Telefony, elektromobily, vesmírné stanice – pro provoz všech těchto zařízení potřebujete kvalitní, výkonné a
Jak bude fungovat baterie budoucnosti?
Mezinárodní tým vědců pod vedenímDarrenem Khanem a za účasti inženýrů LG vyvinuli vysoce výkonnou polovodičovou baterii s anodou vyrobenou z čistého křemíku. Byla nazývána baterií budoucnosti, protože svými vlastnostmi předčí všechny analogy.
K vytvoření takové baterie autořispojil dva přístupy k výrobě baterií pro elektromobily, takže baterie má polovodičový elektrolyt a křemíkovou anodu. Výsledná baterie byla testována mezinárodním týmem a potvrzena jako bezpečná.
Uplatnění najde také nejen v elektromobilech, ale i v elektrických sítích.
Proč vědci neustále vyvíjejí nové typy baterií? Co je špatného na těch, které používáme dnes?
Nejčastěji používáme lithium-iontové baterie, onilze nalézt všude: v telefonech, noteboocích, fotoaparátech. Takové baterie mají k ideálu daleko: dokážou ukládat energii po dlouhou dobu a ve velkém množství, ale rychle se opotřebovávají, jsou také náročné na teplotu při používání a nevydrží pravidelné a silné vibrace. Ten má vliv na provoz například v elektromobilech.
Problém je v krystalické struktuřelithium-iontové baterie se mění s každým cyklem nabíjení-vybíjení. To znamená, že se mění uspořádání atomů, které zpočátku zajišťovaly požadovaný výkon.
Ke korozi dochází i v baterii.Každá elektroda je připojena ke sběrači proudu, obvykle kovu, jako je měď pro anodu a hliník pro katodu. Pokud se tento spojovací prvek začne zhoršovat a hroutit, pak se povrch kolektoru proudu také deformuje. Pokud je tedy kov zkorodovaný, nemůže účinně pohybovat elektrony.
Dalším problémem moderních baterií je materiálze kterých jsou vyrobeny. Většina používá kobalt – 60 % světových dodávek kobaltu pochází z Konga, takže závislost na trhu je extrémně vysoká a globální produkce může trpět kvůli problémům s dovozem.
Pokud lithium-iontové baterie nefungují dobře, nahradí je nejnovější křemíkové anodové baterie?
Ano, ale není to tak jednoduché.Každá technologie má své nevýhody. Dnes se křemíkové anodové baterie používají například v Tesle. Podle Elona Muska pomáhá křemík v bateriích elektromobilů zvýšit dojezd o 6 %. Také takové baterie mají relativně vyšší specifickou kapacitu - je to asi 3 600 mA * h / g.
Existují ale také problémy:například tento typ anody je nestabilní, a proto může být během provozu nebezpečný. Pokud se dostane do kontaktu s kapalným elektrolytem, pak křemík neuchovává energii dobře. V tomto případě elektromotor ztrácí svůj výkon. To je důvod, proč se dnes baterie nevyrábějí výhradně z křemíku. Pokud je jeho procento malé, pak růst produktivity zůstává minimální.
Jaké další baterie se mohou v budoucnu objevit v našich zařízeních?
- Lithiová uhlíková baterie
Inženýři z Mahle spolu svýrobce baterií Allotrope Energy vytvořil novou architekturu pro lithium-uhlíkové baterie založenou na superkondenzátorech. Nová baterie je vyrobena z vysokorychlostní anody kombinované s katodou. Obě části jsou odděleny organickým elektrolytem. Dokáže rychle nabíjet superkondenzátory a ukládat energii ve vysoké hustotě. Vývojářům se s ním podařilo nabít elektrický moped za 90 sekund.
- Lithiová sírová baterie s cukrem
Autoři další vědecké práce vytvořili lithium-sírubaterie a použitý cukr, aby byla stabilnější. Některé látky na bázi cukru mohou zabránit degradaci v geologických sedimentech a také udržovat silné vazby mezi sulfidy. Výsledkem bylo, že baterie s cukrem prokázala kapacitu asi 700 mAh / g a pracovala přes 1 000 cyklů.
- Alkalická chlórová baterie
Výzkumníci ze Stanfordské univerzityvyvinula alkalickou chlórovou baterii: je založena na reverzní chemické přeměně chloridu sodného (Na / Cl2) nebo chloridu lithného (Li / Cl2) na chlór. Výsledný článek vykazoval poměrně vysokou vybíjecí kapacitu - 2 800 mA*h/g katody. Ale po prvním cyklu používání se kapacita snížila na polovinu. Navzdory tomu baterie fungovala dobře.
Baterie budoucnosti budou vyrobeny zběžné a snadno recyklovatelné materiály a také začnou ukládat energii s vysokou hustotou a budou téměř nekorozivní. Doposud se inženýrům a fyzikům nepodařilo vytvořit dokonalý vzorec pro baterii, ale potřeba efektivního skladování energie stále roste, takže v tomto směru uvidíme mnohem více neobvyklých řešení.
Přečtěte si více
Hawking měl pravdu, ale někdy se mýlil: nejodvážnější nápady vědce
Chřipkové léky mohou viru pomoci
Po celé zeměkouli obíhala čínská hypersonická raketa. Jak je to možné a co se o ní ví