Baterias com açúcar, cloro e carbono. Como e onde vamos armazenar energia no futuro

Телефоны, электрокары, космические станции — для работы всех этих устройств нужны качественные, мощные и

надежные батареи, которые выдерживают тысячи циклов зарядки разрядки. Чтобы удовлетворить эти потребности, инженеры и ученые создают необычные аккумуляторы, например, с щелочными металлами, сахаром или углеродом.

Como funcionará a bateria do futuro?

Международный коллектив ученых во главе с Дарреном Ханом и при участии инженеров LG разработал высокопроизводительную твердотельную батарею с анодом из чистого кремния. Ее назвали батареей будущего, потому что она по своим свойствам превосходит все аналоги.

Para criar tal bateria, os autorescombinou duas abordagens para a produção de baterias para carros elétricos, de modo que a bateria tem um eletrólito de estado sólido e um ânodo de silício. Uma equipe internacional testou a bateria resultante e confirmou que é segura.

Также его можно использовать не только в электрокарах, но и в электросетях.

Por que os cientistas desenvolvem constantemente novos tipos de baterias? O que há de errado com os que usamos hoje?

Чаще всего мы используем литий-ионные батареи, их можно встретить везде: в телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах. Такие аккумуляторы далеки от идеальных: они могут долго хранить энергию и в большом количестве, но быстро изнашиваются, а также требовательны к температуре при использовании и не выдерживают регулярных и мощных вибраций. Последнее сказывается на эксплуатации, например, в электромобилях.

O problema é que a estrutura cristalinaAs baterias de íon de lítio mudam a cada ciclo de carga e descarga. Isso significa que o arranjo dos átomos, que inicialmente proporcionava o desempenho necessário, torna-se diferente.

A corrosão também ocorre na bateria.Cada eletrodo é conectado a um coletor de corrente, geralmente um metal, como cobre para o ânodo e alumínio para o cátodo. Se este elemento de conexão começar a se deteriorar e colapsar, a superfície do coletor de corrente também será deformada. Portanto, se o metal se corroer, ele não pode mover os elétrons com eficiência.

Еще одна проблема современных батарей — материал, из которого их делают. В большинстве используется кобальт — 60% от мировых поставок кобальта идет из Конго, поэтому зависимость рынка крайне высока и из-за проблем с импортом могут страдать глобальные производства.

Se as baterias de íon de lítio forem ineficientes, as baterias de ânodo de silício mais recentes as substituirão?

Sim, mas não é tão simples.Toda tecnologia tem suas desvantagens. Hoje, as baterias de ânodo de silício são usadas, por exemplo, na Tesla. De acordo com Elon Musk, o silício em baterias de veículos elétricos ajuda a aumentar o alcance em 6%. Além disso, essas baterias têm uma capacidade específica relativamente maior - é de cerca de 3.600 mAh / g.

Но есть и проблемы: например, этот тип анода отличается неустойчивостью, поэтому может быть опасен при эксплуатации. Если он контактирует с жидким электролитом, то кремний плохо справляется с хранением энергии. В таком случае электрический двигатель теряет свою мощность. Именно поэтому сегодня батареи не делают полностью из кремния. Если его процент невелик, то и рост производительности остается минимальным.

Que outras baterias podem aparecer em nossos dispositivos no futuro?

  • Bateria de lítio-carbono

Os engenheiros da Mahle, juntamente comA fabricante de baterias Allotrope Energy criou uma nova arquitetura para baterias de lítio-carbono baseadas em supercapacitores. A nova bateria é feita de um ânodo de alta velocidade combinado com um cátodo. Ambas as partes são separadas por um eletrólito orgânico. Com ele, você pode carregar supercapacitores rapidamente e armazenar energia em alta densidade. Os desenvolvedores conseguiram carregar um ciclomotor elétrico em 90 segundos.

  • Bateria de enxofre de lítio com açúcar

Os autores de outro trabalho científico criaram um lítio-enxofrebateria e açúcar usado para torná-lo mais estável. Algumas substâncias à base de açúcar podem prevenir a degradação em sedimentos geológicos e também manter fortes ligações entre os sulfetos. Como resultado, a bateria com açúcar apresentou um desempenho de cerca de 700 mAh/g e funcionou por mais de 1.000 ciclos.

  • Bateria de cloro alcalino

Pesquisadores da Universidade de Stanforddesenvolveu uma bateria com cloro de metais alcalinos: baseia-se na transformação química reversa de cloreto de sódio (Na/Cl2) ou cloreto de lítio (Li/Cl2) em cloro. A célula resultante mostrou uma capacidade de descarga bastante alta - 2800 mA*h/g cátodo. Mas após o primeiro ciclo de uso, a capacidade diminuiu pela metade. Apesar disso, a bateria apresentou um bom resultado.

Батареи будущего будут сделаны из распространенных и легко утилизируемых материалов, а также начнут хранить энергию с высокой плотностью и почти не подвергаться коррозии. Пока что инженерам и физикам не удалось создать идеальную формулу для батареи, но потребность в эффективном хранении энергии продолжает расти, поэтому мы увидим еще много необычных решений в этом направлении.

Consulte Mais informação

Hawking estava certo, mas às vezes errado: as ideias mais ousadas do cientista

Medicamentos para gripe podem ajudar o vírus

Um míssil hipersônico chinês orbitou o globo inteiro. Como isso é possível e o que se sabe sobre ela