Τι εργασίες επιλύουν οι νέες τεχνολογίες;
Για τη δημιουργία τεχνολογίας ιόντων λιθίου, έλαβαν τρεις επιστήμονες
Ανάπτυξη μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων, αποθήκηη τεχνολογία και η διαστημική βιομηχανία συμβαίνουν πολύ πιο γρήγορα. Μια τεχνολογική ανακάλυψη θα συμβεί επίσης στη μαζική αγορά, αλλά για αυτό, οι κατασκευαστές κινητού εξοπλισμού πρέπει να επιλέξουν την αυτονομία της συσκευής ως βασικό στοιχείο προστιθέμενης αξίας. Ωστόσο, η αναμονή θα είναι μεγάλη. Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας εκτιμά ότι οι μπαταρίες λιθίου θα παραμείνουν η κυρίαρχη τεχνολογία για τις επόμενες δεκαετίες. Νέες εξελίξεις προβλέπεται να εισέλθουν στην αγορά όχι νωρίτερα από το 2025. Αλλά οι βάσεις για μελλοντικές αλλαγές τίθενται τώρα, οι κύριες τάσεις σχετίζονται με την τεχνολογία γρήγορης φόρτισης, τη μείωση των διαστάσεων και την αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
Εκκινήσεις για γρήγορη φόρτιση
Η τεχνολογία γρήγορης φόρτισης έχει τρία κύριαmoment: αλγόριθμοι φόρτισης, παράμετροι ενέργειας και διατομή αγωγού. Εάν μιλάμε για τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας, τότε η φόρτιση δεν συνεπάγεται ποικιλία συνδετήρων και καλωδίων. Το Type-C έχει καταστεί το βιομηχανικό πρότυπο, οπότε οι αλγόριθμοι φόρτισης όπως η Power Delivery και η Quick Charge έρχονται στο προσκήνιο.
Ο κύριος στόχος τους είναι να διασφαλίσουν τη μεταφορά περισσότερωντην ποσότητα ενέργειας μέσω του ίδιου καλωδίου, χωρίς να υπερβαίνει την επιτρεπόμενη ισχύ ρεύματος (έως 3 A). Ωστόσο, η συσκευή δεν πρέπει να υπερθερμαίνεται κατά τη φόρτιση, επομένως σήμερα επικεντρώνονται όχι μόνο στην αύξηση της τάσης φόρτισης, αλλά και στην ανάπτυξη ειδικών αλγορίθμων που μειώνουν σταδιακά την ισχύ (καθώς η μπαταρία επαναφέρει το επίπεδο φόρτισης). Επιπλέον, η τεχνολογία γρήγορης φόρτισης γίνεται ένα από τα σημεία που διασφαλίζουν τη «δέσμευση» του καταναλωτή στο οικοσύστημα ενός συγκεκριμένου κατασκευαστή.
Η Καναδική startup GBatteries προσπαθεί να λύσειτο έργο της γρήγορης αναπλήρωσης της φόρτισης χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη. Η γρήγορη φόρτιση πραγματοποιείται χάρη στους διαδοχικούς μικρο-παλμούς ενός συνεχώς μεταβαλλόμενου ρεύματος. Υπάρχουν έξυπνοι αλγόριθμοι ενσωματωμένοι στους σταθμούς φόρτισης: καθορίζουν ακριβώς πότε θα στείλουν την επόμενη ώθηση και καθορίζουν το επίπεδο τάσης ώστε να μην βλάψουν τις μπαταρίες. Η τεχνολογία σχεδιάζεται να συνδυαστεί με την τρέχουσα γενιά μπαταριών ιόντων λιθίου. Προβλέπεται ότι χάρη στην ιδέα, οι μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα μπορούν να αναπληρώσουν τη φόρτιση σε 5-10 λεπτά. Οι Καναδοί αναπτύσσουν σταθμούς φόρτισης για άλλο εξοπλισμό.
Η τεχνολογία γρήγορης φόρτισης προσφέρει καιΙσραηλινή εκκίνηση StoreDot. Αντί να τροποποιήσουν τον τρόπο λειτουργίας του φορτιστή, στράφηκαν στη χημεία της ίδιας της μπαταρίας. Αντί για γραφίτη, κασσίτερος, γερμάνιο και πυρίτιο χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με οργανικές ενώσεις. Η μπαταρία που χρησιμοποιήθηκε στο ηλεκτρικό σκούτερ αναπληρώθηκε σε μόλις πέντε λεπτά. Οι ειδικοί αναπτύσσουν μια μπαταρία τηλεφώνου που μπορεί να επαναφορτιστεί εξίσου γρήγορα. Οι επενδυτές της νεοσύστατης εταιρείας περιλαμβάνουν τη Mercedes Daimler και τη Samsung. Ωστόσο, και πάλι, το ερώτημα είναι στην τιμή - αρχικά οι μπαταρίες σίγουρα δεν θα είναι φθηνές.
Εκκινήσεις με πολλά υποσχόμενες μπαταρίες
Εάν μιλάμε για μπαταρίες λιθίου, τότε το έργο τηςΗ παραγωγή μπαταρίας με πάχος περίπου 1 mm είναι αρκετά εφικτή. Αλλά εάν πρέπει να διατηρηθεί η χωρητικότητα, ο φυσικός όγκος της δραστικής ουσίας στη μπαταρία πρέπει να παραμείνει αμετάβλητος. Το αποτέλεσμα είναι μια λεπτή αλλά πολύ μεγάλη μπαταρία. Ταυτόχρονα, οι δείκτες ενεργειακής απόδοσης της συσκευής θα είναι χαμηλότεροι από εκείνους των τυπικών «ομολόγων» της.
Επομένως, απαιτούνται εξαιρετικά λεπτές μπαταρίες λιθίουμόνο σε συγκεκριμένους τομείς οργάνων. Όσον αφορά τη μαζική αγορά, οι μικρές συσκευές είναι πάντα σε ζήτηση. Για παράδειγμα, στη σειρά των εξωτερικών μπαταριών του ομοσπονδιακού δικτύου διανομής Energon, το μοντέλο Revolter 5000 έχει πάχος μόνο 5 mm και τέτοιες διαστάσεις θεωρούνται ήδη από τους καταναλωτές ως εξαιρετικά λεπτή μορφή.
Μεταξύ των τεχνολογιών που θα σώσουνχωρητικότητα μπαταρίας ενώ συρρικνώνεται - ξεκινά από την Ιαπωνία Για παράδειγμα, το 3Dom (μια εκκίνηση που εμφανίστηκε το 2014 στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο). Μέχρι το 2022, τα σχέδια περιλαμβάνουν την παραγωγή μεταλλικών μπαταριών λιθίου, οι οποίες με τις ίδιες διαστάσεις είναι πιο αποτελεσματικές από τις σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Η ιαπωνική τεχνολογία βασίζεται στην αντικατάσταση του άνθρακαυλικά για μέταλλο λίθιο. Μια τέτοια χημεία παρέχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται ο κίνδυνος βραχυκυκλωμάτων και πυρκαγιών.
Εκκινήσεις: για μεγάλη διάρκεια ζωής
Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα υλικά ηλεκτροδίων,παρέχοντας εξαιρετική αντίσταση στην ποδηλασία - για παράδειγμα, LTO ή NMC. Ωστόσο, λόγω του κόστους, αυτές οι μπαταρίες δεν διατίθενται στη γενική καταναλωτική αγορά. Και μέχρι στιγμής δεν υπάρχουν προϋποθέσεις ότι η κατάσταση θα αλλάξει σύντομα.
Αλλά πραγματοποιούνται αλλαγές - όχι μόνο στον τομέαχημεία συσκευών, αλλά και ελεγκτές, διαχείριση φορτίων, ενεργειακή απόδοση συσκευών. Δουλεύοντας σε συνδυασμό, αυξάνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής των μπαταριών. Ακόμη και ο Elon Musk, που αγαπά τις τολμηρές υποσχέσεις, παραδέχτηκε ότι είναι πιο ελπιδοφόρο να βελτιώσουμε τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και να μην ψάχνουμε για εντελώς νέες τεχνολογίες.
Ανάμεσα στις νέες τεχνολογίες που έρχονταιπροσφέρουν στην αγορά μπαταρίες όπου τα ακριβά μέταλλα αντικαθίστανται από φθηνές και κοινές ουσίες. Για παράδειγμα, η αμερικανική startup Conamix υπόσχεται να αφαιρέσει το κοβάλτιο, ένα στοιχείο που εξορύσσεται στο Κονγκό. Η κυβέρνηση αυτής της δημοκρατίας αυξάνει συνεχώς τον φόρο στις πρώτες ύλες. Οι τρέχουσες εξελίξεις θα μειώσουν την περιεκτικότητα σε αυτό το μέταλλο στις μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων από 20% σε 4%.
Πώς οι μπαταρίες εμποδίζουν την ανάπτυξη υποσχόμενων τεχνολογιών
Δυστυχώς, η αργή πρόοδος στον τομέαΟι μπαταρίες αποθήκευσης περιορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη σχετικών βιομηχανιών. Τα smartphone, οι φορητοί υπολογιστές, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα γίνονται όλο και πιο τεχνολογικά «γεμισμένα» και απαιτούν όλο και περισσότερη ενέργεια. Για παράδειγμα, ένας ενεργός χρήστης smartphone έχει διάρκεια ζωής μπαταρίας 6-8 ώρες. Επιπλέον, κατά μέσο όρο, ένας Ρώσος ανοίγει 10-12 εφαρμογές κάθε μέρα. Από αυτή την άποψη, οι προγραμματιστές smartphone επιλέγουν προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας. Ορισμένοι κατασκευαστές ενσωματώνουν εφαρμογές στο υλικολογισμικό από προεπιλογή, ενώ άλλοι αφήνουν την επιλογή στον χρήστη - προσφέρουν τη λήψη τους. Εάν διατεθούν αποδοτικές μπαταρίες, οι δυνατότητες χρήσης προγραμμάτων θα αυξηθούν.
Μια άλλη κατεύθυνση είναι η ηλιακή ενέργεια.Οι περισσότερες εγκαταστάσεις καταλαμβάνουν πολύ χώρο και είναι ακριβές. Είναι γνωστό γεγονός: η μερίδα του λέοντος στο κόστος εγκατάστασης ηλιακών συστημάτων συνδέεται με την αγορά μπαταριών που θα αποθηκεύουν ενέργεια. Η φθηνότερη και πιο ενεργειακά αποδοτική αποθήκευση θα επέτρεπε επομένως σημαντικά μεγαλύτερη υιοθέτηση πράσινων τεχνολογιών.
Η αναζήτηση για αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας πραγματοποιείται καιστον τομέα της ηλιακής ενέργειας. Για παράδειγμα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ προτείνουν μια εναλλακτική λύση - τη χρήση βιολογικών συστημάτων. Η τεχνολογία περιλαμβάνει την εξαγωγή μεθανίου χρησιμοποιώντας τα βακτήρια Methanococcus maripaludis. Στη συνέχεια σχεδιάζεται να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια χάρη στην υπάρχουσα υποδομή.
Υπάρχουν διάφοροι λόγοι που εμποδίζουν την εμφάνισηνέες, πιο αποδοτικές μπαταρίες. Ένα από αυτά είναι το εξαιρετικά υψηλό κόστος ανάπτυξης. Σύμφωνα με τη Lux Research, κατά μέσο όρο, χρειάζονται έως και 40 εκατομμύρια δολάρια σε διάστημα οκτώ ετών για να παραμείνει μια startup επικεντρωμένη στην εύρεση νέων λύσεων στον τομέα της αποθήκευσης και μεταφοράς ενέργειας. Για παράδειγμα, η ιαπωνική εταιρεία New Energy & Ο Οργανισμός Ανάπτυξης Βιομηχανικής Τεχνολογίας διέθεσε 90 εκατομμύρια για τη δημιουργία ενός νέου τύπου μπαταρίας. Αλλά πιο συχνά, οι νεοφυείς επιχειρήσεις πρέπει να αναζητήσουν χρηματοδότηση. Για παράδειγμα, η StoreDot στράφηκε στο crowdfunding και κατάφερε να προσελκύσει 6,25 εκατομμύρια δολάρια σε επενδύσεις.
Η αναπαραγωγή νέων εξελίξεων θα κοστίσει περισσότεροακριβός. Εκτιμάται ότι απαιτούνται περίπου 500 εκατομμύρια δολάρια για τη δημιουργία μιας νέας γραμμής παραγωγής και την επίλυση σχετικών προβλημάτων και μόνο. Επομένως, τεχνολογίες που μοιάζουν με θαύματα δεν αναπτύσσονται πάντα γρήγορα.
Η εισαγωγή νέων τεχνολογιών είναι αργή. Μετά από όλα, έχουν περάσει περισσότερα από 10 χρόνια από τη δημιουργία σταθερών μπαταριών ιόντων λιθίου έως την έναρξη της μαζικής παραγωγής.
Δείτε επίσης:
Είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένας θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας στη Γη. Ποιες θα είναι οι συνέπειες;
Ο παγετώνας Doomsday αποδείχθηκε πιο επικίνδυνος από ό, τι πίστευαν οι επιστήμονες. Λέμε το κύριο πράγμα
Την 3η ημέρα της ασθένειας, οι περισσότεροι ασθενείς με COVID-19 χάνουν την αίσθηση της όσφρησης και συχνά υποφέρουν από ρινική καταρροή