Уявіть собі мобільний телефон, Що тримає заряд більше тижня, а потім заряджається за 15 хвилин. Фантастика? Але вона може стати реальністю завдяки новому дослідженню вчених Північно-Західного університету (Еванстон, штат Іллінойс, США). Команда інженерів розробила електрод для літієво-іонних батарей (які сьогодні використовуються в більшості стільникових телефонів), що дозволив збільшити їх енергетичну ємність в 10 разів. Цим приємні сюрпризине обмежуються - нові акумуляторні пристроївміють заряджатися в 10 разів швидше за нинішні.
Для подолання обмежень, що накладаються існуючими технологіямина енергетичну ємність та швидкість заряду батареї, вчені застосували два різні хіміко-технологічні підходи. Отриманий акумулятор дозволить не тільки продовжити час роботи дрібних. електронних пристроїв(на зразок телефонів та лептопів), але й підготувати ґрунт для розробки більш ефективних та компактних батарей для електромобілів.
"Ми знайшли спосіб продовжити час утримання заряду новою літієво-іонною батареєю в 10 разів", - повідомив професор Гарольд Х. Кунг (Harold H. Kung), один з провідних авторів дослідження. - «Навіть після 150 сеансів зарядки/розрядки, що означає не менше року роботи, вона залишається вп'ятеро ефективнішою, ніж літієво-іонні баратеї, присутні сьогодні на ринку».
Робота літієво-іонної батареї заснована на хімічній реакції, в якій іони літію рухаються між анодом та катодом, розміщеними на протилежних кінцях батареї. У процесі експлуатації акумулятора іони літію мігрують від анода через електроліт до катода. При зарядці їх напрям змінюється прямо протилежним. Існуючі на Наразіакумулятори мають два важливі обмеження. Їхня енергетична ємність - тобто час утримання заряду батареєю - обмежена щільністю заряду, або тим, скільки іонів літію може розміститися на аноді або катоді. У той же час швидкість заряджання такого акумулятора обмежена швидкістю, з якою іони літію здатні рухатися через електроліт до анода.
У нинішніх батареях, що перезаряджаються, в аноді, створеному з безлічі графенових листів, на кожні шість атомів вуглецю (з яких складається графен) може припадати лише один атом літію. У спробі збільшити енергетичну ємність акумуляторів вчені вже експериментували із заміною вуглецю на кремній, здатний вмістити куди більше літію: по чотири атоми літію на кожен атом кремнію. Проте кремній у процесі зарядки різко розширюється і стискається, чим викликає фрагментацію речовини анода і, як наслідок, швидку втрату зарядної ємності батареї.
В даний час мала швидкістьзарядки батареї пояснюється формою графенових листів: порівняно з товщиною (що становить лише один атом) їх довжина виявляється непомірно великою. Під час заряджання іон літію повинен подолати відстань до зовнішніх країв графенових листів, а потім пройти між ними і зупинитися десь усередині. Так як для досягнення середини графенового листа літію потрібен чималий час, у його країв спостерігається щось на зразок іонного затору.
Як уже говорилося, дослідницька група Кунга вирішила обидві ці проблеми, взявши на озброєння дві різні технології. По-перше, для забезпечення стійкості кремнію та, відповідно, підтримки максимальної зарядної ємності батареї, вони розмістили кластери кремнію між графеновими листами. Це дозволило збільшити кількість іонів літію в електроді одночасно використовуючи гнучкість графенових листів для врахування змін об'єму кремнію в процесі зарядки/розрядки батареї.
"Тепер ми одним пострілом вбиваємо обох зайців", - говорить Кунг. - «Завдяки кремнію ми отримуємо більш високу густину енергії, а чергування шарів зменшує втрату потужності, викликану розширенням зі скороченням кремнію. Навіть при руйнуванні кластерів кремнію сам кремній більше нікуди не подінеться».
Крім того, дослідники використовували процес хімічного окислення для створення мініатюрних (10-20 нанометрів) отворів у графенових листах ("in-plane defects"), що забезпечують іонам літію "швидкий доступ" всередину анода з подальшим зберіганням в ньому в результаті реакції з кремнієм. Це зменшило час, необхідний для заряджання батареї, у 10 разів.
Поки що всі зусилля щодо оптимізації роботи батарей були спрямовані на одну з складових - анод. На наступному етапі досліджень вчені з тією ж метою планують вивчити зміни у катоді. Крім того, вони хочуть допрацювати електролітну систему таким чином, щоб батарея могла автоматично (і оборотно) вимикатися при високих температурах- подібний захисний механізм міг би стати в нагоді при використанні батарей в електромобілях.
За словами розробників, у поточному виглядінова технологія має вийти ринку протягом найближчих трьох-п'яти років. Стаття, присвячена результатам дослідження та розробки нових акумуляторних батарей, була опублікована в журналі Advanced Energy Materials.
А сьогодні розповімо про уявних — із гігантською питомою ємністю та миттєвою зарядкою. Новини про подібні розробки з'являються із завидною регулярністю, але майбутнє поки не настало, і ми все ще користуємося літій-іонними акумуляторами, що з'явилися на початку позаминулого десятиліття, або їх трохи більш досконалими літій-полімерними аналогами. Тож у чому ж справа, у технологічних труднощах, неправильній інтерпретації слів вчених чи щось інше? Спробуємо розібратися.
У гонитві за швидкістю зарядки
Один з параметрів акумуляторів, який вчені та великі компаніїпостійно намагаються покращити швидкість зарядки. Однак нескінченно збільшувати її не вийде навіть не в силу хімічних законів реакцій, що протікають в акумуляторах (тим більше, що розробники алюміній-іонних батарей вже заявили, що такий тип акумуляторів може бути повністю заряджений всього за секунду), а через фізичні обмеження. Нехай у нас є смартфон з батареєю ємністю 3000 мАг та підтримкою швидкої зарядки. Цілком зарядити такий гаджет можна протягом години силою струму в середньому 3 А (у середньому тому, що напруга при заряді змінюється). Однак якщо ми хочемо отримати повний заряд всього за одну хвилину, знадобиться сила струму вже в 180 А без урахування різних втрат. Для заряду пристрою таким струмом знадобиться провід діаметром близько 9 мм — вдвічі товщий за сам смартфон. Та й силу струму 180 А при напрузі близько 5 В звичайне зарядний пристрійвидати не зможе: власникам смартфонів знадобиться імпульсний перетворювач струму на зразок того, що зображений на фотографії нижче.
Альтернатива збільшенню сили струму – збільшення напруги. Але воно, як правило, фіксоване, і для літій-іонних батарей становить 3,7 В. Звичайно, його можна перевищувати - зарядка за технологією Quick Charge 3.0 йде з напругою до 20 В, але спроба зарядити батарею напругою близько 220 В ні до чого хорошому не приведе, і вирішити цю проблему в Найближчим часомне уявляється можливим. Сучасні елементи живлення просто не можуть використовувати таку напругу.
Вічні акумулятори
Зрозуміло, мова зараз піде не про вічному двигуні», а про акумулятори з довгим терміномслужби. Сучасні літій-іонні батареї для смартфонів здатні витримати максимум пару років активного використання пристроїв, після чого їхня ємність неухильно падає. Власникам смартфонів зі знімними акумуляторами пощастило трохи більше, ніж іншим, але й у цьому випадку варто переконатися, що акумулятор був виготовлений нещодавно: літій-іонні батареї деградують навіть тоді, коли не використовуються.
Своє вирішення цієї проблеми запропонували вчені Стенфордського університету: покрити електроди існуючих типівлітій-іонних акумуляторів полімерним матеріалом з додаванням наночастинок графіту. За задумом вчених, це дозволить захистити електроди, які неминуче покриваються мікротріщинами в процесі експлуатації, а ті мікротріщини в полімерному матеріалі будуть затягуватися самостійно. Принцип дії такого матеріалу схожий на технологію, застосовану в смартфоні LG G Flex із задньою кришкою, що самовідновлюється.
Перехід у третій вимір
У 2013 році з'явилося повідомлення про розробку дослідниками університету штату Іллінойс нового типу літій-іонних акумуляторів. Вчені заявили, що питома потужність таких елементів живлення становитиме до 1000 мВт/(см*мм), тоді як питома потужність звичайних літій-іонних батарей коливається між 10-100 мВт/(см*мм). Були використані саме такі одиниці виміру, оскільки йдеться про досить невеликі структури завтовшки десятки нанометрів.
Замість плоских анода і катода, що застосовуються в традиційних Li-Ion батарей, вчені запропонували використовувати об'ємні структури: кристалічну решітку з нікелю сульфіду на пористому нікелі в якості анода і літій-діоксид марганцю на пористому нікелі в якості катода.
Незважаючи на всі сумніви, спричинені відсутністю у перших прес-релізах точних параметрівнових акумуляторів, а також не представлені досі прототипи, новий типбатарей все ж таки реальний. Підтвердженням цього є кілька наукових статей на цю тему, опублікованих за останні два роки. Проте, якщо такі батареї стануть доступними для кінцевих споживачів, станеться це дуже нескоро.
Заряджання через екран
Вчені та інженери намагаються продовжити життя наших гаджетів не тільки пошуком нових типів акумуляторів або збільшенням їхньої енергоефективності, але й досить незвичайними способами. Дослідники університету штату Мічиган запропонували вбудувати прозорі сонячні панелі прямо на екран. Оскільки принцип роботи таких панелей заснований на поглинанні ними сонячного випромінювання, щоб зробити їх прозорими, вченим довелося піти на хитрість: матеріал панелей нового типу поглинає тільки невидиме випромінювання (інфрачервоне та ультрафіолетове), після чого фотони, відбиваючись від широких граней скла, сонячних панелей традиційного типу, що знаходяться на його краях.
Головною перешкодою для впровадження такої технології є низький ККД таких панелей – лише 1% проти 25% традиційних сонячних панелей. Наразі вчені шукають способи збільшити ККД хоча б до 5%, але швидкого вирішення цієї проблеми навряд чи варто очікувати. До речі, схожу технологію нещодавно запатентувала компанія Apple, але поки що невідомо, де саме у своїх пристроях виробник розташує сонячні панелі.
До цього ми під словами «батарея» і «акумулятор» ми мали на увазі елемент живлення, що перезаряджається, але деякі дослідники вважають, що в гаджетах цілком можна використовувати одноразові джерела напруги. Як батарейки, які могли б працювати без підзарядки або іншого обслуговування кілька років (а то й кілька десятків років), вчені університету штату Міссурі запропонували використовувати РІТЕГ — радіоізотопні термоелектричні генератори. Принцип дії РІТЕГ заснований на перетворенні тепла, що виділяється в процесі радіорозпаду, в електрику. Багатьом такі установки відомі з використання у космосі та важкодоступних місцяхна Землі, але в США мініатюрні радіоізотопні батареї також застосовувалися в кардіостимуляторах.
Робота над покращеним типом таких батарей ведеться з 2009 року і навіть було показано прототипи таких елементів живлення. Але побачити радіоізотопні батареї у смартфонах у найближчій перспективі ми не зможемо: вони дорогі у виробництві, і, до того ж, багато країн мають суворі обмеження на виробництво та обіг радіоактивних матеріалів.
Як одноразові батареї також можна використовувати і водневі елементиАле їх у смартфонах використовувати не вийде. Водневі батареї витрачаються досить швидко: хоча ваш гаджет і працюватиме від одного картриджа довше, ніж від одного заряду звичайної батареї, їх доведеться періодично змінювати. Втім, це не заважає використовувати водневі батареї в електромобілях і навіть зовнішніх акумуляторах: поки що це не масові пристрої, але вже й не прототипи Та й компанія Apple, за чутками, вже розробляє систему дозаправки картриджів воднем без їхньої заміни для використання в майбутніх iPhone.
Ідея про те, що на основі графена можна створити акумулятор з високою питомою ємністю, була висунута ще у 2012 році. І ось, на початку цього року в Іспанії було оголошено початок будівництва компанією Graphenano заводу з виробництва графен-полімерних акумуляторів для електромобілів. Новий тип батарей майже вчетверо дешевше у виробництві, ніж традиційні літій-полімерні акумулятори, має питому ємність 600 Втч/кг, а зарядити таку батарею на 50 кВтг можна буде лише за 8 хвилин. Правда, як ми говорили на самому початку, для цього буде потрібно потужність близько 1 МВт, тому подібний показник можна досягти лише в теорії. Коли саме завод почне випускати перші графен-полімерні батареї, не повідомляється, але цілком можливо, що серед покупців його продукції буде Volkswagen. Концерн уже заявив про плани випуску електромобілів із пробігом до 700 кілометрів від одного заряду акумуляторів до 2018 року.
Що стосується мобільних пристроїв, то поки що застосування в них графен-полімерних акумуляторів заважають великі габарититаких батарей. Сподіватимемося, що дослідження в цій галузі продовжаться, адже графен-полімерні акумулятори — один із найперспективніших типів акумуляторів, які можуть з'явитися вже найближчими роками.
Так все ж, чому, незважаючи на весь оптимізм вчених і новини про прориви в області збереження електроенергії, що регулярно з'являються, ми зараз спостерігаємо застій? Насамперед, справа у наших завищених очікуваннях, які лише підігріваються журналістами. Ми хочемо вірити, що ось-ось і відбудеться революція у світі акумуляторів, і ми отримаємо батарейку із зарядкою менш ніж за хвилину, і практично необмеженим терміном служби, від якої сучасний смартфон із восьмиядерним процесором працюватиме мінімум тиждень. Але таких проривів, на жаль, не буває. Введення в масове виробництво будь-який нової технологіїпередують довгі роки наукових досліджень, випробувань зразків, розробка нових матеріалів та технологічних процесівта інша робота, що займає чимало часу. Зрештою, тим же літій-іонним акумуляторам знадобилося близько п'яти років, щоб з інженерних зразків перетворитися на готові пристрої, які можна використовувати у телефонах.
Тому нам залишається лише запасатися терпінням і не сприймати новини про нові елементи живлення близько до серця. Принаймні поки не з'являться новини про їх запуск у масове виробництво, коли не залишиться жодних сумнівів про життєздатність нової технології.
Щодо акумуляторів діє правило «все чи нічого». Без енергетичних накопичувачів нового покоління не буде ні перелому в енергетичній політиці, ні ринку електромобілів.
Закон Мура, що постулюється в IT-індустрії, обіцяє збільшення продуктивності процесорів кожні два роки. Розвиток акумуляторів відстає: їхня ефективність збільшується в середньому на 7% на рік. І хоча літій-іонні батареї в сучасних смартфонах працюють все довше та довше, це багато в чому пов'язано з оптимізованою продуктивністю чіпів.
Літій-іонні батареї домінують на ринку через їх малу вагу і високу щільність енергії, що накопичується.
Щорічно мільярди акумуляторів встановлюються в мобільні пристрої, електромобілі та системи для зберігання електрики від поновлюваних джерел енергії. Однак сучасна технікадосягла своєї межі.
Хорошою новиною є те, що наступне покоління літій-іонних батареймайже відповідає вимогам ринку. Як акумулюючий матеріал в них застосовується літій, який теоретично дозволяє в десять разів збільшити щільність зберігання енергії.
Поруч із наводяться дослідження інших матеріалів. Хоча літій і забезпечує прийнятну щільність енергії, проте йдеться про розробки на кілька порядків оптимальнішими і дешевшими. Зрештою, природа могла б надати нам найкращі схемидля високоякісних акумуляторів
Науково-дослідні лабораторії університетів розробляють перші зразки органічних акумуляторів. Однак, до виходу таких біобатарів на ринок може пройти не одне десятиліття. Місток у майбутнє допомагають протягнути малогабаритні батареї, які заряджаються шляхом уловлювання енергії.
Мобільні джерела живлення
За даними компанії Gartner, цього року буде продано понад 2 млрд мобільних пристроїв, у кожному з яких встановлено літій-іонний акумулятор. Ці акумулятори сьогодні вважаються стандартом, тому що вони дуже легкі. Проте вони мають максимальну щільність енергії лише 150-200 Вт·ч/кг.
Літій-іонні батареї заряджаються та віддають енергію шляхом переміщення іонів літію. При зарядці позитивно заряджені іони рухаються від катода через розчин електроліту між шарами графіту анода, накопичуються і приєднують електрони струму зарядки.
При розрядці вони віддають електрони в контур струму, іони літію переміщаються назад до катода, в якому вони знову зв'язуються з металом, що знаходиться в ньому (у більшості випадків - кобальтом) і киснем.
Місткість літій-іонних акумуляторів залежить від того, скільки іонів літію може розташовуватися між шарами графіту. Однак завдяки кремнію сьогодні можна досягти більше ефективної роботиакумуляторів.
Для порівняння: для зв'язування одного іона літію потрібні шість атомів вуглецю. Один атом кремнію, навпаки, може утримувати чотири іони літію.
Літій-іонний акумулятор зберігає свою електроенергію в літії. При зарядженні анода атоми літію зберігаються між шарами графіту. При розрядці вони віддають електрони і переміщуються як іонів літію в шарувату структуру катода (кобальтит літію).
Кремній підвищує ємність
Місткість акумуляторів зростає при включенні кремнію між шарами графіту. Вона збільшується втричі-вчетверо при з'єднанні кремнію з літієм, проте після декількох циклів зарядки графітовий шар розривається.
Вирішення цієї проблеми знайдено в стартап-проекті Amprius, створеному вченими зі Стендфордського університету. Проект Amprius отримав підтримку таких людей, як Ерік Шмідт (голови ради директорів Google) та лауреат Нобелівської премії Стівен Чу (до 2013 року – міністр енергетики США).
Пористий кремній в аноді підвищує ефективність літій-іонних акумуляторів до 50%. У ході реалізації стартап-проекту Amprius вироблено перші кремнієві акумулятори. В рамках цього проекту доступні три методи вирішення «проблеми графіту». Перший з них - застосування пористого кремнію, Який можна розглядати як «губку». За збереження літію він дуже мало збільшується обсягом, отже, шари графіту залишаються непошкодженими. Amprius може створити акумулятори, які зберігають до 50% більше енергії, ніж звичайні.
Ефективніше, ніж пористий кремній, накопичує енергію шар кремнієвих нанотрубок. У прототипах досягнуто майже дворазове збільшення зарядної ємності (до 350 Вт·ч/кг).
«Губка» і трубки мають бути як і покриті графітом, оскільки кремній входить у реакцію з розчином електроліту і зменшує час роботи акумулятора.
Але й третій метод. Дослідники проекту Ampirus впровадили у вуглецеву оболонку групи частинок кремнію, які безпосередньо не стикаються, а забезпечують вільний простір збільшення частинок обсягом. Літій може накопичуватися цих частинках, а оболонка залишається непошкодженою. Навіть після тисячі циклів зарядки ємність прототипу знизилася лише на 3%.
Кремній поєднується з кількома атомами літію, але при цьому розширюється. Для запобігання руйнуванню графіту дослідники використовують структуру рослини гранату: вони вводять кремній у графітові оболонки, розмір яких є досить великим, щоб додатково приєднувати літій. Багато хто вважає, що майбутнє автомобілебудування саме за електрокарами. За кордоном існують законопроекти, за якими частина автомобілів, які щорічно продаються, повинні або бути гібридами, або працювати на електриці, тому гроші вкладаються не тільки в рекламу таких авто, а й у будівництво заправок.
Однак багато людей таки чекають, коли електрокари стануть справжніми суперниками традиційним автомобілям. А може, це буде, коли час заряджання зменшиться, а час автономної роботизбільшиться? Можливо, цьому людству допоможуть графенові акумулятори.
Що таке графен?
Революційний матеріал нового покоління, найлегший і найміцніший, самий електропровідний - все це про графену, який є не чим іншим, як двовимірними вуглецевими гратами товщиною в один атом. Творці графена, Костянтин Новосьолов та отримали Нобелівську премію. Зазвичай між відкриттям та початком практичного використанняцього відкриття практично минає тривалий час, іноді навіть десятки років, проте графен така доля не спіткала. Можливо, це пов'язано з тим, що Новосьолов та Гейм не приховали технологію його виробництва.
Вони не лише розповіли про неї всьому світу, а й показали: є відео на YouTube, де Костянтин Новосьолов докладно розповідає про цю технологію. Тому, можливо, скоро ми зможемо навіть робити графенові акумулятори своїми руками.
Розробки
Спроби застосування графену були практично у всіх галузях науки. Його пробували в сонячних батареях, навушники, корпуси і навіть намагалися лікувати рак. Однак на даний момент одна з найперспективніших і потрібних людству речей – це графеновий акумулятор. Нагадаємо, що за такої незаперечної переваги, як дешеве та екологічне паливо, електромобілі мають серйозну нестачу - відносно невелику максимальну швидкістьта запас ходу не більше трьохсот кілометрів.
Вирішення проблеми століття
Графеновий акумулятор працює за тим же принципом, що і свинцеві із лужним або кислотним електролітом. Цим принципом є електрохімічна реакція. По пристрої графеновий акумулятор схожий з літієво-іонним з твердим електролітом, в якому катодом є вугільний кокс, близький за складом чистого вуглецю.
Проте вже зараз серед інженерів, які розробляють графенові акумулятори, є два принципово різні напрямки. У США вчені запропонували робити катод із пластин графену та кремнію, що перемежуються між собою, а анод – із класичного кобальту літію. Російські інженери знайшли інше рішення. Токсічна і дорога літієва сіль може бути замінена більш екологічним та дешевим оксидом магнію. Місткість акумулятора збільшується у будь-якому випадку за рахунок підвищення швидкості проходження іонів від одного електрода до іншого. Це досягається внаслідок того, що графен має високим показникомелектричної проникності та здатністю до накопичення електричного заряду.
Думки вчених щодо інновацій поділяються: російські інженери стверджують, що графенові акумулятори мають ємність у два рази більше, ніж літій-іонні, а ось їхні закордонні колеги стверджують, що у десять.
Графенові акумулятори запущені у масове виробництво у 2015 році. Наприклад, займається іспанська компанія Graphenano. За словами виробника, використання цих акумуляторів у електрокарах на логістичних майданчиках показує реальні практичні можливості батареї із графеновим катодом. Для повної зарядкийому потрібно всього вісім хвилин. Максимальну довжинупробігу також здатні збільшити графені акумулятори. Зарядка на 1000 км замість трьохсот – ось що хоче запропонувати споживачеві корпорація Graphenano.
Іспанія та Китай
З Graphenano співпрацює китайська компанія Chint, яка купила 10% акцій іспанської корпорації за 18 мільйонів євро. На спільні кошти здійснюватиметься будівництво заводу з двадцятьма виробничими лініями. Проект уже отримав близько 30 мільйонів інвестицій, які будуть вкладені в встановлення обладнання та наймання співробітників. За первісним планом завод мав розпочати випускати близько 80 мільйонів батарей. На початковому етапі основним ринком має стати Китай, а потім планувався початок постачання до інших країн.
На другому етапі компанія Chint готова інвестувати 350 мільйонів євро на будівництво ще одного заводу, на якому буде близько п'яти тисяч співробітників. Такі цифри не дивні, якщо врахувати, що сумарний дохід складатиме близько трьох мільярдів євро. До того ж Китай, відомий своїми проблемами з екологією, буде забезпечений екологічним та дешевим "паливом". Однак, як ми можемо спостерігати, окрім гучних заяв, світло не побачило нічого, лише тестові моделі. Хоча корпорація Volkswagen також оголосила про свій намір співпрацювати із Graphenano.
Очікування та реальність
На подвір'ї 2017 рік, а це означає, що Graphenano займаються "масовим" виробництвом акумуляторів вже два роки, проте зустріти електромобіль на дорозі – велика рідкість не лише для Росії. Усі показники та дані, оприлюднені корпорацією, досить невизначені. В цілому вони ніяк не виходять за рамки загальноприйнятих теоретичних уявлень про те, які параметри повинен мати графеновий акумулятор для електромобіля.
До того ж досі все, що було представлено як споживачам, так і інвесторам – це тільки комп'ютерні моделі, ніяких справжніх прототипів. Додає проблем і те, що графен - матеріал, який дуже дорогий у виробництві. Незважаючи на гучні заяви вчених про те, як його можна буде "друкувати на коліні", на цьому етапі знизити вдається лише вартість деяких компонентів.
Графен та світовий ринок
Прихильники усіляких теорій змов скажуть, що нікому не вигідна поява такого автомобіля, тому що тоді нафта піде на задній план, а отже, скоротяться й прибутки від її видобутку. Проте, найімовірніше, інженери зіштовхнулися з якимись проблемами, але з хочуть це афішувати. Слово "графен" зараз на слуху, багато хто вважає його тому, можливо, вченим не хочеться псувати його славу.
Проблеми у розробках
Проте річ може бути й у тому, що матеріал справді інноваційний, тож підходу потребує відповідного. Можливо, акумулятори з використанням графену повинні бути принципово відмінними від традиційних літій-іонних або літій-полімерних.
Існує ще одна теорія. Корпорація Graphenano заявила, що нові акумулятори заряджаються лише за вісім хвилин. Фахівці підтверджують, що це справді можливо, тільки потужність джерела живлення має бути не менше одного мегавата, що можливо в тестових умовах на заводі, але ніяк не в домашніх. споруда достатньої кількостізаправок з такою потужністю коштуватиме величезних грошей, ціна однієї підзарядки буде досить високою, тому графеновий акумулятор для авто не принесе жодної вигоди.
Практика показує, що революційні технології досить довго вбудовуються у світовий ринок. Необхідно провести безліч тестів, щоб переконатися у безпеці продукту, тому вихід нових технологічних пристроїв часом затягується довгі роки.
Екологія споживання. Наука та техніка: Майбутнє електротранспорту багато в чому залежить від удосконалення акумуляторів – вони повинні важити менше, заряджатися швидше і при цьому виробляти більше енергії.
Майбутнє електротранспорту багато в чому залежить від вдосконалення акумуляторів - вони повинні важити менше, заряджатися швидше і виробляти більше енергії. Вчені вже досягли деяких результатів. Команда інженерів створила літій-кисневі батареї, які не витрачають даремну енергію і можуть служити десятиліттями. А австралійський вчений представив іоністор на основі графена, який може заряджатися мільйон разів без втрати ефективності.
Літій-кисневі акумулятори мало важать і виробляють багато енергії та могли б стати ідеальними комплектуючими для електромобілів. Але такі батареї мають істотний недолік- вони швидко зношуються і виділяють дуже багато енергії у вигляді тепла впусту. Нова розробка вчених із МТІ, Аргонської національної лабораторії та Пекінського університету обіцяє вирішити цю проблему.
Створені командою інженерів літій-кисневі акумулятори використовують наночастинки, які містять літій і кисень. При цьому кисень при зміні станів зберігається всередині частки і не повертається до газової фази. Це відрізняє розробку від літій-повітряних батарей, які одержують кисень з повітря та випускають його в атмосферу під час зворотної реакції. Новий підхід дозволяє скоротити втрату енергії (величина електричної напругискорочується майже в 5 разів) та збільшити термін служби батареї.
Літій-киснева технологія також добре адаптована до реальних умов, на відміну від літій-повітряних систем, які псуються при контакті з вологою та CO2. Крім того, акумулятори на літії та кисні захищені від надмірної зарядки - як тільки енергії стає занадто багато, батарея перемикається на інший тип реакції.
Вчені провели 120 циклів заряду-розряду, при цьому продуктивність знизилася лише на 2%.
Наразі вчені створили лише досвідчений зразок акумулятора, але протягом року вони мають намір розробити прототип. Для цього не потрібні дорогі матеріали, а виробництво багато в чому схоже на виробництво традиційних літій-іонних батарей. Якщо проект буде реалізовано, то у найближчому майбутньому електромобілі зберігатимуть у два рази більше енергії за тієї ж маси.
Інженер із Технологічного університету Суінберна в Австралії вирішив іншу проблему акумуляторів - швидкість їхньої зарядки. Розроблений ним іоністор заряджається практично миттєво і може використовуватися багато років без втрати ефективності.
Хан Лінь використовував графен - один із найміцніших матеріалів на сьогоднішній день. За рахунок структури, що нагадує стільники, графен має велику площу поверхні для зберігання енергії. Вчений надрукував графенові пластини на 3D-принтері – такий спосіб виробництва також дозволяє скоротити витрати та наростити масштаби.
Створений вченим іоністор виробляє стільки ж енергії на кілограм ваги, скільки і літій-іонний акумулятори, але заряджається за кілька секунд. При цьому замість літію в ньому використовується графен, який коштує набагато дешевше. За словами Хана Ліня, іоністор може проходити мільйони циклів заряджання без втрати якості.
Сфера виробництва акумуляторів не стоїть дома. Брати Крайзель з Австрії створили новий тип батарей, які важать майже вдвічі менше акумуляторів Tesla Model S.
Норвезькі вчені з Університету Осло винайшли акумулятор, який цілком можна . Однак їх розробка призначена для міського громадського транспорту, Що регулярно робить зупинки - на кожній з них автобус буде заряджатися і енергії вистачить, щоб дістатися до наступної зупинки.
Вчені Каліфорнійського університету в Ірвайні наблизилися до створення вічної батареї. Вони розробили акумулятор із нанодроту, який можна перезаряджати сотні тисяч разів.
А інженери Університету Райса зуміли створити працюючий при температурі 150 градусів Цельсія без втрати ефективності. опубліковано
