Kada su baterije u pitanju, pravilo je „sve ili ništa“. Bez uređaja za skladištenje energije nove generacije neće biti ni prekretnice u energetskoj politici niti na tržištu električnih vozila.
Mooreov zakon, postavljen u IT industriji, obećava povećanje performansi procesora svake dvije godine. Razvoj baterija zaostaje, sa povećanjem efikasnosti po prosječnoj stopi od 7% godišnje. I iako litijum-jonske baterije u modernim pametnim telefonima traju sve duže i duže, to je uglavnom zbog optimizovanih performansi čipova.
Litijum-jonske baterije dominiraju tržištem zbog svoje male težine i velike gustine energije.
Svake godine se milijarde baterija ugrade u mobilne uređaje, električna vozila i sisteme za skladištenje električne energije iz obnovljivih izvora energije. Međutim, moderna tehnologija je dostigla svoje granice.
Dobra vijest je to litijum nove generacije- jonske baterije već gotovo ispunjava zahtjeve tržišta. Oni koriste litijum kao materijal za skladištenje, što teoretski omogućava desetostruko povećanje gustine skladištenja energije.
Uz to su date i studije drugih materijala. Iako litijum obezbeđuje prihvatljivu gustoću energije, govorimo o razvojima koji su nekoliko redova veličine optimalniji i jeftiniji. Na kraju krajeva, priroda nam može pružiti najbolje šeme za visokokvalitetne baterije.
Univerzitetske istraživačke laboratorije razvijaju prve uzorke organske baterije. Međutim, može proći nekoliko desetljeća prije nego što takve biobaterije uđu na tržište. Mostu u budućnost pomažu male baterije koje se pune hvatanjem energije.
Mobilna napajanja
Prema Gartneru, ove godine će biti prodato više od 2 milijarde mobilnih uređaja, svaki sa litijum-jonskom baterijom. Ove baterije se danas smatraju standardom, dijelom i zato što su tako lagane. Međutim, oni imaju samo maksimalnu gustoću energije od 150-200 Wh/kg.
Litijum-jonske baterije pune i oslobađaju energiju pomeranjem litijum jona. Prilikom punjenja, pozitivno nabijeni ioni kreću se od katode kroz otopinu elektrolita između grafitnih slojeva anode, akumuliraju se tamo i pričvršćuju elektrone na struju punjenja.
Kada se isprazne, oni predaju elektrone strujnom krugu, litijevi ioni se vraćaju na katodu, gdje se ponovo vezuju za metal koji se u njemu nalazi (u većini slučajeva kobalt) i kisik.
Kapacitet litijum-jonskih baterija zavisi od toga koliko litijum jona može biti locirano između slojeva grafita. Međutim, zahvaljujući silicijumu, baterije sada mogu da rade efikasnije.
Poređenja radi, potrebno je šest atoma ugljika da se veže jedan litijum jon. Jedan atom silicijuma, naprotiv, može zadržati četiri litijumova jona.
Litijum-jonska baterija svoju električnu energiju pohranjuje u litiju. Kada se anoda napuni, atomi litija se pohranjuju između slojeva grafita. Kada se isprazne, oni odustaju od elektrona i kreću se u obliku litijum jona u slojevitu strukturu katode (litijum kobaltit).
Silicijum povećava kapacitet
Kapacitet baterije se povećava kada je silicijum uključen između slojeva grafita. Povećava se tri do četiri puta kada se silicijum kombinuje sa litijumom, ali nakon nekoliko ciklusa punjenja sloj grafita puca.
Rješenje za ovaj problem nalazi se u startap projekat Amprius, koju su kreirali naučnici sa Univerziteta Stanford. Projekat Amprius dobio je podršku ljudi kao što su Eric Schmidt (predsjedavajući odbora direktora Google-a) i nobelovac Steven Chu (američki ministar energetike do 2013.).
Porozni silicijum u anodi povećava efikasnost litijum-jonskih baterija do 50%. Tokom implementacije Amprius startup projekta proizvedene su prve silikonske baterije. U okviru ovog projekta, dostupne su tri metode za rješavanje „problema grafita“. Prvi je nanošenje poroznog silicijuma, koji se može smatrati "spužvom". Prilikom skladištenja litijuma, on se vrlo malo povećava u volumenu, stoga slojevi grafita ostaju netaknuti. Amprius može stvoriti baterije koje pohranjuju do 50% više energije od konvencionalnih.
Efikasniji u skladištenju energije od poroznog silicijuma sloj silicijumskih nanocevi. U prototipovima je postignuto skoro dvostruko povećanje kapaciteta punjenja (do 350 Wh/kg).
Sunđer i cijevi i dalje moraju biti obložene grafitom, jer silicijum reagira s otopinom elektrolita i time smanjuje vijek trajanja baterije.
Ali postoji i treća metoda. Istraživači projekta Ampirus uveli su u karbonsku školjku grupe silicijumskih čestica, koji se ne dodiruju direktno, ali daju slobodan prostor česticama za povećanje volumena. Litijum se može akumulirati na ovim česticama, ali ljuska ostaje netaknuta. Čak i nakon hiljada ciklusa punjenja, kapacitet prototipa je pao samo za 3%.
Silicijum se kombinuje sa nekoliko atoma litija, ali se pri tome širi. Kako bi spriječili razbijanje grafita, istraživači koriste strukturu biljke nara: ubrizgavaju silicij u grafitne školjke koje su dovoljno velike da prihvate dodatni litij. Ekologija potrošnje Nauka i tehnologija: Budućnost električnog transporta u velikoj mjeri zavisi od poboljšanja baterija – one bi trebale biti manje teške, brže se puniti i istovremeno proizvoditi više energije.
Budućnost električnih vozila u velikoj mjeri ovisi o poboljšanju baterija – trebala bi biti manje teška, brže se puniti i istovremeno proizvoditi više energije. Naučnici su već postigli neke rezultate. Tim inženjera stvorio je litijum-kiseoničke baterije koje ne troše energiju i mogu da traju decenijama. Australijski naučnik je predstavio jonistor na bazi grafena koji se može puniti milion puta bez gubitka efikasnosti.
Litijum-kiseoničke baterije su lagane i proizvode mnogo energije i mogle bi biti idealne komponente za električna vozila. Ali takve baterije imaju značajan nedostatak - brzo se troše i oslobađaju previše energije u obliku izgubljene topline. Novi razvoj Naučnici sa MIT-a, Argonne nacionalne laboratorije i Pekinškog univerziteta obećavaju da će riješiti ovaj problem.
Napravljene od strane tima inženjera, litijum-kiseoničke baterije koriste nanočestice koje sadrže litijum i kiseonik. U tom slučaju kisik, pri promjeni stanja, ostaje unutar čestice i ne vraća se u plinovitu fazu. Ovo se razlikuje od litijum-vazdušnih baterija, koje uzimaju kiseonik iz vazduha i ispuštaju ga u atmosferu tokom reverzne reakcije. Novi pristup smanjuje gubitak energije (električni napon je smanjen za skoro 5 puta) i produžava vijek trajanja baterije.
Litijum-kiseonička tehnologija je takođe dobro prilagođena realnim uslovima, za razliku od litijum-vazdušnih sistema, koji se kvare kada su izloženi vlazi i CO2. Osim toga, litijumske i kisikove baterije su zaštićene od prepunjavanja - čim energije postane previše, baterija prelazi na drugu vrstu reakcije.
Naučnici su izveli 120 ciklusa punjenja-pražnjenja, dok je produktivnost smanjena za samo 2%.
Do sada su naučnici kreirali samo prototip baterije, ali u roku od godinu dana namjeravaju razviti prototip. Ne zahtijeva skupe materijale, a proizvodnja je vrlo slična tradicionalnim litijum-jonskim baterijama. Ako se projekat realizuje, tada će u bliskoj budućnosti električni automobili skladištiti dvostruko više energije sa istom masom.
Inženjer sa Tehnološkog univerziteta Swinburne u Australiji riješio je još jedan problem baterija - brzinu njihovog punjenja. Ionistor koji je razvio se puni skoro trenutno i može se koristiti dugi niz godina bez gubitka efikasnosti.
Han Lin je koristio grafen, jedan od najjačih materijala koji su danas dostupni. Zbog svoje strukture nalik saću, grafen ima veliku površinu za skladištenje energije. Naučnik je štampao grafenske ploče na 3D štampaču - ovaj način proizvodnje takođe vam omogućava da smanjite troškove i povećate obim.
Ionistor koji je stvorio naučnik proizvodi istu količinu energije po kilogramu težine kao litijum-jonske baterije, ali se puni za nekoliko sekundi. Štaviše, umjesto litijuma koristi grafen, koji je mnogo jeftiniji. Prema Han Linu, superkondenzator može proći milione ciklusa punjenja bez gubitka kvaliteta.
Sektor proizvodnje baterija ne miruje. Braća Kreisel iz Austrije kreirali su novu vrstu baterija koja teži skoro upola manje od tradicionalnih baterija. Tesla model S.
Norveški naučnici sa Univerziteta u Oslu izumili su bateriju koja može biti potpuno... Međutim, njihov razvoj je namijenjen urbanim javni prijevoz, koji redovno staje - na svakom od njih autobus će se napuniti i biće dovoljno energije da stigne do sljedeće stanice.
Naučnici sa Univerziteta Kalifornije, Irvine, bliži su stvaranju vječne baterije. Razvili su bateriju od nanožice koja se može puniti stotine hiljada puta.
A inženjeri Univerziteta Rice uspjeli su stvoriti takav koji radi na temperaturi od 150 stepeni Celzijusa bez gubitka efikasnosti. objavljeno
S razvojem tehnologije, uređaji postaju sve kompaktniji, funkcionalniji i mobilniji. Zasluga takvog savršenstva punjive baterije, koji napajaju uređaj. Mnogo toga je izmišljeno tokom godina različite vrste baterije, koje imaju svoje prednosti i mane.
Činilo bi se da je to obećavajuća tehnologija prije deset godina litijum jona baterije više ne ispunjavaju zahtjeve savremenog napretka za mobilne uređaje. Nisu dovoljno snažni i brzo stare uz čestu upotrebu ili dugotrajno skladištenje. Od tada su razvijene podvrste litijumskih baterija, kao što su litijum-gvozdene fosfatne, litijum-polimerne i druge.
Ali nauka ne miruje i traži nove načine da još bolje uštedi električnu energiju. Na primjer, izmišljaju se druge vrste baterija.
Litijum-sumporne baterije (Li-S)
Litijum sumpor Tehnologija omogućava dobijanje baterija sa energetskim kapacitetom koji je dvostruko veći od njihovih litijum-jonskih roditelja. Bez značajnog gubitka kapaciteta, ovaj tip baterije može se napuniti do 1500 puta. Prednost baterije je u tehnologiji izrade i rasporeda, koja koristi tečnu katodu koja sadrži sumpor, a odvojena je posebnom membranom od anode.
Litijum sumporne baterije mogu se koristiti u prilično širokom temperaturnom rasponu, a troškovi njihove proizvodnje su prilično niski. Za masovnu upotrebu potrebno je otkloniti nedostatak proizvodnje, odnosno zbrinjavanje sumpora koji je štetan za okolinu.
Magnezijum-sumporne baterije (Mg/S)
Do nedavno nije bilo moguće kombinirati namjene sumpor i magnezijum u jednoj ćeliji, ali ne tako davno naučnici su to mogli da urade. Da bi oni radili, bilo je potrebno izmisliti elektrolit koji bi radio sa oba elementa.
Zahvaljujući izumu novog elektrolita zbog stvaranja kristalnih čestica koje ga stabiliziraju. Nažalost, prototip trenutno nije izdržljiv, a takve baterije najvjerovatnije neće ići u proizvodnju.
Fluoridne jonske baterije
Anioni fluora se koriste za prijenos naboja između katode i anode. Ova vrsta baterija ima kapacitet koji je desetine puta veći od konvencionalnih litijum-jonskih baterija, a može se pohvaliti i manjom opasnošću od požara. Elektrolit je na bazi barijum lantana.
Čini se da je razvoj baterija obećavajući smjer, ali nije bez nedostataka; vrlo ozbiljna prepreka masovnoj upotrebi je rad baterije samo na vrlo visokim temperaturama.
Litijum-vazdušne baterije (Li-O2)
Zajedno sa tehnički napredakčovječanstvo već razmišlja o našoj ekologiji i traži čistije i čistije izvore energije. IN litijum vazduh U baterijama se umjesto metalnih oksida u elektrolitu koristi ugljik, koji reagira sa zrakom i stvara električnu struju.
Gustina energije je do 10 kWh/kg, što im omogućava da se koriste u električnim vozilima i mobilnih uređaja. Očekuje se da će uskoro biti dostupan krajnjem potrošaču.
Litijum nanofosfatne baterije
Ova vrsta baterija je nova generacija litijum-jonskih baterija, među prednostima kojih je velika brzina punjenje i mogućnost izlaza velike struje. Za potpuno punjenje, na primjer, potrebno je oko 15 minuta.
Nova tehnologija koja koristi posebne nanočestice sposobne da obezbede brži protok jona omogućava vam da povećate broj ciklusa punjenja i pražnjenja za 10 puta! Naravno, imaju slabo samopražnjenje i nema efekta pamćenja. Nažalost, široku upotrebu ometa velika težina baterija i potreba za posebnim punjenjem.
Kao zaključak, može se reći jedno. Uskoro ćemo vidjeti široku upotrebu električnih vozila i uređaja koji mogu raditi jako dugo bez punjenja.
Elektro vijesti:
Proizvođač automobila BMW predstavio svoju verziju električnog bicikla. Električni BMW bicikl opremljen elektromotorom (250 W) Ubrzanje do brzina do 25 km/h.
Dogurati do stotke za 2,8 sekundi u električnom automobilu? Prema glasinama, ažuriranje P85D će smanjiti vrijeme ubrzanja od 0 do 100 kilometara na sat sa 3,2 na 2,8 sekundi.
Španski inženjeri razvili su bateriju koja može da pređe više od 1000 km! 77% je jeftiniji i naplaćuje se za samo 8 minuta
Istraživači sa Univerziteta Teksas u Austinu, predvođeni 94-godišnjim profesorom Johnom Goodenoughom, razvili su novi tip solid-state baterije. Zanimljivo je da je John Goodenough jedan od kreatora modernih litijum-jonskih baterija. Godine 1983. on i njegove kolege su predložili korištenje litijum kobaltita kao katode u litijum-jonskim baterijama. Nova tehnologija uključuje stvaranje potpuno čvrstih baterija koje se razlikuju povećana sigurnost, izdržljivost i povećana brzina punjenja u odnosu na tradicionalne.
“Cijena, sigurnost, gustoća energije, brzine punjenja i pražnjenja i izdržljivost su kritični atributi za baterije električnih vozila koji bi mogli utjecati na njihovu sve veću popularnost. Vjerujemo da naše otkriće rješava mnoge probleme svojstvene modernim baterijama,” rekao je John Goodenough.
Nove baterije imaju najmanje tri puta veću gustinu energije od trenutnih litijum-jonskih baterija. Za električna vozila to znači da će moći prijeći veću udaljenost s jednim punjenjem, a pametni telefoni će se moći pohvaliti visokom autonomijom. Osim povećane gustine energije, nove baterije takođe zadržavaju svoj kapacitet za više ciklusa punjenja (do 1.200 ciklusa), a njihovo vrijeme punjenja se mjeri u minutama, a ne satima.
Moderne litijum-jonske baterije koriste tekuće elektrolite za pomicanje litijum jona između anode i katode. I kada brzo punjenje Može doći do kratkog spoja, koji je često praćen eksplozijom. Istraživači sa Univerziteta Teksas koristili su staklene umjesto tečnih elektrolita - oni omogućavaju upotrebu anode alkalnog metala (litijum, natrijum ili kalij) bez mogućnosti stvaranja dendrita.
Još jedna prednost korištenja staklenih elektrolita umjesto tekućih elektrolita je ta što mogu bez problema raditi na temperaturama ispod nule. Osim toga, svi elementi takve baterije mogu biti izrađeni od ekološki prihvatljivih materijala.
Nažalost, kao što je slučaj i sa drugima obećavajuće tehnologije proizvodnja baterija, još nema govora o komercijalnoj upotrebi ovog razvoja.
Izumitelj litijum-jonskih baterija predstavio je novu vrstu baterija
Izumitelj litijum-jonskih baterija predstavio je novu vrstu baterija
Istraživači sa Univerziteta Teksas u Austinu kreirali su solid-state baterije od kojih se očekuje da će pružiti efikasniju i potpuno sigurniju alternativu litijum-jonskim baterijama. Razvoj vodi 94-godišnji pronalazač John Goodenough, koji je kokreirao litijum-jonsku bateriju prije skoro tri decenije.
Kako su eksperimentatori otkrili, novi tip baterije ima tri puta veći energetski kapacitet, brže se puni, može izdržati temperature do -60°C, ne eksplodira zbog pregrijavanja ili oštećenja kućišta i ne šteti okruženje po odlaganju. Kao materijal koji skladišti električnu energiju, takva baterija koristi ne rijedak i skup litijum, već jeftin natrij, koji se može izdvojiti iz morske vode na isti način kao i sol.
Litijum-jonske baterije se široko koriste i koriste se u gotovo svim vrstama elektronskih uređaja. Princip njihovog rada zasniva se na kretanju iona tečnog elektrolita između anode i katode. Ako se baterija puni prebrzo, u njoj se mogu formirati litijevi "pucanja", što dovodi do smanjenja kapaciteta, kratkog spoja, pa čak i eksplozije baterije. Elektrolit u Goodenoughovoj novoj bateriji je staklo, što omogućava korištenje alkalnih metala (kao što su natrij ili kalij) kao anode, koji ne stvaraju procese. Rizik da se takva baterija zapali je blizu nule.
“Cijena, sigurnost, energetski intenzitet, brzina punjenja i vijek trajanja baterije su kritični pokazatelji za nastavak usvajanja električnih vozila. Vjerujemo da će naša tehnologija pomoći u rješavanju mnogih problema koji muče moderne baterije,” komentirao je John Goodenough svoj izum.
Goodenough nije prvi koji je odlučio zamijeniti tekuće elektrolite čvrstim. Prije njega, istraživači sa Massachusetts Institute of Technology izveli su slične eksperimente. Koristili su sulfide, ali su otkrili da je ovaj materijal previše krt, pa se baterije na njemu ne mogu koristiti u prijenosnoj opremi i električnim vozilima.
Litijum-jonske baterije se koriste u elektronici od ranih devedesetih i gotovo su zamijenile sve druge vrste baterija. Već 25 godina nije postignut značajan napredak u ovoj tehnologiji - energetska efikasnost takvih baterija, iako raste, vrlo je spora. Njihov glavni problem je opasnost od eksplozije u svakom trenutku bez vidljivih razloga i postepeni gubitak nominalnog kapaciteta od prekomjernog punjenja do potpunog iscrpljivanja.
Novi tip baterije od izumitelja litijum-jonske baterije
Istraživači sa Univerziteta Teksas u Austinu kreirali su solid-state baterije od kojih se očekuje da će pružiti efikasniju i potpuno sigurniju alternativu litijum-jonskim baterijama.
Konvencionalne baterije ovog tipa opremljene su karbonskom katodom u čijim porama atmosferski kiseonik, igrajući ulogu aktivnog materijala. Tokom pražnjenja, litijum kationi se kreću od litijumske anode kroz elektrolit i reaguju sa kiseonikom, formirajući (idealno) litijum peroksid Li 2 O 2, koji se zadržava na katodi, a elektroni teku od anode do katode kroz strujni krug. Prednost litijum-vazdušnih uzoraka u odnosu na tradicionalne litijum-jonske uzorke smatra se većom dostižnom gustinom energije.
Na performanse litijum-vazdušnih baterija utiču mnogi faktori: relativna vlažnost, parcijalni pritisak kiseonika, sastav elektrolita, izbor katalizatora i ukupni raspored uređaja. Također je potrebno uzeti u obzir da produkti reakcije taloženi na ugljičnoj elektrodi (Li 2 O 2) blokiraju prodiranje kisika, ograničavajući kapacitet. Vazdušna elektroda optimalne konfiguracije, dakle, mora imati i pore mikro veličine, koje osiguravaju slobodan prolaz kisika, i nano-veličine šupljine koje stvaraju dovoljnu gustoću mjesta za Li-O 2 reakcije.
Šema funkcionaliziranog grafenskog lista s funkcionalnim grupama na objema stranama i rubovima i defektima rešetke koji postaju energetski povoljna mjesta za hvatanje produkta reakcije (Li 2 O 2). Defekti su istaknuti žutom i ljubičastom bojom, atomi ugljika sivom, atomi kisika crvenom, a atomi vodika bijelom bojom. Idealna porozna struktura zračne elektrode prikazana je na desnoj strani. (U daljem tekstu ilustracije su iz časopisa Nano Letters.)
Za stvaranje novih elektroda korišteni su funkcionalizirani listovi grafena dobiveni toplinskom obradom grafitnog oksida. Početni odnos C/O oksida je otprilike dva, ali zadržavanje na 1050 ˚C samo 30 s omogućava mu da se poveća na
15 zbog oslobađanja CO 2. Nakon što ugljični dioksid ode, listovi dobivaju defekte rešetke, koji doprinose stvaranju izoliranih čestica Li 2 O 2 nano veličine koje ne blokiraju pristup kisiku tijekom rada baterije.
Pripremljeni listovi su stavljeni u rastvor mikroemulzije koji sadrži veziva. Nakon sušenja, elektroda je dobila neobičnu unutrašnju strukturu, u kojoj se ističu labavo zbijeni elementi u obliku jaja. Između njih su bili položeni široki prolazi, a "ljuska" elemenata sadržavala je brojne pore nano veličine. Drugim riječima, dizajn elektrode bio je blizu optimalnog.
Grafenske elektrode: gore - tek napravljene, ispod - nakon pražnjenja. Strelice pokazuju Li 2 O 2 čestice. Dimenzije su date u mikrometrima.
U eksperimentima, litijum-vazdušne baterije sa grafenskim elektrodama (bez katalizatora) pokazale su rekordno visok kapacitet od 15.000 mAh po gramu ugljenika. Takvi rezultati, napominjemo, postignuti su u atmosferi čistog O 2, a u zraku se kapacitet značajno smanjuje, jer voda ometa rad uređaja. Autori već razmišljaju o dizajnu membrane, koja će garantirati zaštitu od vode, ali će omogućiti prolazak potrebnog kisika.
„Također želimo da baterija bude potpuno punjiva“, kaže vođa tima Ji-Guang Zhang. "Ovo će zahtijevati novi elektrolit i novi katalizator, a to je ono što nas sada zanima."
Kriva pražnjenja litijum-vazdušne baterije sa grafenskom elektrodom.
Nemci su izmislili fluorid-jonske baterije
Pored čitave armije elektrohemijskih izvora struje, naučnici su razvili još jednu opciju. Njegove navedene prednosti su niža opasnost od požara i deset puta veći specifični kapacitet od litijum-jonskih baterija.
Hemičari sa Tehnološkog instituta Karlsruhe (KIT) predložili su koncept baterija zasnovanih na metalnim fluoridima i čak su testirali nekoliko malih laboratorijskih uzoraka.
U takvim baterijama anjoni fluora su odgovorni za prijenos naboja između elektroda. Anoda i katoda baterije sadrže metale, koji se, ovisno o smjeru struje (punjenje ili pražnjenje), naizmjenično pretvaraju u fluoride ili se ponovo reduciraju u metale.
„Budući da jedan atom metala može prihvatiti ili donirati više elektrona odjednom, ovaj koncept omogućava izuzetno visoke gustoće energije - do deset puta veće od konvencionalnih litijum-jonskih baterija,“ kaže jedan od autora razvoja, dr. Maximilian Fichtner .
Kako bi testirali ideju, njemački istraživači su kreirali nekoliko uzoraka takvih baterija promjera 7 milimetara i debljine 1 mm. Autori su proučavali nekoliko materijala za elektrode (bakar i bizmut u kombinaciji s ugljikom, na primjer) i stvorili elektrolit na bazi lantana i barija.
Međutim, takav čvrsti elektrolit je samo međukorak. Ovaj sastav, koji provodi jone fluora, dobro funkcioniše samo kada visoke temperature. Stoga kemičari traže zamjenu za njega - tekući elektrolit koji bi djelovao na sobnoj temperaturi.
(Za detalje pogledajte saopštenje za štampu instituta i članak Journal of Materials Chemistry.)
Teško je predvidjeti kakva je budućnost tržišta baterija. Litijumske baterije su i dalje kralj, a imaju dobar potencijal zahvaljujući razvoju litijum polimera. Uvođenje srebrno-cink elemenata je vrlo dug i skup proces, a njegova izvodljivost je još uvijek diskutabilno pitanje. Tehnologije gorivih ćelija i nanocijevi su godinama hvaljene i opisivane najljepšim riječima, ali kada je u pitanju praksa, stvarni proizvodi su ili preglomazni, preskupi ili oboje. Jasno je samo jedno - u narednim godinama ova industrija će se nastaviti aktivno razvijati, jer popularnost prijenosnih uređaja raste skokovima i granicama.
Paralelno sa laptopima koji su fokusirani na autonomni rad, razvija se i pravac desktop laptopa, u kojem baterija radije igra ulogu rezervnog UPS-a. Samsung je nedavno objavio sličan laptop bez baterije.
IN NiCd-baterije imaju i mogućnost elektrolize. Da bi se spriječilo nakupljanje eksplozivnog vodonika u njima, baterije su opremljene mikroskopskim ventilima.
Na čuvenom institutu MIT Nedavno je zahvaljujući naporima posebno obučenih virusa razvijena jedinstvena tehnologija za proizvodnju litijumskih baterija.
Iako gorivne ćelije Izvana se potpuno razlikuje od tradicionalne baterije; radi na istim principima.
Ko još može predložiti neke obećavajuće smjerove?
Proizvedene su obećavajuće grafenske elektrode za litijum-vazdušne baterije
Nastavljam da ispunjavam želje mojih prijatelja sa Oktobarskog ORDER STOLA. Čitamo pitanje trudnopisaka: Bilo bi zanimljivo znati o novim tehnologijama baterija koje se spremaju za masovnu proizvodnju. Pa, naravno, kriterijum masovne proizvodnje je donekle fleksibilan, ali...
Zajednice › Električni automobili › Blog › Nove baterije sa povećanim kapacitetom za 20 puta.
Čeh Jan Prochazka stvorio je revolucionarni tip baterija, čiju proizvodnju sada mogu financirati najveći svjetski investitori.
Nova 3D baterija razlikuje se od ranije poznatih modela po načinu proizvodnje. Stvar je u tome što su u novoj bateriji galvanske ćelije raspoređene horizontalno u obliku ploča u okviru, a ne vertikalno u obliku metalnih filmova sa aktivnim slojevima, kao što je slučaj sa litijumskim baterijama.
Ova tehnologija pomaže u smanjenju troškova proizvodnje, stoga će cijena u odnosu na litijum biti niža.
Nova tehnologija baterija omogućava ne samo povećanje njihovog kapaciteta za najmanje 20 puta, već omogućava i brže punjenje baterija.
Nove baterije velikog kapaciteta mogu riješiti problem glavni problem alternativna energija – dugotrajno skladištenje akumulirane energije. Osim toga, mogu se koristiti u električnim vozilima - kao rezultat toga, domet vožnje će se značajno povećati.
Patent za 3D bateriju drži HE3DA, na čijem je čelu tvorac nove baterije Jan Prochazk. Trenutno je proizveo 160 primjeraka u svojoj radionici u Letnanyju.
Češki izum privukao je interesovanje velikog broja velikih investitora iz Njemačke i Slovačke. Ipak, najzanimljiviji je bio prijedlog privatnog kineskog milijardera, investitora Hu Yuanpinga.
Kinezi su uplatili bespovratni depozit od 5 miliona evra i spremni su da plate još 50 miliona evra za 49% udela u HE3DA www.he3da.cz/#!technology/ci26. No, velikodušnost kineskog milijardera tu nije kraj, u budućnosti planira uložiti još 50 miliona eura ako projekat bude dobro prošao.
Prva fabrika za proizvodnju 3D baterija pojaviće se na severu Moravske u gradu Gorní Sucha, a kasnije će se pokrenuti masovna proizvodnja u Kini.
Prochazkin izum ne samo da će učiniti efikasnijim skladištenje energije iz vjetroelektrana i solarnih elektrana, već bi se mogao koristiti i u električnim automobilima, čineći ih još popularnijim.
* negativan kontroler za komentare je omogućen
Zajednice › Električni automobili › Blog › Nove baterije sa 20 puta povećanim kapacitetom
Oznake: 3d baterija, revolucionarni tip baterije, he3da. Čeh Jan Prochazka stvorio je revolucionarni tip baterija, čiju proizvodnju sada mogu financirati najveći svjetski investitori. Nova 3D baterija razlikuje se od ranije poznatih modela po načinu proizvodnje. Stvar je u tome što su u novom akumulatoru galvanske ćelije postavljene horizontalno...
Specifični energetski intenzitet modernih litijum-jonskih baterija dostiže 200 Wh/kg. U prosjeku, to je dovoljno samo za 150 kilometara dometa bez dopunjavanja, što se ne može porediti s kilometražom na jednom dolivanju goriva za automobile s konvencionalnim motorom s unutrašnjim sagorijevanjem. Da bi električna vozila postala mainstream, moraju imati uporediv domet. Da biste to učinili, potrebno je povećati specifični energetski intenzitet baterija na najmanje 350-400 Wh/kg. Obećavajući tipovi baterija opisani u nastavku moći će to pružiti, iako svaki slučaj ima svoje "ali".
Litijum-sumporne baterije odlikuju se velikim specifičnim kapacitetom, što je posledica činjenice da tokom hemijske reakcije svaki molekul odustaje ne jedan, već dva slobodna elektrona. Njihova teoretska specifična energija je 2600 W*h/kg. Osim toga, takve baterije su znatno jeftinije i sigurnije od litijum-jonskih.
Osnovna Li-S baterija sastoji se od litijumske anode, sumpor-ugljične katode i elektrolita kroz koji prolaze litijum ioni. Kada dođe do pražnjenja hemijska reakcija, tokom kojeg se litijum anode pretvara u litijum sulfid, koji se taloži na katodi. Napon baterije se kreće od 1,7 do 2,5 V, ovisno o stanju napunjenosti baterije. Litijum polisulfidi koji nastaju tokom reakcije utiču na napon baterije.
Hemijska reakcija u bateriji je praćena brojnim negativnim nuspojavama. Kada sumpor sa katode apsorbuje litijum ione iz elektrolita, nastaje litijum sulfid Li 2 S, koji se taloži na katodi. Istovremeno, njegov obim se povećava za 76%. Tijekom punjenja dolazi do obrnuta reakcija, što dovodi do smanjenja veličine katode. Kao rezultat toga, katoda doživljava značajna mehanička preopterećenja, što dovodi do njenog oštećenja i gubitka kontakta sa strujnim kolektorom. Osim toga, Li 2 S narušava električni kontakt na katodi između sumpora i ugljika (puta duž koje struju elektroni) i sprječava protok litijevih jona do površine sumpora.
Drugi problem je vezan za činjenicu da tokom reakcije između sumpora i litijuma Li 2 S ne nastaje odmah, već nizom transformacija, tokom kojih nastaju polisulfidi (Li 2 S 8, Li 2 S 6 itd.) . Ali ako su sumpor i Li 2 S netopivi u elektrolitu, tada se polisulfidi, naprotiv, otapaju. To dovodi do postepenog smanjenja količine sumpora na katodi. Još jedna smetnja je pojava hrapavosti na površini litijumske anode tokom prolaska velikog pražnjenja i struje punjenja. Sve ovo zajedno dovelo je do činjenice da takva baterija nije mogla izdržati više od 50-60 ciklusa pražnjenja-punjenja i učinila je neprikladnom za praktičnu upotrebu.
kako god najnoviji razvoj Amerikanci iz Nacionalne laboratorije. Lawrence Berkeley im je dozvolio da prevaziđu ove nedostatke. Stvorili su jedinstvenu katodu napravljenu od nanokompozitnog materijala (grafenski oksid i sumpor), čiji integritet održava elastični polimerni premaz. Stoga promjena veličine katode tijekom pražnjenja-naelektrisanja ne dovodi do njenog uništenja. Za zaštitu sumpora od rastvaranja koristi se surfaktant (surfaktant). Budući da je surfaktant kationski (tj. privlači ga površina sloja sumpora), on ne sprječava litijum anione da reagiraju sa sumporom, ali ne dopušta da se nastali polisulfidi otapaju u elektrolitu, držeći ih ispod svog sloja. Novi elektrolit je također razvijen na bazi jonske tekućine u kojoj se polisulfidi ne rastvaraju. Jonska tekućina je također mnogo sigurnija - ne gori i gotovo ne isparava.
Kao rezultat svih opisanih inovacija, performanse baterije su značajno poboljšane. Njegova početna specifična energija je 500 Wh/kg, što je više nego dvostruko više od Li-ion baterija. Nakon 1500 20-satnih ciklusa pražnjenja-punjenja (C=0,05), njena specifična energija se smanjila na nivo svježe Li-ion baterije. Nakon 1500 ciklusa od 1 sata (C=1), smanjenje je bilo 40-50%, ali je baterija i dalje bila funkcionalna. Kada je baterija testirana velikom snagom, podvrgnuta 10-minutnom ciklusu pražnjenja-punjenja (C = 6), tada je čak i nakon 150 takvih ciklusa njena specifična energija premašila specifičnu energiju svježe Li-ion baterije.
Procijenjena cijena takve Li-S baterije neće prelaziti 100 USD za svaki kWh kapaciteta. Mnoge od inovacija koje je predložio Berkeley tim mogu se koristiti za poboljšanje postojećih Li-ion baterija. Kako bi kreirali praktičan dizajn za LiS bateriju, programeri traže partnere koji će financirati njen konačni razvoj.
Litijum-titanatne baterije
Najveći problem modernih litijum-jonskih baterija je njihova niska efikasnost, prvenstveno zbog činjenice da materijali za skladištenje energije zauzimaju samo 25% zapremine baterije. Preostalih 75% dolazi od inertnih materijala: kućišta, provodnih filmova, ljepila itd. Zbog toga su moderne baterije previše glomazne i skupe. Nova tehnologija uključuje značajno smanjenje "beskorisnih" materijala u dizajnu baterija.
Najnovije litijum-titanatne baterije pomažu u prevazilaženju još jednog nedostatka Li-ion baterije– njihova krhkost i vrijeme punjenja. Tokom istraživanja je ustanovljeno da prilikom punjenja velike struje Litijum joni su prisiljeni da „probiju“ između grafitnih mikroploča, čime postepeno uništavaju elektrode. Stoga je grafit u elektrodama zamijenjen strukturama od nanočestica litij-titanata. Ne ometaju kretanje jona, što u konačnici dovodi do fantastičnog povećanja vijeka trajanja - više od 15.000 ciklusa tijekom 12 godina! Vrijeme punjenja je smanjeno sa 6-8 sati na 10-15 minuta. Dodatne prednosti su termička stabilnost i manja toksičnost.
Prema riječima stručnjaka, nove baterije će imati dvostruko veću gustinu energije od najboljih performansi modernih litijum-jonskih baterija. Tako će uz isti domet električnog vozila njegova baterija biti lakša, a sa istom masom domet će biti značajno povećan. Ako se nova baterija može pustiti u proizvodnju, raspon kompaktnih električnih vozila (koja ne mogu biti opremljeni velikom, teškom baterijom) povećat će se u prosjeku sa 150 km na 300 km s jednim punjenjem. Štaviše, nove baterije će biti upola niže od sadašnjih - samo 250 dolara po kWh.
Litijum-vazdušne baterije
Tehnologija ne miruje, a naučnici već rade na stvaranju praktičnog dizajna litijum-vazdušne (LiO 2) baterije. Njegov teoretski energetski kapacitet je 8-10 puta veći od litijum-jonskog. Kako bi se smanjila težina baterije uz zadržavanje ili čak povećanje njenog kapaciteta, naučnici su predložili radikalno rješenje - napuštanje tradicionalne katode: litijum će direktno komunicirati sa kiseonikom iz vazduha. Zahvaljujući katalitičkoj zračnoj katodi, očekuje se ne samo povećanje energetskog kapaciteta baterije, već i smanjenje njenog volumena i težine za skoro istu količinu.
Za masovna proizvodnja litijum-vazdušna tehnologija zahteva rešavanje mnogih tehničkih i naučnih problema, uključujući stvaranje efikasnog katalizatora, litijumske anode i stabilnog čvrstog elektrolita koji može da radi na niske temperature(do -50C). Osim toga, potrebno je razviti tehniku nanošenja katalizatora na površinu katode, stvoriti membranu koja bi spriječila prodiranje kisika u litijumsku anodu, te razviti metode za izradu specijalnih poroznih elektroda.
