ما المهام التي تحلها التقنيات الجديدة؟
لإنشاء تكنولوجيا ليثيوم أيون، تلقى ثلاثة علماء
تطوير بطاريات السيارات الكهربائية والمستودعاتالتكنولوجيا وصناعة الفضاء تحدث بشكل أسرع بكثير. سيحدث طفرة تكنولوجية أيضًا في السوق الشامل، ولكن لتحقيق ذلك، يجب على الشركات المصنعة للمعدات المحمولة اختيار استقلالية الجهاز كعنصر أساسي للقيمة المضافة. ومع ذلك، فإن الانتظار سيكون طويلا. وتقدر وكالة الطاقة الدولية أن بطاريات الليثيوم ستظل التكنولوجيا المهيمنة خلال العقود القادمة. ومن المتوقع أن تدخل التطورات الجديدة السوق في موعد لا يتجاوز عام 2025. ولكن يتم الآن وضع الأساس للتغييرات المستقبلية؛ وترتبط الاتجاهات الرئيسية بتقنية الشحن السريع وتقليل الأبعاد وزيادة عمر البطارية.
بدء التشغيل لشحن سريع
تقنية الشحن السريع لها ثلاثة عناصر رئيسيةاللحظة: خوارزميات الشحن ومعلمات الطاقة والمقطع العرضي للموصل. إذا كنا نتحدث عن تقنية الهاتف المحمول ، فإن الشحن لا يعني مجموعة متنوعة من الموصلات والكابلات. أصبح Type-C هو المعيار الصناعي ، لذا فإن خوارزميات الشحن مثل Power Delivery و Quick Charge تبرز في المقدمة.
مهمتهم الرئيسية هي ضمان نقل المزيدكمية الطاقة عبر نفس السلك ، دون تجاوز شدة التيار المسموح بها (حتى 3 أ). ولكن لا ينبغي أن يسخن الجهاز أثناء الشحن ، لذا فهم اليوم لا يركزون فقط على زيادة جهد الشحن ، ولكن أيضًا على تطوير خوارزميات خاصة تقلل الطاقة تدريجيًا (حيث تستعيد البطارية مستوى الشحن). بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت تقنية الشحن السريع إحدى النقاط التي تضمن "ربط" المستهلك بالنظام البيئي لمصنع معين.
تحاول بطاريات GB لبدء التشغيل الكندية حلهامهمة تجديد الشحن بسرعة باستخدام الذكاء الاصطناعي. يتم الشحن السريع بفضل النبضات الدقيقة المتتالية لتيار متغير باستمرار. توجد خوارزميات ذكية مدمجة في محطات الشحن: فهي تحدد وقت إرسال النبضة التالية وتحدد مستوى الجهد حتى لا تضر البطاريات. من المخطط دمج هذه التقنية مع الجيل الحالي من بطاريات الليثيوم أيون. من المخطط أنه بفضل هذه الفكرة ، ستكون بطاريات السيارات الكهربائية قادرة على تجديد الشحن في 5-10 دقائق. يقوم الكنديون أيضًا بتطوير محطات شحن لمعدات أخرى.
تقدم تقنية الشحن السريع ومتجر الشركات الناشئة الإسرائيلي بدلاً من تعديل طريقة عمل الشاحن ، لجأوا إلى كيمياء البطارية نفسها. بدلاً من الجرافيت ، يتم استخدام القصدير والجرمانيوم والسيليكون مع المركبات العضوية. تم تجديد البطارية المستخدمة في السكوتر الكهربائي في غضون خمس دقائق فقط. يعمل الخبراء على تطوير بطارية هاتف يمكن إعادة شحنها بنفس السرعة. يشمل مستثمرو الشركة الناشئة مرسيدس دايملر وسامسونغ. ومع ذلك ، مرة أخرى ، السؤال هو السعر - البطاريات في البداية لن تكون رخيصة بالتأكيد.
الشركات الناشئة الواعدة ببطاريات فائقة النحافة
إذا تحدثنا عن بطاريات الليثيوم ، فإن مهمةإن إنتاج بطارية بسماكة حوالي 1 مم أمر ممكن تمامًا. ولكن إذا كان من الضروري الحفاظ على السعة ، فيجب أن يظل الحجم المادي للمادة الفعالة في البطارية دون تغيير. والنتيجة هي بطارية رفيعة ولكن واسعة جدًا. في الوقت نفسه ، ستكون مؤشرات كفاءة استخدام الطاقة للجهاز أقل من مؤشرات "نظرائه" القياسيين.
لذلك ، هناك طلب على بطاريات الليثيوم الرقيقة للغايةفقط في مجالات محددة من الأجهزة. عندما يتعلق الأمر بالسوق الشامل ، فإن الأجهزة المدمجة مطلوبة دائمًا. على سبيل المثال ، في خط البطاريات الخارجية لشبكة التوزيع الفيدرالية Energon ، يبلغ سمك طراز Revolter 5000 5 مم فقط ، وينظر المستهلكون بالفعل إلى هذه الأبعاد على أنها تنسيق رفيع للغاية.
من بين التقنيات التي ستوفرسعة البطارية أثناء تقلصها - الشركات الناشئة من اليابان. على سبيل المثال ، 3Dom (شركة ناشئة ظهرت في عام 2014 في جامعة طوكيو). بحلول عام 2022 ، تشمل الخطط إنتاج بطاريات الليثيوم المعدنية ، والتي تكون بنفس الأبعاد أكثر كفاءة من بطاريات الليثيوم أيون الحديثة.
تعتمد التكنولوجيا اليابانية على استبدال الكربونمواد الليثيوم المعدنية. توفر هذه الكيمياء كثافة طاقة أعلى، ولكن في نفس الوقت يزداد خطر حدوث دوائر قصيرة والحرائق.
الشركات الناشئة: مدى الحياة
هناك العديد من مواد القطب الكهربائي المتاحة ،توفير استقرار متميز أثناء ركوب الدراجات - على سبيل المثال ، LTO أو NMC. ولكن نظرًا للتكلفة ، فإن هذه البطاريات غير متوفرة للسوق الاستهلاكية العامة. وحتى الآن لا توجد شروط مسبقة لتغيير الوضع قريبًا.
لكن التغييرات تحدث - ليس فقط في الميدانكيمياء الأجهزة ، ولكن أيضًا وحدات التحكم ، وإدارة الشحن ، وكفاءة الأجهزة في استخدام الطاقة. تعمل معًا ، فهي تطيل عمر البطاريات بشكل كبير. حتى إيلون ماسك ، الذي يحب الوعود الجريئة ، اعترف بأنه من الأفضل تحسين بطاريات الليثيوم أيون ، وعدم البحث عن تقنيات جديدة تمامًا.
ومن بين التقنيات الجديدة القادمةتقدم للسوق بطاريات حيث يتم استبدال المعادن باهظة الثمن بمواد رخيصة وشائعة. على سبيل المثال، وعدت الشركة الأمريكية الناشئة كوناميكس بإزالة الكوبالت، وهو عنصر يتم استخراجه في الكونغو. تقوم حكومة هذه الجمهورية باستمرار برفع الضرائب على المواد الخام. ومن شأن التطورات الحالية أن تقلل محتوى هذا المعدن في بطاريات السيارات الكهربائية من 20% إلى 4%.
كيف البطاريات تعيق تطوير التقنيات الواعدة
لسوء الحظ ، تقدم بطيء في هذا المجالبطاريات المجمعات في كثير من النواحي تحد من تطوير الصناعات ذات الصلة. أصبحت الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية "محشوة" بشكل متزايد من الناحية التكنولوجية وتتطلب المزيد والمزيد من الطاقة. على سبيل المثال ، يمتلك مستخدم الهاتف الذكي النشط بطارية كافية لمدة 6-8 ساعات. علاوة على ذلك ، في المتوسط ، يفتح الروسي 10-12 طلبًا يوميًا. في هذا الصدد ، يختار مطورو الهواتف الذكية البرامج الموفرة للطاقة. تقوم بعض الشركات المصنعة بإنشاء التطبيقات في البرامج الثابتة افتراضيًا ، بينما يترك البعض الآخر الخيار للمستخدم - يعرضون تنزيلها. في حالة توفر بطاريات فعالة ، ستزداد احتمالات استخدام البرامج.
الاتجاه الآخر هو الطاقة الشمسية.تشغل معظم التركيبات مساحة كبيرة وتكون باهظة الثمن. إنها حقيقة معروفة: أن نصيب الأسد من تكاليف نشر أنظمة الطاقة الشمسية يرتبط بشراء البطاريات التي تقوم بتخزين الطاقة. وبالتالي فإن التخزين الأرخص والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من شأنه أن يمكن من اعتماد التكنولوجيات الخضراء بشكل أكبر.
البحث عن تخزين الطاقة بكفاءة يحدث وفي مجال الطاقة الشمسية. على سبيل المثال ، يقترح باحثون في جامعة ستانفورد بديلاً - استخدام الأنظمة البيولوجية. تتضمن هذه التقنية استخراج الميثان باستخدام بكتيريا Methanococcus maripaludis. ثم يتم التخطيط لتحويلها إلى كهرباء بفضل البنية التحتية القائمة.
هناك عدة أسباب تمنع المظهربطاريات جديدة وأكثر كفاءة. واحد منهم هو التكلفة العالية للغاية للتنمية. وفقًا لشركة Lux Research، يستغرق الأمر في المتوسط ما يصل إلى 40 مليون دولار على مدار ثماني سنوات للحفاظ على تركيز الشركة الناشئة على إيجاد حلول جديدة في مجال تخزين الطاقة ونقلها. على سبيل المثال، الشركة اليابانية New Energy & خصصت منظمة تطوير التكنولوجيا الصناعية 90 مليون دولار لإنشاء نوع جديد من البطاريات. ولكن في كثير من الأحيان، يتعين على الشركات الناشئة أن تبحث عن التمويل. على سبيل المثال، تحولت StoreDot إلى التمويل الجماعي وتمكنت من جذب استثمارات بقيمة 6.25 مليون دولار.
تكرار التطورات الجديدة سيكلف أكثرمكلفة. تشير التقديرات إلى أن هناك حاجة إلى حوالي 500 مليون دولار لإنشاء خط إنتاج جديد وحل المشكلات ذات الصلة وحدها ، لذلك لا يتم دائمًا تطوير التقنيات التي تبدو وكأنها معجزات بسرعة.
إدخال التقنيات الجديدة ليس سريعًا. في الواقع ، مرت أكثر من 10 سنوات منذ إنشاء بطاريات الليثيوم أيون المستقرة حتى بداية الإنتاج الضخم.
انظر أيضا:
من الممكن إنشاء مفاعل نووي حراري على الأرض. ما هي العواقب؟
تبين أن نهر Doomsday الجليدي أكثر خطورة مما اعتقد العلماء. نقول الشيء الرئيسي
في اليوم الثالث من المرض ، يفقد معظم مرضى COVID-19 حاسة الشم لديهم وغالبًا ما يعانون من سيلان الأنف