Telefony, samochody elektryczne, stacje kosmiczne – do działania wszystkich tych urządzeń potrzebujesz wysokiej jakości, wydajnych i
Jak będzie działać bateria przyszłości?
Międzynarodowy zespół naukowców pod przewodnictwemDarren Khan przy udziale inżynierów LG opracował wysokowydajny akumulator półprzewodnikowy z anodą wykonaną z czystego krzemu. Został nazwany baterią przyszłości, ponieważ jego właściwości przewyższają wszelkie analogi.
Aby stworzyć taką baterię, autorzypołączyły dwa podejścia do produkcji akumulatorów do samochodów elektrycznych, dzięki czemu akumulator ma elektrolit w stanie stałym i anodę krzemową. Powstała bateria została przetestowana przez międzynarodowy zespół i potwierdzona jako bezpieczna.
Można go również stosować nie tylko w samochodach elektrycznych, ale także w sieciach elektrycznych.
Dlaczego naukowcy stale opracowują nowe typy baterii? Co jest nie tak z tymi, których używamy dzisiaj?
Najczęściej używamy akumulatorów litowo-jonowych, tzwmożna znaleźć wszędzie: w telefonach, laptopach, aparatach fotograficznych. Takie akumulatory są dalekie od ideału: mogą magazynować energię przez długi czas i w dużych ilościach, ale szybko się zużywają, wymagają też temperatury podczas użytkowania i nie wytrzymują regularnych i silnych wibracji. To ostatnie wpływa na działanie np. w pojazdach elektrycznych.
Problem w tym, że struktura krystalicznaBaterie litowo-jonowe są wymieniane przy każdym cyklu ładowania-rozładowania. Oznacza to, że układ atomów, który początkowo zapewniał wymaganą wydajność, zmienia się.
Korozja występuje również w akumulatorze.Każda elektroda jest połączona z kolektorem prądu, zwykle z metalu, takiego jak miedź dla anody i aluminium dla katody. Jeśli ten element łączący zacznie się pogarszać i zapadać, powierzchnia kolektora prądu również się odkształci. Dlatego też, jeśli metal jest skorodowany, nie może skutecznie poruszać elektronów.
Kolejnym problemem nowoczesnych akumulatorów jest materiałz którego są wykonane. Większość wykorzystuje kobalt – 60% światowych dostaw kobaltu pochodzi z Konga, zatem zależność od rynku jest niezwykle duża, a produkcja światowa może ucierpieć z powodu problemów z importem.
Jeśli baterie litowo-jonowe nie działają dobrze, czy zastąpią je najnowsze baterie z anodą krzemową?
Tak, ale to nie takie proste.Każda technologia ma swoje wady. Dziś baterie z anodą krzemową stosuje się np. w Tesli. Według Elona Muska krzem w akumulatorach samochodów elektrycznych pomaga zwiększyć zasięg o 6%. Również takie akumulatory mają stosunkowo wyższą pojemność właściwą - jest to około 3600 mA*h/g.
Ale są też problemy:na przykład ten typ anody jest niestabilny i dlatego może być niebezpieczny podczas pracy. Jeśli wejdzie w kontakt z ciekłym elektrolitem, krzem nie radzi sobie dobrze z magazynowaniem energii. W takim przypadku silnik elektryczny traci moc. Właśnie dlatego dzisiejsze baterie nie są wykonane w całości z krzemu. Jeżeli jego odsetek jest niewielki, wówczas wzrost produktywności pozostaje minimalny.
Jakie inne baterie mogą pojawić się w naszych urządzeniach w przyszłości?
- Bateria litowo-węglowa
Inżynierowie z Mahle razem zProducent baterii Allotrope Energy stworzył nową architekturę baterii litowo-węglowych opartą na superkondensatorach. Nowa bateria jest wykonana z anody o dużej prędkości połączonej z katodą. Obie części są oddzielone organicznym elektrolitem. Może szybko ładować superkondensatory i magazynować energię o dużej gęstości. Twórcom udało się naładować nim elektryczny motorower w 90 sekund.
- Bateria litowo-siarkowa z cukrem
Autorzy kolejnej pracy naukowej stworzyli lit-siarkębateria i zużyty cukier, aby był bardziej stabilny. Niektóre substancje na bazie cukru mogą zapobiegać degradacji osadów geologicznych, a także utrzymywać silne wiązania między siarczkami. W efekcie bateria z cukrem wykazywała pojemność około 700 mAh/gi przepracowała ponad 1000 cykli.
- Bateria chloru z metali alkalicznych
Naukowcy z Uniwersytetu Stanfordaopracował baterię chlorowo-alkaliczną: opiera się na odwrotnej chemicznej konwersji chlorku sodu (Na / Cl2) lub chlorku litu (Li / Cl2) do chloru. Powstałe ogniwo wykazywało dość dużą zdolność rozładowania – 2 800 mA*h/g katody. Ale po pierwszym cyklu użytkowania pojemność spadła o połowę. Mimo to akumulator działał dobrze.
Z nich będą wykonane baterie przyszłościmateriałów powszechnych i łatwych do recyklingu, a także zaczną magazynować energię o dużej gęstości i będą prawie niekorozyjne. Jak dotąd inżynierom i fizykom nie udało się stworzyć idealnej receptury na akumulator, jednak zapotrzebowanie na wydajne magazynowanie energii stale rośnie, dlatego zobaczymy jeszcze wiele nietypowych rozwiązań w tym kierunku.
Czytaj więcej
Hawking miał rację, ale czasami się mylił: najśmielsze pomysły naukowca
Leki na grypę mogą pomóc wirusowi
Chiński pocisk hipersoniczny okrążył cały glob. Jak to możliwe i co o niej wiadomo