Aké úlohy riešia nové technológie?
Na vytvorenie lítium-iónovej technológie dostali traja vedci
Vývoj batérií pre elektrické vozidlá, skladtechnológie a vesmírny priemysel prebiehajú oveľa rýchlejšie. Technologický prielom nastane aj na masovom trhu, ale na to si musia výrobcovia mobilných zariadení zvoliť autonómiu zariadení ako kľúčový prvok pridanej hodnoty. Čakanie však bude dlhé. Medzinárodná energetická agentúra odhaduje, že lítiové batérie zostanú dominantnou technológiou aj v nasledujúcich desaťročiach. Predpokladá sa, že nový vývoj vstúpi na trh najskôr v roku 2025. Základ budúcich zmien sa však kladie už teraz, hlavné trendy sa týkajú technológie rýchleho nabíjania, zmenšovania rozmerov a zvyšovania životnosti batérie.
Startupy pre rýchle nabíjanie
Technológia rýchleho nabíjania má tri hlavnémoment: nábojové algoritmy, energetické parametre a prierez vodiča. Pokiaľ hovoríme o mobilnej technológii, potom z jej nabíjania nevyplývajú rôzne konektory a káble. Typ C sa stal priemyselným štandardom, takže do popredia sa dostávajú nabíjacie algoritmy ako Power Delivery a Quick Charge.
Ich hlavnou úlohou je zabezpečiť prenos ďalšíchmnožstvo energie rovnakým vodičom bez prekročenia prípustnej sily prúdu (do 3 A). Počas nabíjania by sa ale zariadenie nemalo prehrievať, takže sa dnes zameriavajú nielen na zvyšovanie nabíjacieho napätia, ale aj na vývoj špeciálnych algoritmov, ktoré postupne znižujú výkon (keďže batéria obnovuje úroveň nabitia). Technológia rýchleho nabíjania sa navyše stáva jedným z bodov, ktoré zabezpečujú „väzbu“ spotrebiteľa na ekosystém konkrétneho výrobcu.
Kanadský startup GBatteries sa pokúša vyriešiťúlohou je rýchlo doplniť náboj pomocou umelej inteligencie. Rýchle nabíjanie prebieha vďaka postupným mikro-impulzom neustále sa meniaceho prúdu. V nabíjacích staniciach sú vstavané inteligentné algoritmy: určujú, kedy sa má odoslať nasledujúci impulz, a určujú úroveň napätia, aby nedošlo k poškodeniu batérií. Technológia sa plánuje kombinovať so súčasnou generáciou lítium-iónových batérií. Plánuje sa, že vďaka myšlienke budú batérie elektromobilov schopné doplniť nabitie za 5-10 minút. Kanaďania vyvíjajú nabíjacie stanice aj pre ďalšie zariadenia.
Technológia rýchleho nabíjania ponúka aIzraelské spustenie StoreDot. Namiesto úpravy fungovania nabíjačky sa obrátili na chémiu samotnej batérie. Namiesto grafitu sa v kombinácii s organickými zlúčeninami používa cín, germánium a kremík. Nabitie batérie použitej v elektrickom skútri bolo nabité len za päť minút. Odborníci vyvíjajú batériu telefónu, ktorá sa môže nabíjať rovnako rýchlo. Medzi investorov startupu patrí Mercedes Daimler a Samsung. Otázkou však opäť je cena - spočiatku batérie rozhodne nebudú lacné.
Startups sľubujúce super tenké batérie
Ak hovoríme o lítiových batériách, potom je úlohouvýroba batérie s hrúbkou asi 1 mm je celkom uskutočniteľná. Ak je však potrebné zachovať kapacitu, fyzický objem účinnej látky v batérii musí zostať nezmenený. Výsledkom je tenká, ale veľmi široká batéria. Indikátory energetickej účinnosti zariadenia budú zároveň nižšie ako u jeho štandardných „náprotivkov“.
Preto sú ultratenké lítiové batérie žiadanéiba v špecifických oblastiach prístrojového vybavenia. Pokiaľ ide o masový trh, kompaktné zariadenia sú vždy žiadané. Napríklad v rade externých batérií federálnej distribučnej siete Energon má model Revolter 5000 hrúbku iba 5 mm a takéto rozmery už spotrebitelia vnímajú ako supertenký formát.
Medzi technológiami, ktoré ušetriakapacita batérie pri zmenšovaní - startupy z Japonska. Napríklad 3Dom (startup, ktorý sa objavil v roku 2014 na Tokijskej univerzite). Do roku 2022 plány zahrnujú výrobu lítium-kovových batérií, ktoré sú pri rovnakých rozmeroch účinnejšie ako moderné lítium-iónové batérie.
Japonská technológia je založená na náhrade karbónumateriály pre kovové lítium. Takáto chémia poskytuje vyššiu hustotu energie, no zároveň sa zvyšuje riziko skratu a požiaru.
Uvedenie do prevádzky: pre dlhú životnosť
K dispozícii je veľa materiálov z elektród,poskytuje vynikajúci cyklistický odpor - napríklad LTO alebo NMC. Ale kvôli nákladom nie sú tieto batérie dostupné na bežnom spotrebiteľskom trhu. A zatiaľ nie sú žiadne predpoklady, aby sa situácia čoskoro zmenila.
Ale zmeny sa dejú - nielen v terénechémia zariadení, ale aj regulátorov, správa nabitia, energetická účinnosť zariadení. Kombinácia výrazne predlžuje životnosť batérií. Aj Elon Musk, ktorý miluje odvážne sľuby, priznal, že je sľubnejšie vylepšovať lítium-iónové batérie, a nie hľadať úplne nové technológie.
Medzi nové technológie, ktoré prichádzajúponúknuť na trh batérie, kde sú drahé kovy nahradené lacnými a bežnými látkami. Napríklad americký startup Conamix sľubuje odstránenie kobaltu, prvku ťaženého v Kongu. Vláda tejto republiky neustále zvyšuje daň na suroviny. Súčasný vývoj zníži obsah tohto kovu v batériách elektrických vozidiel z 20 % na 4 %.
Ako batérie bránia rozvoju sľubných technológií
Bohužiaľ, pomalý pokrok v tejto oblastiakumulátorové batérie v mnohých ohľadoch obmedzujú rozvoj súvisiacich odvetví. Smartfóny, notebooky, elektromobily sú stále viac a viac technologicky „nadupané“ a vyžadujú stále viac energie. Napríklad aktívny používateľ smartfónu má výdrž batérie 6-8 hodín. Rus navyše v priemere denne otvorí 10-12 aplikácií. V tejto súvislosti si vývojári smartfónov vyberajú programy na úsporu energie. Niektorí výrobcovia štandardne zabudujú aplikácie do firmvéru, zatiaľ čo iní nechávajú výber na užívateľovi - ponúkajú ich stiahnutie. Ak budú k dispozícii efektívne batérie, možnosti používania programov sa zvýšia.
Ďalším smerom je slnečná energia.Väčšina inštalácií zaberá veľa miesta a je drahá. Je známy fakt: leví podiel nákladov na rozmiestnenie solárnych systémov je spojený s nákupom batérií, ktoré budú uchovávať energiu. Lacnejšie a energeticky účinnejšie skladovanie by preto umožnilo výrazne väčšie prijatie ekologických technológií.
Hľadá sa efektívne skladovanie energie av oblasti slnečnej energie. Vedci zo Stanfordskej univerzity napríklad navrhujú alternatívu - využitie biologických systémov. Technológia zahŕňa extrakciu metánu pomocou baktérie Methanococcus maripaludis. Potom sa plánuje prestavba na elektrickú energiu vďaka existujúcej infraštruktúre.
Existuje niekoľko dôvodov, ktoré bránia vzhľadunové, účinnejšie batérie. Jedným z nich sú extrémne vysoké náklady na vývoj. Podľa Lux Research trvá v priemere až 40 miliónov dolárov počas ôsmich rokov, kým sa startup bude sústrediť na hľadanie nových riešení v oblasti skladovania a prepravy energie. Napríklad japonská spoločnosť New Energy & Organizácia pre rozvoj priemyselných technológií vyčlenila 90 miliónov na vytvorenie nového typu batérie. No častejšie musia startupy hľadať financie. Napríklad StoreDot sa obrátil na crowdfunding a podarilo sa mu prilákať investície vo výške 6,25 milióna dolárov.
Replikácia nového vývoja bude stáť viacdrahé. Odhaduje sa, že na vytvorenie novej výrobnej linky a samotné riešenie súvisiacich problémov je potrebných asi 500 miliónov dolárov, a preto technológie, ktoré sa zdajú byť zázrakom, nie sú vždy vyvinuté rýchlo.
Zavádzanie nových technológií prebieha pomaly. Koniec koncov, od vytvorenia stabilných lítium-iónových batérií do začiatku sériovej výroby uplynulo viac ako 10 rokov.
Pozri tiež:
Na Zemi je možné vytvoriť termonukleárny reaktor. Aké to bude mať následky?
Ľadovec Doomsday sa ukázal byť nebezpečnejším, ako si vedci mysleli. Hovoríme to hlavné
V deň 3 choroby väčšina pacientov COVID-19 stratí čuch a často trpí nádchou.