Jakie zadania rozwiązują nowe technologie?
Za stworzenie technologii litowo-jonowej otrzymało trzech naukowców
Rozwój akumulatorów do pojazdów elektrycznych, magazyntechnologia i przemysł kosmiczny postępują znacznie szybciej. Przełom technologiczny nastąpi także na rynku masowym, jednak w tym celu producenci sprzętu mobilnego muszą wybrać autonomię urządzeń jako kluczowy element wartości dodanej. Jednak oczekiwanie będzie długie. Międzynarodowa Agencja Energetyczna szacuje, że baterie litowe pozostaną dominującą technologią w nadchodzących dziesięcioleciach. Nowe rozwiązania mają pojawić się na rynku nie wcześniej niż w 2025 roku. Jednak fundamenty pod przyszłe zmiany powstają już teraz; główne trendy dotyczą technologii szybkiego ładowania, zmniejszania wymiarów i zwiększania żywotności baterii.
Uruchamianie do szybkiego ładowania
Technologia szybkiego ładowania ma trzy głównemoment: algorytmy ładowania, parametry energetyczne i przekrój przewodu. Jeśli mówimy o technologii mobilnej, to jej ładowanie nie oznacza różnorodności złączy i kabli. Typ C stał się standardem branżowym, dlatego na pierwszy plan wysuwają się algorytmy ładowania, takie jak Power Delivery i Quick Charge.
Ich głównym zadaniem jest zapewnienie transferu większej ilościilość energii przez ten sam przewód, bez przekraczania dopuszczalnego natężenia prądu (do 3 A). Ale urządzenie nie powinno się przegrzewać podczas ładowania, dlatego dziś skupiają się nie tylko na zwiększaniu napięcia ładowania, ale także na opracowywaniu specjalnych algorytmów, które stopniowo zmniejszają moc (gdy bateria przywraca poziom naładowania). Dodatkowo technologia szybkiego ładowania staje się jednym z punktów zapewniających „związanie” konsumenta z ekosystemem konkretnego producenta.
Kanadyjski startup GBatteries próbuje rozwiązaćzadanie szybkiego uzupełnienia ładunku za pomocą sztucznej inteligencji. Szybkie ładowanie odbywa się dzięki kolejnym mikropulsom stale zmieniającego się prądu. W stacjach ładowania wbudowane są inteligentne algorytmy: dokładnie określają, kiedy wysłać kolejny impuls i określają poziom napięcia, aby nie uszkodzić akumulatorów. Planowane jest połączenie technologii z obecną generacją akumulatorów litowo-jonowych. Planuje się, że dzięki pomysłowi akumulatory aut elektrycznych będą mogły uzupełnić ładunek w 5-10 minut. Kanadyjczycy opracowują także stacje ładowania innych urządzeń.
Technologia szybkiego ładowania oferuje iIzraelski startup StoreDot. Zamiast modyfikować sposób działania ładowarki, zwrócili się ku chemii samej baterii. Zamiast grafitu w połączeniu ze związkami organicznymi stosuje się cynę, german i krzem. Akumulator zastosowany w hulajnodze elektrycznej został uzupełniony w zaledwie pięć minut. Eksperci opracowują baterię telefonu, która ładuje się równie szybko. Inwestorami startupu są Mercedes Daimler i Samsung. Jednak znowu pytanie dotyczy ceny - początkowo baterie na pewno nie będą tanie.
Startupy obiecujące super cienkie baterie
Jeśli mówimy o bateriach litowych, to zadaniewyprodukowanie baterii o grubości około 1 mm jest całkiem wykonalne. Ale jeśli konieczne jest utrzymanie pojemności, fizyczna objętość substancji czynnej w akumulatorze musi pozostać niezmieniona. Rezultatem jest cienka, ale bardzo szeroka bateria. Jednocześnie wskaźniki efektywności energetycznej urządzenia będą niższe niż w przypadku jego standardowych „odpowiedników”.
Dlatego poszukiwane są ultra-cienkie baterie litowetylko w określonych obszarach oprzyrządowania. Jeśli chodzi o rynek masowy, zawsze istnieje zapotrzebowanie na kompaktowe urządzenia. Na przykład w linii baterii zewnętrznych federalnej sieci dystrybucyjnej Energon model Revolter 5000 ma zaledwie 5 mm grubości, a takie wymiary są już postrzegane przez konsumentów jako super-cienki format.
Wśród technologii, które zaoszczędząpojemność baterii podczas kurczenia się - startupy z Japonii. Na przykład 3Dom (startup, który powstał w 2014 roku na Uniwersytecie w Tokio). Do 2022 roku w planach jest produkcja akumulatorów litowo-metalicznych, które przy tych samych wymiarach są wydajniejsze od nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych.
Japońska technologia opiera się na zastąpieniu węglamateriały na metaliczny lit. Taka chemia zapewnia większą gęstość energii, ale jednocześnie wzrasta ryzyko zwarć i pożarów.
Startupy: na długie życie
Dostępnych jest wiele materiałów na elektrody,zapewniając wyjątkową stabilność rowerową - na przykład LTO lub NMC. Ale ze względu na koszt takie baterie nie są dostępne na ogólnym rynku konsumenckim. Jak dotąd nie ma przesłanek, że sytuacja wkrótce się zmieni.
Ale zmiany zachodzą - nie tylko w tereniechemia urządzeń, ale także kontrolery, zarządzanie ładowaniem, efektywność energetyczna urządzeń. Działając w połączeniu, znacznie wydłużają żywotność baterii. Nawet Elon Musk, który uwielbia odważne obietnice, przyznał, że bardziej obiecujące jest ulepszanie akumulatorów litowo-jonowych, a nie szukanie zupełnie nowych technologii.
Wśród nowych technologii, które nadchodząoferują na rynek akumulatory, w których drogie metale są zastępowane tanimi i powszechnymi substancjami. Na przykład amerykański startup Conamix obiecuje usunąć kobalt, pierwiastek wydobywany w Kongo. Rząd tej republiki stale podnosi podatek od surowców. Obecne zmiany spowodują zmniejszenie zawartości tego metalu w akumulatorach pojazdów elektrycznych z 20% do 4%.
Jak baterie utrudniają rozwój obiecujących technologii
Niestety powolny postęp w tej dziedzinieakumulatory w znacznym stopniu ograniczają rozwój branż pokrewnych. Smartfony, laptopy, pojazdy elektryczne stają się coraz bardziej technologicznie „wypchane” i wymagają coraz więcej energii. Na przykład aktywny użytkownik smartfona ma żywotność baterii 6-8 godzin. Co więcej, średnio Rosjanin otwiera codziennie 10-12 aplikacji. W związku z tym programiści smartfonów wybierają programy oszczędzające energię. Niektórzy producenci domyślnie wbudowują aplikacje w oprogramowanie układowe, podczas gdy inni pozostawiają wybór użytkownikowi - oferują ich pobranie. Jeśli staną się dostępne wydajne baterie, możliwości korzystania z programów wzrosną.
Kolejnym kierunkiem jest energia słoneczna.Większość instalacji zajmuje dużo miejsca i jest droga. Wiadomo, że lwia część kosztów budowy systemów fotowoltaicznych wiąże się z zakupem akumulatorów, które będą magazynować energię. Tańsze i bardziej energooszczędne magazynowanie umożliwiłoby zatem znacznie szersze przyjęcie zielonych technologii.
Dochodzi do poszukiwań wydajnego magazynowania energii iw dziedzinie energii słonecznej. Na przykład naukowcy z Uniwersytetu Stanforda sugerują alternatywę - wykorzystanie systemów biologicznych. Technologia polega na ekstrakcji metanu z wykorzystaniem bakterii Methanococcus maripaludis. Planowane jest wówczas przekształcenie go w energię elektryczną dzięki istniejącej infrastrukturze.
Istnieje kilka powodów, które utrudniają wyglądnowe, wydajniejsze akumulatory. Jednym z nich jest niezwykle wysoki koszt rozwoju. Według Lux Research utrzymanie startupu skupionego na poszukiwaniu nowych rozwiązań w dziedzinie magazynowania i transportu energii zajmuje średnio do 40 milionów dolarów w ciągu ośmiu lat. Na przykład japońska firma New Energy & Organizacja Rozwoju Technologii Przemysłowych przeznaczyła 90 milionów na stworzenie nowego typu baterii. Częściej jednak startupy muszą szukać finansowania. Na przykład StoreDot zwrócił się w stronę finansowania społecznościowego i udało mu się przyciągnąć inwestycje o wartości 6,25 miliona dolarów.
Replikacja nowych rozwiązań będzie kosztować więcejdroższe. Szacuje się, że na stworzenie nowej linii produkcyjnej i rozwiązywanie związanych z nią problemów potrzeba około 500 milionów dolarów, dlatego technologie, które wydają się cudowne, nie zawsze rozwijają się szybko.
Wprowadzenie nowych technologii jest powolne. W końcu minęło ponad 10 lat od stworzenia stabilnych akumulatorów litowo-jonowych do rozpoczęcia masowej produkcji.
Zobacz także:
Możliwe jest stworzenie reaktora termojądrowego na Ziemi. Jakie będą konsekwencje?
Lodowiec Doomsday okazał się bardziej niebezpieczny, niż sądzili naukowcy. Mówimy najważniejsze
W 3. dniu choroby większość pacjentów z COVID-19 traci zmysł węchu i często cierpi na katar