Kādus uzdevumus risina jaunās tehnoloģijas
Par litija jonu tehnoloģijas izveidi saņēma trīs zinātnieki
Akumulatoru izstrāde elektromobiļiem, noliktavatehnoloģijas un kosmosa nozare notiek daudz ātrāk. Tehnoloģiskais izrāviens notiks arī masu tirgū, taču tam mobilo iekārtu ražotājiem kā galvenais pievienotās vērtības elements jāizvēlas ierīču autonomija. Tomēr gaidīšana būs ilga. Starptautiskā Enerģētikas aģentūra lēš, ka litija baterijas turpmākajās desmitgadēs joprojām būs dominējošā tehnoloģija. Tiek prognozēts, ka jaunas izstrādes tirgū ienāks ne agrāk kā 2025. gadā. Taču tagad tiek likts pamats nākotnes izmaiņām, galvenās tendences ir saistītas ar ātrās uzlādes tehnoloģiju, izmēru samazināšanu un akumulatora darbības laika palielināšanu.
Jaunuzņēmumi ātrai uzlādēšanai
Ātrās uzlādes tehnoloģijai ir trīs galvenāsmoments: lādēšanas algoritmi, enerģijas parametri un vadītāja šķērsgriezums. Ja mēs runājam par mobilo aprīkojumu, tad tā uzlāde nenozīmē dažādus savienotājus un kabeļus. C tips ir kļuvis par nozares standartu, tāpēc priekšplānā izvirzās tādi uzlādes algoritmi kā Power Delivery un Quick Charge.
Viņu galvenais uzdevums ir nodrošināt vairākenerģijas daudzums caur to pašu vadu, nepārsniedzot pieļaujamo strāvas stiprumu (līdz 3 A). Bet lādēšanas laikā ierīcei nevajadzētu pārkarst, tāpēc šodien viņi koncentrējas ne tikai uz uzlādes sprieguma palielināšanu, bet arī uz īpašu algoritmu izstrādi, kas pakāpeniski samazina jaudu (jo akumulators atjauno uzlādes līmeni). Turklāt ātrās uzlādes tehnoloģija kļūst par vienu no punktiem, kas nodrošina patērētāja "saistīšanu" ar konkrēta ražotāja ekosistēmu.
Kanādas starta uzņēmums GBatteries mēģina atrisinātuzdevums ātri papildināt lādiņu, izmantojot mākslīgo intelektu. Ātra uzlāde notiek, pateicoties nepārtraukti mainīgas strāvas mikroimpulsiem. Uzlādes stacijās ir iebūvēti viedie algoritmi: tie nosaka, kad jānosūta nākamais impulss, un nosaka sprieguma līmeni, lai nekaitētu baterijām. Šo tehnoloģiju plānots apvienot ar pašreizējās paaudzes litija jonu akumulatoriem. Plānots, ka, pateicoties idejai, elektromobiļu akumulatori spēs papildināt uzlādi 5-10 minūtēs. Kanādieši izstrādā uzlādes stacijas arī citām iekārtām.
Ātrās uzlādes tehnoloģija piedāvā unIzraēlas starta veikals StoreDot. Tā vietā, lai pārveidotu lādētāja darbību, viņi pievērsās pašas akumulatora ķīmijai. Grafīta vietā kopā ar organiskajiem savienojumiem tiek izmantota alva, germānijs un silīcijs. Elektriskajā motorollerā izmantotā akumulatora uzlāde tika papildināta tikai piecās minūtēs. Eksperti izstrādā tālruņa akumulatoru, kas var tikpat ātri uzlādēt. Starta investoru vidū ir Mercedes Daimler un Samsung. Tomēr atkal jautājums ir cenā - sākotnēji akumulatori noteikti nebūs lēti.
Jaunie uzņēmumi, kas sola īpaši plānas baterijas
Ja mēs runājam par litija baterijām, tad uzdevumsražot aptuveni 1 mm biezu akumulatoru ir diezgan iespējams. Bet, ja ir nepieciešams saglabāt jaudu, aktīvās vielas fiziskajam tilpumam akumulatorā jāpaliek nemainīgam. Rezultāts ir plāns, bet ļoti plats akumulators. Tajā pašā laikā ierīces energoefektivitātes rādītāji būs zemāki nekā standarta "kolēģiem".
Tāpēc ir pieprasītas īpaši plānas litija baterijastikai konkrētās instrumentēšanas jomās. Runājot par masu tirgu, vienmēr ir pieprasītas kompaktas ierīces. Piemēram, federālā izplatīšanas tīkla Energon ārējo akumulatoru līnijā Revolter 5000 modelis ir tikai 5 mm biezs, un patērētāji šādus izmērus jau uztver kā īpaši plānu formātu.
Starp tehnoloģijām, kas ietaupīsakumulatora ietilpība sarūkot - jaunizveidotie uzņēmumi no Japānas. Piemēram, 3Dom (starta uzņēmums, kas parādījās 2014. gadā Tokijas universitātē). Līdz 2022. gadam plānos ietilpst litija metāla bateriju ražošana, kas ar vienādiem izmēriem ir efektīvāka nekā mūsdienu litija jonu akumulatori.
Japānas tehnoloģijas pamatā ir oglekļa aizstāšanamateriāli metāla litijam. Šāda ķīmija nodrošina lielāku enerģijas blīvumu, bet tajā pašā laikā palielinās īssavienojumu un ugunsgrēku risks.
Jaunuzņēmumi: uz ilgu mūžu
Ir pieejami daudzi elektrodu materiāli,nodrošinot izcilu riteņbraukšanas pretestību - piemēram, LTO vai NMC. Bet izmaksu dēļ šādas baterijas nav pieejamas vispārējam patērētāju tirgum. Un līdz šim nav priekšnoteikumu, lai situācija drīz mainītos.
Bet pārmaiņas notiek - ne tikai laukāierīču ķīmija, bet arī kontrolieri, lādiņu vadība, ierīču energoefektivitāte. Strādājot kopā, tie ievērojami pagarina bateriju kalpošanas laiku. Pat Elons Musks, kurš mīl drosmīgus solījumus, atzina, ka daudzsološāk ir uzlabot litija jonu akumulatorus, nevis meklēt pilnīgi jaunas tehnoloģijas.
Starp jaunajām tehnoloģijām, kas nākpiedāvāt tirgū akumulatorus, kur dārgie metāli tiek aizstāti ar lētām un izplatītām vielām. Piemēram, amerikāņu startup Conamix sola izņemt kobaltu – Kongo iegūto elementu. Šīs republikas valdība nemitīgi paaugstina izejvielu nodokli. Pašreizējās attīstības rezultātā šī metāla saturs elektromobiļu akumulatoros samazināsies no 20% līdz 4%.
Kā baterijas kavē daudzsološu tehnoloģiju attīstību
Diemžēl lēns progress šajā jomāakumulatoru baterijas lielā mērā ierobežo saistīto nozaru attīstību. Viedtālruņi, klēpjdatori, elektriskie transportlīdzekļi kļūst arvien tehnoloģiskāk "pildīti" un prasa arvien vairāk enerģijas. Piemēram, aktīvam viedtālruņa lietotājam akumulatora darbības laiks ir 6-8 stundas. Turklāt vidēji krievs katru dienu atver 10-12 pieteikumus. Šajā sakarā viedtālruņu izstrādātāji izvēlas enerģijas taupīšanas programmas. Daži ražotāji pēc noklusējuma iebūvē lietojumprogrammas programmaparatūrā, bet citi izvēli atstāj lietotāja ziņā - viņi piedāvā tās lejupielādēt. Ja būs pieejamas efektīvas baterijas, palielināsies programmu izmantošanas iespējas.
Vēl viens virziens ir saules enerģija.Lielākā daļa instalāciju aizņem daudz vietas un ir dārgas. Tas ir zināms fakts: lielākā daļa no izmaksām, kas saistītas ar saules sistēmu izvietošanu, ir saistītas ar akumulatoru iegādi, kas uzglabās enerģiju. Tāpēc lētāka, energoefektīvāka uzglabāšana ļautu ievērojami plašāk izmantot zaļās tehnoloģijas.
Efektīvas enerģijas uzkrāšanas meklējumi notiek unsaules enerģijas jomā. Piemēram, Stenfordas universitātes pētnieki iesaka alternatīvu - bioloģisko sistēmu izmantošanu. Tehnoloģija ietver metāna ekstrakciju, izmantojot baktērijas Methanococcus maripaludis. Pēc tam to plānots pārveidot par elektrību, pateicoties esošajai infrastruktūrai.
Ir vairāki iemesli, kas kavē izskatujaunas, efektīvākas baterijas. Viens no tiem ir ārkārtīgi augstās izstrādes izmaksas. Saskaņā ar Lux Research datiem vidēji astoņu gadu laikā ir nepieciešami līdz pat 40 miljoniem ASV dolāru, lai jaunuzņēmums koncentrētos uz jaunu risinājumu meklēšanu enerģijas uzglabāšanas un transportēšanas jomā. Piemēram, Japānas uzņēmums New Energy & Industriālo tehnoloģiju attīstības organizācija jauna tipa akumulatoru izveidei piešķīrusi 90 miljonus. Taču biežāk jaunajiem uzņēmumiem ir jāmeklē finansējums. Piemēram, StoreDot pievērsās kolektīvajam finansējumam un spēja piesaistīt 6,25 miljonus dolāru investīcijās.
Jauno notikumu atkārtošana maksās vairākdārga. Tiek lēsts, ka jaunas ražošanas līnijas izveidošanai un ar to saistīto problēmu risināšanai ir nepieciešami apmēram 500 miljoni ASV dolāru, tāpēc ne vienmēr ātri tiek izstrādātas tehnoloģijas, kas šķiet brīnumi.
Jauno tehnoloģiju ieviešana notiek lēni. Galu galā ir pagājuši vairāk nekā 10 gadi kopš stabilu litija jonu akumulatoru izveides līdz masveida ražošanas sākumam.
Skatiet arī:
Uz Zemes ir iespējams izveidot kodolreaktoru. Kādas būs sekas?
Doomsday ledājs izrādījās bīstamāks, nekā domāja zinātnieki. Mēs sakām galveno
Slimības 3. dienā lielākajai daļai COVID-19 pacientu zūd oža un bieži cieš no iesnas