Телефони, електрокари, космічні станції – для роботи всіх цих пристроїв потрібні якісні, потужні та
Як працюватиме батарея майбутнього?
Міжнародний колектив вчених на чолі зДаррен Ханом і за участю інженерів LG розробив високопродуктивну твердотільну батарею з анодом з чистого кремнію. Її назвали батареєю майбутнього, тому що вона за своїми властивостями перевершує всі аналоги.
Щоб створити такий акумулятор, авторискомбінували два підходи до виробництва акумуляторів для електрокарів, тому в батареї є твердотільний електроліт та кремнієвий анод. Міжнародна група протестувала акумулятор, що вийшов, і підтвердила, що він безпечний.
Також його можна використовувати не лише в електрокарах, а й у електромережах.
Навіщо вчені постійно розробляють нові види батарей? Чим погані ті, що ми використовуємо сьогодні?
Найчастіше ми використовуємо літій-іонні батареї, їхможна зустріти скрізь: у телефонах, ноутбуках, фотоапаратах. Такі акумулятори далекі від ідеальних: вони можуть довго зберігати енергію і у великій кількості, але швидко зношуються, а також вимогливі до температури при використанні та не витримують регулярних та потужних вібрацій. Останнє позначається на експлуатації, наприклад, у електромобілях.
Проблема в тому, що кристалічна структуралітій-іонних батарей змінюється при кожному циклі заряджання розрядки. Це означає, що розташування атомів, яке спочатку забезпечувало необхідну продуктивність, стає іншим.
Також у батареї відбувається корозія.Кожен електрод з'єднаний з колектором струму, зазвичай це метал, наприклад мідь для анода і алюміній для катода. Якщо цей сполучний елемент починає псуватися і руйнуватися, то деформуватиметься і поверхня колектора струму. Тому якщо метал роз'їдається, він може ефективно переміщати електрони.
Ще одна проблема сучасних батарей - матеріал,з якого їх роблять. У більшості використовується кобальт - 60% від світових поставок кобальту йде з Конго, тому залежність ринку вкрай висока і через проблеми з імпортом можуть страждати на глобальні виробництва.
Якщо літій-іонні батареї працюють неефективно, нові батареї з кремнієвими анодами замінять їх?
Так, але все не так просто.Будь-яка технологія має свої мінуси. Сьогодні акумулятори з кремнієвим анодом використовують, наприклад, Tesla. За словами Ілона Маска, кремній в акумуляторах електромобілів допомагає збільшити запас ходу на 6%. Також у таких батарей порівняно більша питома ємність - вона становить близько 3600 мА * год/г.
Але є й проблеми:наприклад, цей тип анода відрізняється нестійкістю, тому може бути небезпечним під час експлуатації. Якщо він контактує з рідким електролітом, кремній погано справляється зі зберіганням енергії. У такому разі електричний двигун втрачає свою потужність. Саме тому сьогодні батареї не роблять повністю із кремнію. Якщо його відсоток невеликий, то зростання продуктивності залишається мінімальним.
Які ще батареї можуть у майбутньому з'явитися в наших пристроях?
- Літій-вуглецева батарея
Інженери з компанії Mahle разом звиробником акумуляторів Allotrope Energy створили нову архітектуру літій-вуглецевих акумуляторів на основі суперконденсаторів. Нова батарея виготовлена з високошвидкісного анода у поєднанні з катодом. Обидві частини поділяє органічний електроліт. За допомогою неї можна швидко заряджати суперконденсатори та зберігати енергію з високою щільністю. Розробникам вдалося зарядити за її допомогою електричний мопед за 90 секунд.
- Літій-сірчана батарея з цукром
Автори іншої наукової роботи створили літій-сірчанубатарею та використовували цукор, щоб зробити її більш стабільною. Деякі речовини на основі цукру можуть запобігати деградації геологічних відкладень, а також підтримують міцні зв'язки між сульфідами. В результаті батарея з цукром продемонструвала продуктивність близько 700 мА*год/г та працювала понад 1000 циклів.
- Батарея з хлором із лужних металів
Дослідники зі Стенфордського університетурозробили акумуляторну батарею з хлором із лужних металів: вона заснована на зворотному хімічному перетворенні хлориду натрію (Na/Cl2) або хлориду літію (Li/Cl2) на хлор. Отримана комірка показала досить високу розрядну ємність - 2800 мА * год/г катода. Але після першого циклу використання ємність зменшилася вдвічі. Незважаючи на це, акумулятор показав добрий результат.
Батареї майбутнього будуть зроблені зпоширених матеріалів, що легко утилізуються, а також почнуть зберігати енергію з високою щільністю і майже не піддаватися корозії. Поки інженерам і фізикам не вдалося створити ідеальну формулу для батареї, але потреба в ефективному зберіганні енергії продовжує зростати, тому ми побачимо ще багато незвичайних рішень у цьому напрямку.
Читати далі
Хокінг мав рацію, але іноді помилявся: найсміливіші ідеї вченого
Ліки, які прописують при грипі, можуть допомагати вірусу
Китайська гіперзвукова ракета облетіла всю земну кулю. Як це можливо і що про неї відомо