Telefóny, elektromobily, vesmírne stanice – pre chod všetkých týchto zariadení potrebujete kvalitné, výkonné a
Ako bude fungovať batéria budúcnosti?
Medzinárodný tím vedcov pod vedenímDarrenom Khanom a za účasti inžinierov LG vyvinuli vysokovýkonnú polovodičovú batériu s anódou vyrobenou z čistého kremíka. Bol nazývaný batériou budúcnosti, pretože svojimi vlastnosťami prevyšuje všetky analógy.
Na vytvorenie takejto batérie autorispojili dva prístupy k výrobe batérií pre elektromobily, takže batéria má tuhý elektrolyt a kremíkovú anódu. Výsledná batéria bola testovaná medzinárodným tímom a potvrdená ako bezpečná.
Využitie nájde aj nielen v elektromobiloch, ale aj v elektrických sieťach.
Prečo vedci neustále vyvíjajú nové typy batérií? Čo je zlé na tých, ktoré používame dnes?
Najčastejšie používame lítium-iónové batérie, oninájdete všade: v telefónoch, notebookoch, fotoaparátoch. Takéto batérie nie sú ani zďaleka ideálne: dokážu dlho a vo veľkom množstve skladovať energiu, no rýchlo sa opotrebúvajú, sú náročné aj na teplotu počas používania a nevydržia pravidelné a silné vibrácie. Ten druhý ovplyvňuje prevádzku napríklad v elektromobiloch.
Problém je v tom, že kryštálová štruktúraLítium-iónové batérie sa menia pri každom cykle nabíjania a vybíjania. To znamená, že usporiadanie atómov, ktoré pôvodne poskytovalo požadovaný výkon, sa líši.
Korózia sa vyskytuje aj v batérii.Každá elektróda je pripojená ku kolektoru prúdu, zvyčajne kovu, ako je meď pre anódu a hliník pre katódu. Ak sa tento spojovací prvok začne zhoršovať a zrútiť, potom sa deformuje aj povrch kolektora prúdu. Preto, ak je kov skorodovaný, nemôže účinne pohybovať elektrónmi.
Ďalším problémom moderných batérií je materiálz ktorých sú vyrobené. Väčšina používa kobalt – 60 % svetových dodávok kobaltu pochádza z Konga, takže závislosť trhu je extrémne vysoká a globálna produkcia môže utrpieť v dôsledku problémov s dovozom.
Ak lítium-iónové batérie nepracujú správne, nahradia ich najnovšie silikónové anódové batérie?
Áno, ale nie je to také jednoduché.Každá technológia má svoje nevýhody. Dnes sa kremíkové anódové batérie používajú napríklad v Tesle. Podľa Elona Muska kremík v batériách elektromobilov pomáha zvýšiť dojazd o 6%. Také batérie majú relatívne vyššiu špecifickú kapacitu - je to asi 3 600 mA * h / g.
Ale sú tu aj problémy:napríklad tento typ anódy je nestabilný, a preto môže byť počas prevádzky nebezpečný. Ak príde do kontaktu s tekutým elektrolytom, potom kremík nerobí dobrú prácu pri ukladaní energie. V tomto prípade elektromotor stráca svoju silu. To je dôvod, prečo dnes batérie nie sú vyrobené výhradne z kremíka. Ak je jeho percento malé, potom rast produktivity zostáva minimálny.
Aké ďalšie batérie sa môžu v budúcnosti objaviť v našich zariadeniach?
- Lítium -uhlíková batéria
Inžinieri Mahle spolu svýrobca batérií Allotrope Energy vytvoril novú architektúru pre lítium-uhlíkové batérie založenú na superkondenzátoroch. Nová batéria je vyrobená z vysokorýchlostnej anódy kombinovanej s katódou. Obe časti sú oddelené organickým elektrolytom. Dokáže rýchlo nabíjať superkondenzátory a ukladať energiu s vysokou hustotou. Vývojárom sa s ním podarilo nabiť elektrický moped za 90 sekúnd.
- Lítiová sírová batéria s cukrom
Autori ďalšej vedeckej práce vytvorili lítium-sírubatériu a na zvýšenie stability použil cukor. Niektoré látky na báze cukru môžu zabrániť degradácii v geologických sedimentoch a tiež udržiavať silné väzby medzi sulfidmi. Výsledkom bolo, že batéria s cukrom vykazovala kapacitu asi 700 mAh / g a pracovala viac ako 1 000 cyklov.
- Chlórová batéria alkalických kovov
Vedci zo Stanfordskej univerzityvyvinula chlórovú batériu alkalického kovu: je založená na reverznej chemickej premene chloridu sodného (Na / Cl2) alebo chloridu lítneho (Li / Cl2) na chlór. Výsledný článok vykazoval pomerne vysokú výbojovú kapacitu - 2 800 mA * h / g katódy. Ale po prvom cykle používania sa kapacita znížila na polovicu. Napriek tomu batéria fungovala dobre.
Batérie budúcnosti budú vyrobené zbežné a ľahko recyklovateľné materiály a tiež začnú ukladať energiu s vysokou hustotou a budú takmer nekorozívne. Inžinierom a fyzikom sa zatiaľ nepodarilo vytvoriť dokonalý vzorec pre batériu, no potreba efektívneho skladovania energie stále rastie, takže v tomto smere uvidíme ešte veľa nezvyčajných riešení.
Čítaj viac
Hawking mal pravdu, ale niekedy sa mýlil: najtrúfalejšie nápady vedca
Chrípkové lieky môžu vírusu pomôcť
Čínska hypersonická strela obletela celú zemeguľu. Ako je to možné a čo sa o nej vie