Telefoner, elbiler, romstasjoner - for driften av alle disse enhetene trenger du høykvalitets, kraftig og
Hvordan vil fremtidens batteri fungere?
Et internasjonalt team av forskere ledet avDarren Khan og med deltakelse av LG-ingeniører utviklet et høyytelses solid-state-batteri med en anode laget av rent silisium. Det ble kalt fremtidens batteri fordi egenskapene overgår alle analoger.
For å lage et slikt batteri, forfatternekombinerte to tilnærminger til produksjon av batterier for elbiler, slik at batteriet har en solid-state elektrolytt og en silisium anode. Det resulterende batteriet har blitt testet av et internasjonalt team og bekreftet å være trygt.
Den kan også brukes ikke bare i elbiler, men også i elektriske nettverk.
Hvorfor utvikler forskere stadig nye typer batterier? Hva er galt med de vi bruker i dag?
Oftest bruker vi litium-ion-batterier, definnes overalt: i telefoner, bærbare datamaskiner, kameraer. Slike batterier er langt fra ideelle: de kan lagre energi i lang tid og i store mengder, men de slites raskt ut, krever også temperatur under bruk og tåler ikke vanlige og kraftige vibrasjoner. Sistnevnte påvirker driften, for eksempel i elektriske kjøretøy.
Problemet er at krystallstrukturenLitium-ion-batterier endres med hver lade-utladingssyklus. Dette betyr at arrangementet av atomer, som i utgangspunktet ga den nødvendige ytelsen, blir annerledes.
Korrosjon oppstår også i batteriet.Hver elektrode er koblet til en strømkollektor, vanligvis et metall, som kobber for anoden og aluminium for katoden. Hvis dette koblingselementet begynner å forringes og kollapse, vil overflaten til strømkollektoren også bli deformert. Derfor, hvis metallet korroderer, kan det ikke flytte elektroner effektivt.
Et annet problem med moderne batterier er materialetsom de er laget av. De fleste bruker kobolt – 60 % av verdens koboltforsyning kommer fra Kongo, så markedsavhengigheten er ekstremt høy og global produksjon kan lide på grunn av importproblemer.
Hvis litium-ion-batterier er ineffektive, vil de nyeste silisiumanodebatteriene erstatte dem?
Ja, men det er ikke så enkelt.Hver teknologi har sine ulemper. I dag brukes silisiumanodebatterier for eksempel i Tesla. I følge Elon Musk bidrar silisium i batterier til elektriske kjøretøy med å øke rekkevidden med 6 %. Slike batterier har også en relativt høyere spesifikk kapasitet - den er omtrent 3600 mAh / g.
Men det er også problemer:for eksempel er denne typen anode ustabil og kan derfor være farlig under drift. Hvis det kommer i kontakt med en flytende elektrolytt, gjør ikke silisium en god jobb med å lagre energi. I dette tilfellet mister den elektriske motoren sin kraft. Dette er grunnen til at batterier i dag ikke er laget utelukkende av silisium. Hvis prosentandelen er liten, forblir produktivitetsveksten minimal.
Hvilke andre batterier kan dukke opp i enhetene våre i fremtiden?
- Litium karbon batteri
Mahle ingeniører, sammen medbatteriprodusenten Allotrope Energy har laget en ny arkitektur for litiumkarbonbatterier basert på superkondensatorer. Det nye batteriet er laget av en høyhastighetsanode kombinert med en katode. Begge deler er atskilt med en organisk elektrolytt. Med den kan du raskt lade superkondensatorer og lagre energi med høy tetthet. Utviklerne klarte å lade en elektrisk moped med den på 90 sekunder.
- Litium svovelbatteri med sukker
Forfatterne av et annet vitenskapelig arbeid skapte et litium-svovelbatteri og brukt sukker for å gjøre den mer stabil. Noen sukkerbaserte stoffer kan hindre nedbrytning i geologiske sedimenter og opprettholde sterke bindinger mellom sulfider. Som et resultat viste batteriet med sukker en ytelse på omtrent 700 mAh / g og fungerte i mer enn 1000 sykluser.
- Alkali klor batteri
Forskere ved Stanford Universityutviklet et batteri med klor fra alkalimetaller: det er basert på omvendt kjemisk transformasjon av natriumklorid (Na/Cl2) eller litiumklorid (Li/Cl2) til klor. Den resulterende cellen viste en ganske høy utladningskapasitet, 2800 mA*h/g katode. Men etter den første brukssyklusen ble kapasiteten halvert. Til tross for dette viste batteriet et godt resultat.
Fremtidens batterier skal lages avvanlige og lett resirkulerbare materialer, og vil også begynne å lagre energi med høy tetthet og være nesten ikke-korrosive. Så langt har ingeniører og fysikere ikke klart å lage den perfekte formelen for et batteri, men behovet for effektiv energilagring fortsetter å vokse, så vi vil se mange flere uvanlige løsninger i denne retningen.
Les mer
Hawking hadde rett, men noen ganger feil: vitenskapsmannens mest vågale ideer
Influensamedisiner kan hjelpe viruset
Et kinesisk hypersonisk missil kretset rundt hele kloden. Hvordan er dette mulig og hva er kjent om henne