Milyen feladatokat oldanak meg az új technológiák?
A lítium-ion technológia megalkotásáért három tudós kapott
Elektromos járművek akkumulátorok fejlesztése, raktára technológia és az űripar sokkal gyorsabban megy végbe. Technológiai áttörés a tömegpiacon is bekövetkezik, ehhez azonban a mobilkészülék-gyártóknak az eszközautonómiát kell a hozzáadott érték kulcselemeként választaniuk. A várakozás azonban hosszú lesz. A Nemzetközi Energiaügynökség becslése szerint a lítium akkumulátorok a következő évtizedekben is a domináns technológia maradnak. Az új fejlesztések az előrejelzések szerint legkorábban 2025-ben jelennek meg a piacon. A jövőbeli változások alapjait azonban most rakják le, a fő trendek a gyorstöltési technológiához, a méretek csökkentéséhez és az akkumulátor élettartamának növeléséhez kapcsolódnak.
Startupok a gyors töltéshez
A gyors töltési technológiának három fő eleme vanmomentum: töltési algoritmusok, energiaparaméterek és a vezető keresztmetszete. Ha mobil technológiáról beszélünk, akkor a töltése nem jelent sokféle csatlakozót és kábelt. A C-típus vált ipari szabványgá, így olyan töltési algoritmusok kerülnek előtérbe, mint a Power Delivery és a Quick Charge.
Fő feladatuk a többiek átadásának biztosításaaz energiamennyiség ugyanazon a vezetéken keresztül, a megengedett áramerősség túllépése nélkül (legfeljebb 3 A). De az eszköznek nem szabad túlmelegednie a töltés során, ezért ma nemcsak a töltési feszültség növelésére koncentrálnak, hanem olyan speciális algoritmusok fejlesztésére is, amelyek fokozatosan csökkentik az energiát (mivel az akkumulátor visszaállítja a töltöttségi szintet). Ezenkívül a gyors töltési technológia az egyik olyan ponttá válik, amely biztosítja a fogyasztó "kötõdését" egy adott gyártó ökoszisztémájához.
A kanadai startup GBatteries megpróbálja megoldania töltés gyors feltöltése a mesterséges intelligencia segítségével. A gyors töltés a folyamatosan változó áram egymást követő mikropulzusainak köszönhető. A töltőállomásokba intelligens algoritmusok vannak beépítve: pontosan meghatározzák a következő impulzus küldésének idejét, és meghatározzák a feszültség szintjét, hogy ne károsítsák az elemeket. A technológiát a tervek szerint kombinálják a jelenlegi lítium-ion akkumulátorok generációjával. A tervek szerint az ötletnek köszönhetően az elektromos autók akkumulátorai 5-10 perc alatt képesek feltölteni a töltést. A kanadaiak töltőállomásokat fejlesztenek más berendezések számára is.
A gyors töltési technológia ésIzraeli startup StoreDot. Ahelyett, hogy módosították volna a töltő működését, rátértek az akkumulátor kémiájára. Grafit helyett ónt, germániumot és szilíciumot használnak szerves vegyületekkel kombinálva. Az elektromos robogóban használt akkumulátor mindössze öt perc alatt feltöltődött. A szakértők olyan telefon akkumulátort fejlesztenek, amely ugyanolyan gyorsan tölthető. Az induló befektetői közé tartozik a Mercedes Daimler és a Samsung. A kérdés azonban ismét az árban van - kezdetben az elemek biztosan nem lesznek olcsók.
Szuper vékony elemeket ígérő startupok
Ha lítium akkumulátorokról beszélünk, akkor akb. 1 mm vastag akkumulátor gyártása meglehetősen megvalósítható. De ha ez szükséges a kapacitás fenntartásához, az akkumulátorban lévő hatóanyag fizikai térfogatának változatlannak kell maradnia. Az eredmény egy vékony, de nagyon széles akkumulátor. Ugyanakkor az eszköz energiahatékonysági mutatói alacsonyabbak lesznek, mint a szokásos "megfelelői".
Ezért az ultravékony lítium elemekre van szükségcsak a műszerezés meghatározott területein. Ha tömegpiacról van szó, a kompakt eszközökre mindig van igény. Például az Energon szövetségi elosztóhálózat külső akkumulátorainak sorában a Revolter 5000 modell csak 5 mm vastag, és az ilyen méreteket a fogyasztók már szupervékony formátumként érzékelik.
A megtakarító technológiák közöttaz akkumulátor kapacitása zsugorodva - startupok Japánból. Például a 3Dom (egy startup, amely 2014-ben indult a Tokiói Egyetemen). 2022-re a tervek között szerepel a lítium-fém elemek gyártása, amelyek ugyanolyan méretekkel hatékonyabbak, mint a modern lítium-ion akkumulátorok.
A japán technológia a szén pótlásán alapulanyagok fém-lítiumhoz. Az ilyen kémia nagyobb energiasűrűséget biztosít, ugyanakkor megnő a rövidzárlatok és tüzek kockázata.
Startupok: hosszú életre
Számos elektródás anyag áll rendelkezésre,kiemelkedő kerékpáros stabilitás biztosítása - például LTO vagy NMC. De a költségek miatt az ilyen akkumulátorok nem állnak rendelkezésre az általános fogyasztói piacon. És egyelőre nincsenek előfeltételek arra, hogy a helyzet hamarosan megváltozzon.
De változások zajlanak - nemcsak a területenaz eszközök kémiája, de a vezérlők, a töltéskezelés, az eszközök energiahatékonysága is. Kombinálva dolgozva jelentősen meghosszabbítják az elemek élettartamát. Még a merész ígéreteket kedvelő Elon Musk is elismerte, hogy a lítium-ion akkumulátorok fejlesztése ígéretesebb, és nem teljesen új technológiákat keres.
Az új technológiák között, amelyek jönnekolyan akkumulátorokat kínál a piacon, ahol a drága fémeket olcsó és közönséges anyagok váltják fel. Például az amerikai Conamix startup azt ígéri, hogy eltávolítja a kobaltot, a Kongóban bányászott elemet. Ennek a köztársaságnak a kormánya folyamatosan emeli a nyersanyagadót. A jelenlegi fejlesztések 20%-ról 4%-ra csökkentik ennek a fémnek az elektromos járművek akkumulátoraiban való tartalmát.
Hogyan akadályozzák az elemek az ígéretes technológiák fejlődését
Sajnos lassú haladás a területenaz akkumulátorok sok szempontból korlátozzák a kapcsolódó iparágak fejlődését. Az okostelefonok, laptopok, elektromos járművek technológiai szempontból egyre inkább „kitömöttek”, és egyre több energiát igényelnek. Például egy aktív okostelefon-felhasználónak elegendő akkumulátora van 6-8 órára. Sőt, egy orosz átlagosan 10-12 alkalmazást nyit meg naponta. Ezzel kapcsolatban az okostelefon-fejlesztők energiatakarékos programokat választanak. Egyes gyártók alapértelmezés szerint beépítik az alkalmazásokat a firmware-be, míg mások a választást a felhasználóra bízzák - felajánlják azok letöltését. Ha hatékony akkumulátorok válnak elérhetővé, a programok használatának lehetőségei megnőnek.
Egy másik irány a napenergia.A legtöbb telepítés sok helyet foglal el és drága. Köztudott tény: a napelemes rendszerek telepítési költségeinek oroszlánrésze az energiát tároló akkumulátorok vásárlásához kötődik. Az olcsóbb, energiahatékonyabb tárolás tehát lehetővé tenné a zöld technológiák lényegesen nagyobb elterjedését.
A hatékony energiatárolás keresése megtörténik ésa napenergia területén. Például a Stanford Egyetem kutatói kínálnak alternatívát - a biológiai rendszerek alkalmazását. A technológia magában foglalja a metán extrahálását a Methanococcus maripaludis baktériumok felhasználásával. Ezután a meglévő infrastruktúrának köszönhetően villamos energiává kívánják átalakítani.
Számos oka van annak, ami gátolja a megjelenéstúj, hatékonyabb akkumulátorok. Az egyik a fejlesztés rendkívül magas költsége. A Lux Research szerint átlagosan 40 millió dollárra van szükség nyolc év alatt ahhoz, hogy egy startup az energiatárolás és -szállítás terén új megoldásokat keressen. Például a japán New Energy & Az Ipari Technológiai Fejlesztési Szervezet 90 milliót különített el egy új típusú akkumulátor létrehozására. A startupoknak azonban gyakrabban kell finanszírozást keresniük. A StoreDot például a közösségi finanszírozás felé fordult, és 6,25 millió dolláros befektetést tudott vonzani.
Az új fejlesztések replikálása többe kerüldrága. Becslések szerint körülbelül 500 millió dollárra van szükség egy új gyártósor létrehozásához és a kapcsolódó problémák egyedül megoldásához, ezért a csodának tűnő technológiákat nem mindig fejlesztik gyorsan.
Az új technológiák bevezetése nem gyors. Végül is több mint 10 év telt el a stabil lítium-ion akkumulátorok létrehozása és a tömeggyártás kezdete között.
Lásd még:
Lehetőség van termonukleáris reaktor létrehozására a Földön. Milyen következményei lesznek?
A Doomsday-gleccser veszélyesebbnek bizonyult, mint azt a tudósok gondolták. Elmondjuk a fő dolgot
A betegség 3. napján a legtöbb COVID-19 beteg elveszíti szaglásérzetét, és gyakran orrfolyástól szenved