Mitä tehtäviä uusi tekniikka ratkaisee?
Litiumioniteknologian luomisesta sai kolme tutkijaa
Sähköajoneuvojen akkujen kehitys, varastoteknologia ja avaruusteollisuus kehittyvät paljon nopeammin. Teknologinen läpimurto tapahtuu myös massamarkkinoilla, mutta sitä varten mobiililaitteiden valmistajien on valittava laitteiden autonomia lisäarvon avaintekijäksi. Odotus tulee kuitenkin olemaan pitkä. Kansainvälinen energiajärjestö arvioi, että litiumparistot pysyvät hallitsevana teknologiana tulevina vuosikymmeninä. Uuden kehityksen odotetaan tulevan markkinoille aikaisintaan vuonna 2025. Pohjaa tuleville muutoksille luodaan kuitenkin nyt, tärkeimmät trendit liittyvät pikalataustekniikkaan, mittojen pienentämiseen ja akun käyttöiän pidentämiseen.
Startupit nopeaan lataamiseen
Pikalataustekniikalla on kolme päätehtäväämomentti: latausalgoritmit, energiaparametrit ja johtimen poikkileikkaus. Jos puhumme mobiilitekniikasta, sen lataaminen ei tarkoita erilaisia liittimiä ja kaapeleita. Type-C: stä on tullut alan standardi, joten latausalgoritmit, kuten Power Delivery ja Quick Charge, ovat nousemassa esiin.
Heidän päätehtävänsä on varmistaa enemmänsaman langan kautta kulkeva energiamäärä ylittämättä sallittua virran voimakkuutta (enintään 3 A). Mutta laitteen ei pitäisi ylikuumentua latauksen aikana, joten nykyään ne keskittyvät paitsi latausjännitteen lisäämiseen myös erityisten algoritmien kehittämiseen, jotka vähentävät virtaa vähitellen (kun akku palauttaa lataustason). Lisäksi pikalataustekniikasta on tulossa yksi niistä pisteistä, jotka varmistavat kuluttajan "sitoutumisen" tietyn valmistajan ekosysteemiin.
Kanadalainen startup GBatteries yrittää ratkaistatehtävänä on täydentää varaus nopeasti tekoälyn avulla. Nopea lataus tapahtuu jatkuvasti muuttuvan virran peräkkäisten mikropulssien ansiosta. Latausasemiin on rakennettu älykkäitä algoritmeja: ne määrittävät tarkalleen, milloin seuraava impulssi lähetetään, ja määrittävät jännitetason, jotta akut eivät vahingoitu. Teknologia on suunniteltu yhdistettäväksi nykyisen sukupolven litiumioniakkuihin. Idean ansiosta sähköautojen akut pystyvät lataamaan latauksen 5-10 minuutissa. Kanadalaiset kehittävät latausasemia myös muille laitteille.
Nopea lataustekniikka tarjoaa jaIsraelin startup StoreDot. Sen sijaan, että muuttaisivat laturin toimintaa, he kääntyivät itse akun kemiaan. Grafiitin sijasta käytetään tinaa, germaniumia ja piitä yhdessä orgaanisten yhdisteiden kanssa. Skootterissa käytetty akku täytettiin vain viidessä minuutissa. Asiantuntijat kehittävät puhelimen akkua, joka voi ladata yhtä nopeasti. Startupin sijoittajia ovat Mercedes Daimler ja Samsung. Jälleen kysymys on kuitenkin hinnassa - aluksi paristot eivät varmasti ole halpoja.
Startupit, jotka lupaavat erittäin ohuita paristoja
Jos puhumme litiumparistoista, niin tehtävänä onnoin 1 mm: n paksuisen akun tuottaminen on varsin mahdollista. Mutta kapasiteetin ylläpitämiseksi akun vaikuttavan aineen fyysisen tilavuuden on pysyttävä muuttumattomana. Tuloksena on ohut, mutta erittäin leveä akku. Samanaikaisesti laitteen energiatehokkuusindikaattorit ovat alhaisemmat kuin sen standardien "vastaavien".
Siksi erittäin ohuet litiumparistot ovat kysyttyjävain tietyillä instrumentointialueilla. Massamarkkinoilla kompaktit laitteet ovat aina kysyttyjä. Esimerkiksi liittovaltion Energon-jakeluverkon ulkoisten paristojen rivillä Revolter 5000 -malli on vain 5 mm paksu, ja kuluttajat pitävät tällaisia mittoja jo erittäin ohuina formaateina.
Säästävien tekniikoiden joukossaakun kapasiteetti kutistuessa - startupit Japanista. Esimerkiksi 3Dom (käynnistys, joka ilmestyi vuonna 2014 Tokion yliopistossa). Vuoteen 2022 mennessä suunnitelmat sisältävät litiummetalliakkujen tuotannon, jotka ovat samankokoisia ja tehokkaampia kuin modernit litiumioniakut.
Japanilainen teknologia perustuu hiilen korvaamiseenmateriaalit litiummetallia varten. Tällainen kemia tarjoaa suuremman energiatiheyden, mutta samalla oikosulkujen ja tulipalojen riski kasvaa.
Startupit: pitkäikäinen
Saatavilla on monia elektrodimateriaaleja,tarjoaa erinomaisen pyöräilyvakauden - esimerkiksi LTO tai NMC. Mutta kustannusten vuoksi tällaisia paristoja ei ole saatavana yleisillä kuluttajamarkkinoilla. Ja toistaiseksi ei ole ennakkoedellytyksiä tilanteen muuttumiselle pian.
Mutta muutoksia tapahtuu - ei vain kentällälaitteiden kemia, mutta myös ohjaimet, latauksen hallinta, laitteiden energiatehokkuus. Yhdessä toimimalla ne pidentävät merkittävästi paristojen käyttöikää. Jopa rohkeita lupauksia rakastava Elon Musk myönsi, että lupaavampaa on parantaa litiumioniakkuja eikä etsiä täysin uusia tekniikoita.
Tulevien uusien teknologioiden joukossatarjota markkinoille akkuja, joissa kalliit metallit korvataan halvoilla ja yleisillä aineilla. Esimerkiksi amerikkalainen startup Conamix lupaa poistaa koboltin, Kongossa louhitun alkuaineen. Tämän tasavallan hallitus nostaa jatkuvasti raaka-aineveroa. Nykyinen kehitys vähentää tämän metallin pitoisuutta sähköajoneuvojen akuissa 20 prosentista 4 prosenttiin.
Kuinka paristot estävät lupaavien tekniikoiden kehittämistä
Valitettavasti hidas edistyminen kentälläakkuakut rajoittavat monilta osin siihen liittyvän teollisuuden kehitystä. Älypuhelimet, kannettavat tietokoneet ja sähköajoneuvot ovat teknisesti yhä enemmän "täytettyjä" ja vaativat yhä enemmän energiaa. Esimerkiksi aktiivisen älypuhelimen käyttäjän akun kesto on 6-8 tuntia. Lisäksi venäläinen avaa keskimäärin 10–12 hakemusta päivittäin. Tässä suhteessa älypuhelinten kehittäjät valitsevat energiaa säästäviä ohjelmia. Jotkut valmistajat rakentavat sovellukset oletusarvoisesti laiteohjelmistoon, kun taas toiset jättävät valinnan käyttäjän vastuulle - he tarjoavat ladata ne. Jos tehokkaita paristoja tulee saataville, ohjelmien käyttömahdollisuudet kasvavat.
Toinen suunta on aurinkoenergia.Useimmat asennukset vievät paljon tilaa ja ovat kalliita. Se on tunnettu tosiasia: leijonanosa aurinkojärjestelmien käyttöönoton kustannuksista liittyy energiaa varastoivien akkujen hankintaan. Halvempi ja energiatehokkaampi varastointi mahdollistaisi siis huomattavasti enemmän vihreiden teknologioiden käyttöönoton.
Etsitään tehokasta energian varastointia jaaurinkoenergian alalla. Esimerkiksi Stanfordin yliopiston tutkijat ehdottavat vaihtoehtoa - biologisten järjestelmien käyttöä. Tekniikka sisältää metaanin uuttamisen Methanococcus maripaludis -bakteereilla. Sitten se on tarkoitus muuttaa sähköksi olemassa olevan infrastruktuurin ansiosta.
On useita syitä, jotka estävät ulkonäönuusia tehokkaampia akkuja. Yksi niistä on erittäin korkeat kehityskustannukset. Lux Researchin mukaan kestää keskimäärin jopa 40 miljoonaa dollaria kahdeksassa vuodessa, jotta startup keskittyy löytämään uusia ratkaisuja energian varastoinnin ja kuljetuksen alalla. Esimerkiksi japanilainen yritys New Energy & Industrial Technology Development Organisaatio myönsi 90 miljoonaa uudentyyppisen akun luomiseen. Mutta useammin startup-yritysten on etsittävä rahoitusta. Esimerkiksi StoreDot kääntyi joukkorahoitukseen ja onnistui houkuttelemaan 6,25 miljoonan dollarin sijoituksia.
Uuden kehityksen toistaminen maksaa enemmänkallis. Uuden tuotantolinjan luomiseen ja siihen liittyvien ongelmien ratkaisemiseen arvioidaan tarvitsevan noin 500 miljoonaa dollaria yksin, joten ihmeinä vaikuttavia tekniikoita ei aina kehitetä nopeasti.
Uuden tekniikan käyttöönotto ei ole nopeaa. Loppujen lopuksi on kulunut yli 10 vuotta vakaiden litiumioniakkujen luomisesta massatuotannon aloittamiseen.
Katso myös:
Maapallolle on mahdollista luoda lämpöydinreaktori. Mitkä ovat seuraukset?
Tuomiopäivän jäätikkö osoittautui vaarallisemmaksi kuin tutkijat ajattelivat. Kerromme pääasia
Sairauspäivänä 3 useimmat COVID-19-potilaat menettävät hajuaistunsa ja kärsivät usein nenästä