vědec 3D vytištěné grafenové listy, způsob výroby, který také snižuje náklady a zvyšuje se.
Ionistor vytvořený vědcem produkuje tolik energie na kilogram hmotnosti, kolik lithium-iontové baterie ale nabije se za pár sekund. Přitom místo lithia používá grafen, který je mnohem levnější. Podle Hana Lina dokáže ionistor projít miliony nabíjecích cyklů bez ztráty kvality.
Bateriový průmysl nestojí na místě. Bratři Kreiselové z Rakouska vytvořili nový typ baterie, která váží téměř o polovinu méně než baterie Model Tesla S.
Norští vědci z univerzity v Oslu vynalezli baterii, která může být úplně. Jejich zástavba je však určena pro městskou zástavbu veřejná doprava, která pravidelně zastavuje - na každé z nich se autobus dobije a bude dostatek energie na dojezd na další zastávku.
Vědci z Kalifornské univerzity v Irvine jsou stále blíže k vytvoření věčné baterie. Vyvinuli nanovláknovou baterii, kterou lze dobíjet stovky tisíckrát.
A inženýrům z Rice University se podařilo vytvořit takový, který funguje při teplotě 150 stupňů Celsia bez ztráty účinnosti. zveřejněno
