Telefoner, elbilar, rymdstationer - för driften av alla dessa enheter behöver du högkvalitativ, kraftfull och
Hur kommer framtidens batteri att fungera?
Ett internationellt team av forskare under ledning avDarren Khan och med deltagande av LG-ingenjörer utvecklade ett högpresterande solid state-batteri med en anod gjord av rent kisel. Det kallades framtidens batteri eftersom dess egenskaper överträffar alla analoger.
För att skapa ett sådant batteri, författarnakombinerade två tillvägagångssätt för tillverkning av batterier för elbilar, så batteriet har en solid-state elektrolyt och en kiselanod. Det resulterande batteriet har testats av ett internationellt team och bekräftats vara säkert.
Den kan också användas inte bara i elbilar, utan också i elektriska nätverk.
Varför utvecklar forskare hela tiden nya typer av batterier? Vad är det för fel på de vi använder idag?
Oftast använder vi litiumjonbatterier, dekan hittas överallt: i telefoner, bärbara datorer, kameror. Sådana batterier är långt ifrån idealiska: de kan lagra energi under lång tid och i stora mängder, men de slits snabbt, kräver också temperatur under användning och tål inte regelbundna och kraftiga vibrationer. Det senare påverkar driften i exempelvis elfordon.
Problemet är att kristallstrukturenlitiumjonbatterier byts ut med varje laddnings-urladdningscykel. Detta innebär att arrangemanget av atomer, som initialt gav den erforderliga prestandan, blir annorlunda.
Korrosion förekommer även i batteriet.Varje elektrod är ansluten till en strömavtagare, vanligtvis en metall som koppar för anoden och aluminium för katoden. Om detta anslutningselement börjar försämras och kollapsa, kommer ytan på strömkollektorn också att deformeras. Därför, om metallen är korroderad, kan den inte flytta elektroner effektivt.
Ett annat problem med moderna batterier är materialetsom de är gjorda av. De flesta använder kobolt - 60% av världens koboltförsörjning kommer från Kongo, så marknadsberoendet är extremt stort och den globala produktionen kan bli lidande på grund av importproblem.
Om litiumjonbatterier inte fungerar bra, kommer de senaste silikonanodbatterierna att ersätta dem?
Ja, men det är inte så enkelt.Vilken teknik som helst har sina nackdelar. Idag används kiselanodbatterier till exempel i Tesla. Enligt Elon Musk bidrar kisel i elbilsbatterier till att öka räckvidden med 6 %. Sådana batterier har också en relativt högre specifik kapacitet - det är cirka 3 600 mA * h / g.
Men det finns också problem:till exempel är denna typ av anod instabil och kan därför vara farlig under drift. Om det kommer i kontakt med en flytande elektrolyt, gör kisel inte ett bra jobb med att lagra energi. I detta fall förlorar elmotorn sin kraft. Det är därför batterier idag inte är helt gjorda av kisel. Om andelen är liten förblir produktivitetstillväxten minimal.
Vilka andra batterier kan dyka upp i våra enheter i framtiden?
- Litium kolbatteri
Ingenjörerna från Mahle tillsammans medbatteritillverkaren Allotrope Energy har skapat en ny litium-kolbatteriarkitektur baserad på superkondensatorer. Det nya batteriet är tillverkat av en höghastighetsanod kombinerad med en katod. Båda delarna är åtskilda av en organisk elektrolyt. Den kan snabbt ladda superkondensatorer och lagra energi med hög densitet. Utvecklarna lyckades ladda en elmoped med den på 90 sekunder.
- Litiumsvavelbatteri med socker
Författarna till ett annat vetenskapligt arbete skapade litium-svavelbatteri och använt socker för att göra det mer stabilt. Vissa sockerbaserade ämnen kan förhindra nedbrytning i geologiska sediment och även upprätthålla starka bindningar mellan sulfider. Som ett resultat visade batteriet med socker en kapacitet på cirka 700 mAh / g och fungerade över 1 000 cykler.
- Alkali metall klor batteri
Forskare vid Stanford Universityutvecklat ett alkalimetallklorbatteri: det är baserat på omvänd kemisk omvandling av natriumklorid (Na / Cl2) eller litiumklorid (Li / Cl2) till klor. Den resulterande cellen visade en ganska hög urladdningskapacitet - 2 800 mA * h / g av katoden. Men efter den första användningscykeln har kapaciteten halverats. Trots detta fungerade batteriet bra.
Framtidens batterier kommer att göras avvanliga och lättåtervinningsbara material, och kommer också att börja lagra energi med hög densitet och vara nästan icke-frätande. Hittills har ingenjörer och fysiker inte kunnat skapa den perfekta formeln för ett batteri, men behovet av effektiv energilagring fortsätter att växa, så vi kommer att se många fler ovanliga lösningar i denna riktning.
Läs mer
Hawking hade rätt, men ibland fel: forskarens mest vågade idéer
Influensamedicin kan hjälpa viruset
En kinesisk hypersonisk missil kretsade runt hela jordklotet. Hur är detta möjligt och vad är känt om henne