Når det kommer til batterier, er reglen "alt eller intet". Uden den nye generation af energilagringsenheder vil der hverken være et vendepunkt i energipolitikken eller på elbilmarkedet.
Moores lov, postuleret i it-branchen, lover en stigning i processorydelsen hvert andet år. Batteriudviklingen halter bagefter, og effektiviteten stiger med en gennemsnitlig hastighed på 7 % om året. Og selvom lithium-ion-batterier i moderne smartphones holder længere og længere, skyldes det i høj grad chipsenes optimerede ydeevne.
Lithium-ion-batterier dominerer markedet på grund af deres lette vægt og høje energitæthed.
Hvert år installeres milliarder af batterier i mobile enheder, elektriske køretøjer og systemer til lagring af elektricitet fra vedvarende energikilder. Men moderne teknologi har nået sin grænse.
Den gode nyhed er, at næste generation lithium- ion batterier allerede næsten opfylder markedets krav. De bruger lithium som et lagringsmateriale, hvilket teoretisk giver mulighed for en tidobling af energilagringstætheden.
Sammen med dette leveres undersøgelser af andre materialer. Selvom lithium giver acceptabel energitæthed, taler vi om udviklinger, der er flere størrelsesordener mere optimale og billigere. Naturen kunne jo give os bedste ordninger til batterier af høj kvalitet.
Universitetets forskningslaboratorier er ved at udvikle de første prøver økologiske batterier. Det kan dog tage flere årtier, før sådanne biobatterier kommer på markedet. Broen til fremtiden er hjulpet af små batterier, der oplades ved at opfange energi.
Mobile strømforsyninger
Ifølge Gartner vil der blive solgt mere end 2 milliarder mobile enheder i år, hver med et lithium-ion-batteri. Disse batterier betragtes som standarden i dag, blandt andet fordi de er så lette. De har dog kun en maksimal energitæthed på 150-200 Wh/kg.
Lithium-ion-batterier oplader og frigiver energi ved at flytte lithium-ioner. Ved opladning bevæger positivt ladede ioner sig fra katoden gennem elektrolytopløsningen mellem anodens grafitlag, akkumuleres der og binder elektroner til ladestrømmen.
Når de aflades, afgiver de elektroner til det nuværende kredsløb, lithiumioner flytter tilbage til katoden, hvor de igen binder sig med det metal, der er indeholdt i det (i de fleste tilfælde kobolt) og oxygen.
Kapaciteten af lithium-ion-batterier afhænger af, hvor mange lithium-ioner, der kan placeres mellem grafitlagene. Men takket være silicium kan batterier nu fungere mere effektivt.
Til sammenligning kræver det seks kulstofatomer at binde en lithiumion. Et siliciumatom kan tværtimod indeholde fire lithiumioner.
Et lithium-ion batteri lagrer sin elektriske energi i lithium. Når anoden er opladet, lagres lithiumatomer mellem grafitlagene. Når de aflades, afgiver de elektroner og bevæger sig i form af lithiumioner ind i katodens lagdelte struktur (lithiumkoboltit).
Silicium øger kapaciteten
Batterikapaciteten øges, når silicium er inkluderet mellem lagene af grafit. Den øges tre til fire gange, når silicium kombineres med lithium, men efter flere opladningscyklusser knækker grafitlaget.
Løsningen på dette problem findes i opstartsprojekt Amprius, skabt af forskere fra Stanford University. Amprius-projektet modtog støtte fra folk som Eric Schmidt (bestyrelsesformand for Google) og nobelpristageren Steven Chu (den amerikanske energiminister indtil 2013).
Porøst silicium i anoden øger effektiviteten af lithium-ion-batterier med op til 50 %. Under implementeringen af Amprius opstartsprojektet blev de første siliciumbatterier produceret. Inden for dette projekt er tre metoder tilgængelige til at løse "grafitproblemet". Den første er påføring af porøst silicium, som kan opfattes som en "svamp". Ved opbevaring af lithium øges det meget lidt i volumen, derfor forbliver grafitlagene intakte. Amprius kan skabe batterier, der lagrer op til 50 % mere energi end konventionelle.
Mere effektiv til at lagre energi end porøst silicium lag af silicium nanorør. I prototyper blev der opnået en næsten fordobling af ladekapaciteten (op til 350 Wh/kg).
Svampen og rørene skal stadig være belagt med grafit, da silicium reagerer med elektrolytopløsningen og derved reducerer batteriets levetid.
Men der er en tredje metode. Forskere fra Ampirus-projektet introduceret i kulstofskallen grupper af siliciumpartikler, som ikke rører direkte, men giver fri plads til, at partikler kan øges i volumen. Lithium kan ophobes på disse partikler, men skallen forbliver intakt. Selv efter tusindvis af opladningscyklusser faldt prototypens kapacitet kun med 3%.
Silicium kombineres med flere lithiumatomer, men udvider sig, efterhånden som det gør det. For at forhindre, at grafit nedbrydes, bruger forskerne granatæbleplantens struktur: De sprøjter silicium ind i grafitskaller, der er store nok til at modtage yderligere lithium. Forbrugsøkologi Videnskab og teknologi: Fremtiden for elektrisk transport afhænger i høj grad af at forbedre batterierne - de skal veje mindre, oplade hurtigere og samtidig producere mere energi.
Fremtiden for elbiler afhænger i høj grad af at forbedre batterierne – de skal veje mindre, oplade hurtigere og samtidig producere mere energi. Forskere har allerede opnået nogle resultater. Et team af ingeniører har skabt lithium-ilt-batterier, der ikke spilder energi og kan holde i årtier. Og en australsk videnskabsmand præsenterede en grafen-baseret ionistor, der kan oplades en million gange uden tab af effektivitet.
Lithium-ilt-batterier er lette og producerer meget energi og kan være ideelle komponenter til elektriske køretøjer. Men sådanne batterier har en betydelig ulempe - de slides hurtigt og frigiver for meget energi i form af spildvarme. Ny udvikling Forskere fra MIT, Argonne National Laboratory og Peking University lover at løse dette problem.
Skabt af et team af ingeniører, lithium-oxygen-batterier bruger nanopartikler, der indeholder lithium og oxygen. I dette tilfælde forbliver oxygen, når tilstanden skifter, inde i partiklen og vender ikke tilbage til gasfasen. Dette adskiller sig fra lithium-luft-batterier, som tager ilt fra luften og frigiver det til atmosfæren under en omvendt reaktion. Den nye tilgang reducerer energitab (den elektriske spænding reduceres med næsten 5 gange) og forlænger batteriets levetid.
Lithium-ilt teknologi er også godt tilpasset reelle forhold, i modsætning til lithium-luftsystemer, som forringes, når de udsættes for fugt og CO2. Derudover er lithium- og iltbatterier beskyttet mod overopladning - så snart energien bliver for meget, skifter batteriet til en anden type reaktion.
Forskere udførte 120 opladnings-afladningscyklusser, mens produktiviteten kun faldt med 2%.
Indtil videre har forskere kun lavet et prototypebatteri, men inden for et år har de tænkt sig at udvikle en prototype. Det kræver ikke dyre materialer, og produktionen minder meget om traditionelle lithium-ion-batterier. Hvis projektet gennemføres, vil elbiler i den nærmeste fremtid lagre dobbelt så meget energi med samme masse.
En ingeniør fra Swinburne University of Technology i Australien har løst et andet batteriproblem - hastigheden på deres genopladning. Ionistoren, han udviklede, oplades næsten øjeblikkeligt og kan bruges i mange år uden tab af effektivitet.
Han Lin brugte grafen, et af de stærkeste materialer, der findes i dag. På grund af sin honeycomb-lignende struktur har grafen et stort overfladeareal til at lagre energi. Forskeren printede grafenplader på en 3D-printer - denne produktionsmetode giver dig også mulighed for at reducere omkostningerne og øge skalaen.
Ionistoren skabt af videnskabsmanden producerer den samme mængde energi pr. kilogram vægt som lithium-ion-batterier, men oplades på få sekunder. Desuden bruger den i stedet for lithium grafen, som er meget billigere. Ifølge Han Lin kan superkondensatoren gennemgå millioner af opladningscyklusser uden tab af kvalitet.
Batteriproduktionssektoren står ikke stille. Brødrene Kreisel fra Østrig har skabt en ny type batteri, der vejer næsten halvt så meget som traditionelle batterier. Tesla model S.
Norske forskere fra Universitetet i Oslo har opfundet et batteri, der kan... Men deres udvikling er beregnet til by offentlig transport, som jævnligt holder - ved hver af dem bliver bussen opladet, og der vil være energi nok til at komme til næste stop.
Forskere ved University of California, Irvine er tættere på at skabe et evigt batteri. De har udviklet et nanowire-batteri, der kan genoplades hundredtusindvis af gange.
Og Rice University ingeniører formåede at skabe en, der fungerer ved en temperatur på 150 grader Celsius uden tab af effektivitet. offentliggjort
Med udviklingen af teknologi bliver enheder mere kompakte, funktionelle og mobile. Fortjenesten ved en sådan perfektion genopladelige batterier, som driver enheden. Meget er blevet opfundet gennem årene forskellige typer batterier, som har deres fordele og ulemper.
Det ser ud til, at en lovende teknologi for ti år siden lithium-ion batterier opfylder ikke længere kravene til moderne fremskridt til mobile enheder. De er ikke kraftige nok og ældes hurtigt ved hyppig brug eller langtidsopbevaring. Siden da er der udviklet undertyper af lithiumbatterier, såsom lithiumjernfosfat, lithiumpolymer og andre.
Men videnskaben står ikke stille og leder efter nye måder at spare på strømmen endnu bedre. For eksempel er andre typer batterier ved at blive opfundet.
Lithium-svovl batterier (Li-S)
Lithium svovl Teknologien gør det muligt at få batterier med en energikapacitet, der er dobbelt så stor som deres lithium-ion forældre. Uden væsentligt tab i kapacitet kan denne type batteri genoplades op til 1500 gange. Fordelen ved batteriet ligger i fremstillings- og layoutteknologien, som bruger en flydende katode indeholdende svovl, og den er adskilt af en speciel membran fra anoden.
Lithium svovlbatterier kan bruges i et ret bredt temperaturområde, og deres produktionsomkostninger er ret lave. Til massebrug er det nødvendigt at eliminere mangler ved produktionen, nemlig bortskaffelse af svovl, som er skadeligt for miljøet.
Magnesium-svovl batterier (Mg/S)
Indtil for nylig var det ikke muligt at kombinere anvendelser svovl og magnesium i én celle, men for ikke så længe siden var videnskabsmænd i stand til at gøre dette. For at de kunne fungere, var det nødvendigt at opfinde en elektrolyt, der kunne fungere med begge elementer.
Takket være opfindelsen af en ny elektrolyt på grund af dannelsen af krystallinske partikler, der stabiliserer den. Ak, prototypen er i øjeblikket ikke holdbar, og sådanne batterier vil højst sandsynligt ikke gå i produktion.
Fluor ion batterier
Fluoranioner bruges til at overføre ladninger mellem katoden og anoden. Denne type batteri har en kapacitet, der er titusinder gange større end konventionelle lithium-ion-batterier, og den har også en lavere brandfare. Elektrolytten er baseret på barium lanthan.
Det ser ud til, at udviklingen af batterier er en lovende retning, men den er ikke uden dens ulemper; en meget alvorlig hindring for massebrug er driften af batteriet kun ved meget høje temperaturer.
Lithium-luft-batterier (Li-O2)
Sammen med tekniske fremskridt menneskeheden tænker allerede på vores økologi og leder efter renere og renere energikilder. I lithium luft I batterier bruges kulstof i stedet for metaloxider i elektrolytten, som reagerer med luft for at skabe en elektrisk strøm.
Energitætheden er op til 10 kWh/kg, hvilket gør, at de kan bruges i elektriske køretøjer og mobile enheder. Forventes snart at være tilgængelig for slutforbrugeren.
Lithium nanophosphate batterier
Denne type batteri er den næste generation af lithium-ion-batterier, blandt de fordele, som er høj hastighed opladning og mulighed for høj strømudgang. For en fuld opladning tager det for eksempel cirka 15 minutter.
Ny teknologi, der bruger specielle nanopartikler, der er i stand til at give en hurtigere strøm af ioner, giver dig mulighed for at øge antallet af opladnings- og afladningscyklusser med 10 gange! De har selvfølgelig svag selvafladning, og der er ingen hukommelseseffekt. Desværre er udbredt brug hæmmet af batteriernes tunge vægt og behovet for speciel opladning.
Som konklusion kan én ting siges. Vi vil snart se den udbredte brug af elektriske køretøjer og gadgets, der kan fungere i meget lang tid uden genopladning.
Elektro nyheder:
Bilproducent BMW præsenterede sin version af en elcykel. Elektrisk BMW cykel udstyret med en elektrisk motor (250 W) Acceleration til hastigheder på op til 25 km/t.
Tager du hundrede på 2,8 sekunder i en elbil? Ifølge rygter vil P85D-opdateringen reducere accelerationstiden fra 0 til 100 kilometer i timen fra 3,2 til 2,8 sekunder.
Spanske ingeniører har udviklet et batteri, der kan køre mere end 1000 km! Det er 77 % billigere og oplades på kun 8 minutter
Forskere ved University of Texas i Austin, ledet af den 94-årige professor John Goodenough, har udviklet en ny type solid-state batteri. Interessant nok er John Goodenough en af skaberne af moderne lithium-ion-batterier. I 1983 foreslog han og hans kolleger at bruge lithium-cobaltite som katode i lithium-ion-batterier. Den nye teknologi indebærer skabelsen af hel-solid-state batterier, der adskiller sig øget sikkerhed, holdbarhed og øget opladningshastighed sammenlignet med traditionelle.
"Omkostninger, sikkerhed, energitæthed, opladnings- og afladningshastigheder og holdbarhed er kritiske egenskaber for batterier til elektriske køretøjer, som kan påvirke deres stigende popularitet. Vi tror på, at vores opdagelse løser mange af de problemer, der ligger i moderne batterier,” sagde John Goodenough.
De nye batterier har mindst tre gange så meget energitæthed som nuværende lithium-ion-batterier. For elektriske køretøjer betyder det, at de vil være i stand til at rejse en større afstand på en enkelt opladning, og smartphones vil kunne prale af høj autonomi. Udover øget energitæthed bevarer de nye batterier også deres kapacitet til flere opladningscyklusser (op til 1.200 cyklusser), og deres opladningstid måles i minutter frem for timer.
Moderne lithium-ion-batterier bruger flydende elektrolytter til at flytte lithium-ioner mellem anoden og katoden. Hvornår også hurtig opladning Der kan opstå en kortslutning, som ofte er ledsaget af en eksplosion. Forskere fra University of Texas brugte glas i stedet for flydende elektrolytter - de tillader brugen af en alkalimetalanode (lithium, natrium eller kalium) uden mulighed for dendritdannelse.
En anden fordel ved at bruge glaselektrolytter i stedet for flydende elektrolytter er, at de uden problemer kan fungere i minusgrader. Derudover kan alle elementer i et sådant batteri fremstilles af miljøvenlige materialer.
Desværre, som det er tilfældet med andre lovende teknologier batteriproduktion, er der endnu ikke tale om kommerciel brug af denne udvikling.
Opfinderen af lithium-ion-batterier introducerede en ny type batteri
Opfinderen af lithium-ion-batterier introducerede en ny type batteri
Forskere ved University of Texas i Austin har skabt solid state-batterier, der forventes at give et mere effektivt og fuldstændig sikkert alternativ til lithium-ion-batterier. Udviklingen ledes af den 94-årige opfinder John Goodenough, som var med til at skabe lithium-ion-batteriet for næsten tre årtier siden.
Som forsøgsledere har fundet ud af, har den nye type batteri tre gange så stor energikapacitet, oplader hurtigere, kan modstå temperaturer ned til -60°C, eksploderer ikke på grund af overophedning eller beskadigelse af skallen og skader ikke miljø ved bortskaffelse. Som et materiale, der lagrer elektricitet, bruger et sådant batteri ikke sjældent og dyrt lithium, men billigt natrium, som kan udvindes fra havvand på samme måde som salt.
Lithium-ion batterier er meget udbredt og bruges i næsten alle typer af elektroniske anordninger. Princippet for deres drift er baseret på bevægelsen af flydende elektrolytioner mellem anoden og katoden. Hvis et batteri oplades for hurtigt, kan der dannes lithium "skud" i det, hvilket fører til et fald i kapaciteten, en kortslutning og endda en eksplosion af batteriet. Elektrolytten i Goodenoughs nye batteri er glas, som tillader brug af alkalimetaller (såsom natrium eller kalium) som anode, der ikke danner processer. Risikoen for at et sådant batteri går i brand er tæt på nul.
"Omkostninger, sikkerhed, energiintensitet, opladningshastighed og batterilevetid er kritiske målinger for den fortsatte brug af elektriske køretøjer. Vi tror på, at vores teknologi vil hjælpe med at løse mange af de problemer, der plager moderne batterier,” kommenterede John Goodenough om sin opfindelse.
Goodenough er ikke den første, der beslutter at erstatte flydende elektrolytter med faststof-elektrolytter. Før ham udførte forskere fra Massachusetts Institute of Technology lignende eksperimenter. De brugte sulfider, men fandt ud af, at dette materiale er for skørt, så batterier baseret på det kan ikke bruges i bærbart udstyr og elektriske køretøjer.
Lithium-ion-batterier har været brugt i elektronik siden begyndelsen af halvfemserne og har næsten erstattet alle andre typer batterier. I 25 år er der ikke opnået noget væsentligt gennembrud i denne teknologi - energieffektiviteten af sådanne batterier er, selvom den vokser, meget langsom. Deres største problemer er faren for en eksplosion til enhver tid uden synlige årsager og et gradvist tab af nominel kapacitet fra overopladning indtil fuldstændig opbrug.
En ny type batteri fra opfinderen af lithium-ion-batteriet
Forskere ved University of Texas i Austin har skabt solid state-batterier, der forventes at give et mere effektivt og fuldstændig sikkert alternativ til lithium-ion-batterier.
Konventionelle batterier af denne type er udstyret med en carbonkatode, i hvis porer atmosfærisk oxygen, spiller rollen som et aktivt materiale. Under afladning bevæger lithiumkationer sig fra lithiumanoden gennem elektrolytten og reagerer med ilt og danner (ideelt set) lithiumperoxid Li 2 O 2, som tilbageholdes ved katoden, og elektroner strømmer fra anoden til katoden gennem belastningskredsløbet. Fordelen ved lithium-luftprøver i forhold til traditionelle lithium-ionprøver anses for at være den højere opnåelige energitæthed.
Ydeevnen af lithium-luft-batterier påvirkes af mange faktorer: relativ luftfugtighed, partialtryk af ilt, elektrolytsammensætning, valg af katalysator og overordnet enhedslayout. Det er også nødvendigt at tage højde for, at reaktionsprodukterne aflejret på carbonelektroden (Li 2 O 2) blokerer indtrængning af oxygen, hvilket begrænser kapaciteten. En luftelektrode med en optimal konfiguration skal derfor have både mikrostore porer, som sikrer fri passage af ilt, og hulrum i nanostørrelse, som skaber en tilstrækkelig tæthed af steder til Li-O 2 -reaktioner.
Skematisk af et funktionaliseret grafenark med funktionelle grupper på både sider og kanter og gitterdefekter, der bliver energetisk gunstige steder for indfangning af reaktionsprodukter (Li 2 O 2). Defekter er fremhævet i gult og lilla, kulstofatomer i gråt, oxygenatomer i rødt og brintatomer i hvidt. Den ideelle porøse struktur af en luftelektrode er vist til højre. (I det følgende er illustrationerne fra magasinet Nano Letters.)
For at skabe nye elektroder blev funktionaliserede grafenplader opnået ved varmebehandling af grafitoxid brugt. Det oprindelige C/O-forhold for oxidet er ca. to, men ved at holde på 1050 ˚C i kun 30 s kan det stige til
15 på grund af udslip af CO 2. Efter kuldioxidblade får pladerne gitterdefekter, som bidrager til dannelsen af isolerede Li 2 O 2-partikler i nanostørrelse, som ikke blokerer for adgangen til ilt under batteridrift.
De fremstillede ark blev anbragt i en mikroemulsionsopløsning indeholdende bindemidler. Efter tørring fik elektroden en usædvanlig indre struktur, hvor løst pakkede ægformede elementer skiller sig ud. Der blev lagt brede passager mellem dem, og elementernes "skal" indeholdt adskillige porer i nanostørrelse. Elektrodedesignet var med andre ord tæt på optimalt.
Grafenelektroder: over - lige lavet, under - efter afladning. Pile angiver Li 2 O 2 partikler. Dimensioner er angivet i mikrometer.
I eksperimenter viste lithium-luftbatterier med grafenelektroder (uden katalysator) en rekordhøj kapacitet på 15.000 mAh pr. gram kulstof. Sådanne resultater, vi bemærker, blev opnået i en atmosfære af ren O 2; i luft falder kapaciteten mærkbart, da vand forstyrrer enhedens drift. Forfatterne tænker allerede på designet af membranen, som vil garantere beskyttelse mod vand, men vil tillade den nødvendige ilt at passere igennem.
"Vi ønsker også at gøre batteriet fuldt genopladeligt," siger teamleder Ji-Guang Zhang. "Dette vil kræve en ny elektrolyt og en ny katalysator, og det er det, vi er interesserede i nu."
Afladningskurve for et lithium-luftbatteri med en grafenelektrode.
Tyskerne opfandt fluor-ion-batteriet
Ud over hele hæren af elektrokemiske strømkilder har forskere udviklet en anden mulighed. Dens erklærede fordele er lavere brandfare og ti gange større specifik kapacitet end lithium-ion-batterier.
Kemikere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har foreslået konceptet med batterier baseret på metalfluorider og endda testet flere små laboratorieprøver.
I sådanne batterier er fluoranioner ansvarlige for overførslen af ladninger mellem elektroderne. Batteriets anode og katode indeholder metaller, som afhængig af strømmens retning (opladning eller afladning) skiftevis omdannes til fluorider eller reduceres tilbage til metaller.
"Fordi et enkelt metalatom kan acceptere eller donere flere elektroner på én gang, giver dette koncept mulighed for ekstremt høje energitætheder - op til ti gange højere end konventionelle lithium-ion-batterier," siger en af forfatterne til udviklingen, Dr. Maximilian Fichtner .
For at teste ideen skabte tyske forskere flere prøver af sådanne batterier med en diameter på 7 millimeter og en tykkelse på 1 mm. Forfatterne undersøgte flere materialer til elektroder (f.eks. kobber og vismut i kombination med kulstof) og skabte en elektrolyt baseret på lanthan og barium.
En sådan fast elektrolyt er imidlertid kun et mellemtrin. Denne sammensætning, som leder fluoridioner, fungerer kun godt når høj temperatur. Derfor leder kemikere efter en erstatning for det - en flydende elektrolyt, der ville virke ved stuetemperatur.
(For detaljer, se instituttets pressemeddelelse og Journal of Materials Chemistry-artiklen.)
Det er svært at forudsige, hvad fremtiden bringer for batterimarkedet. Lithium batterier er stadig konge, og de har et godt potentiale takket være lithium polymer udvikling. Introduktionen af sølv-zink-elementer er en meget langvarig og dyr proces, og dens gennemførlighed er stadig et spørgsmål, der diskuteres. Brændselscelle- og nanorørteknologier er blevet rost og beskrevet med de smukkeste ord i mange år, men når det kommer til praksis, er de faktiske produkter enten for omfangsrige, for dyre eller begge dele. Kun én ting er klar - i de kommende år vil denne industri fortsætte med at udvikle sig aktivt, fordi populariteten af bærbare enheder vokser med stormskridt.
Parallelt med bærbare computere, der fokuserer på autonom drift, udvikler retningen af stationære bærbare computere, hvor batteriet snarere spiller rollen som en backup UPS. Samsung udgav for nylig en lignende bærbar computer uden batteri overhovedet.
I NiCd-batterier har også mulighed for elektrolyse. For at forhindre eksplosiv brint i at samle sig i dem, er batterierne udstyret med mikroskopiske ventiler.
På det berømte institut MIT For nylig blev en unik teknologi til produktion af lithium-batterier udviklet gennem indsatsen fra specialtrænede vira.
Selvom brændselscelle Udadtil er det helt anderledes end et traditionelt batteri; det fungerer efter de samme principper.
Hvem ellers kan foreslå nogen lovende retninger?
Der er blevet produceret lovende grafenelektroder til lithium-luft-batterier
Jeg fortsætter med at opfylde mine venners ønsker fra oktober BESTILLINGSTABEL. Vi læser spørgsmålet fra trudnopisaka: Det ville være interessant at vide om nye batteriteknologier, der er ved at blive forberedt til masseproduktion. Nå, selvfølgelig er masseproduktionskriteriet noget fleksibelt, men...
Fællesskaber › Elbiler › Blog › Nye batterier med øget kapacitet med 20 gange.
Tjekkiske Jan Prochazka har skabt en revolutionerende type batteri, hvis produktion nu er klar til at blive finansieret af verdens største investorer.
Det nye 3D-batteri adskiller sig fra tidligere kendte modeller i produktionsmetoden. Sagen er, at i det nye batteri er de galvaniske celler arrangeret vandret i form af plader i en ramme, og ikke lodret i form af metalfilm med aktive lag, som det er tilfældet med lithiumbatterier.
Denne teknologi hjælper med at reducere produktionsomkostningerne, derfor vil prisen sammenlignet med lithium være lavere.
Ny batteriteknologi gør det ikke kun muligt at øge deres kapacitet med mindst 20 gange, men giver også hurtigere batteriopladning.
Nye højkapacitetsbatterier kan løse hovedproblem alternativ energi – langtidslagring af akkumuleret energi. Derudover kan de bruges i elektriske køretøjer - som følge heraf vil køreområdet øges markant.
Patentet på 3D-batteriet indehaves af HE3DA, som ledes af skaberen af det nye batteri, Jan Prochazk. I øjeblikket har han produceret 160 eksemplarer i sit værksted i Letnany.
Den tjekkiske opfindelse tiltrak interessen hos et stort antal store investorer fra Tyskland og Slovakiet. Det mest interessante var dog forslaget fra den private kinesiske milliardærinvestor Hu Yuanping.
Kineserne lavede et ikke-refunderbart depositum på 5 millioner euro og er klar til at betale yderligere 50 millioner euro for en 49 % ejerandel i HE3DA www.he3da.cz/#!technology/ci26. Men den kinesiske milliardærs generøsitet slutter ikke der; i fremtiden planlægger han at investere yderligere 50 millioner euro, hvis projektet klarer sig godt.
Det første anlæg til produktion af 3D-batterier vil dukke op i den nordlige del af Mähren i byen Gorní Sucha, og senere vil masseproduktion blive etableret i Kina.
Prochazkas opfindelse vil ikke kun gøre det mere effektivt at lagre energi fra vind- og solkraftværker, men den kan også bruges i elbiler, hvilket gør dem endnu mere populære.
* negativ controller til kommentarer er aktiveret
Fællesskaber › Elbiler › Blog › Nye batterier med 20 gange øget kapacitet
Tags: 3d batteri, revolutionær type batteri, he3da. Tjekkiske Jan Prochazka har skabt en revolutionerende type batteri, hvis produktion nu er klar til at blive finansieret af verdens største investorer. Det nye 3D-batteri adskiller sig fra tidligere kendte modeller i produktionsmetoden. Sagen er den, at i det nye batteri er de galvaniske celler placeret vandret...
Den specifikke energiintensitet for moderne lithium-ion-batterier når op på 200 Wh/kg. I gennemsnit er dette kun nok til 150 kilometers rækkevidde uden genopladning, hvilket ikke kan sammenlignes med kilometertallet på én tankning for biler med en konventionel forbrændingsmotor. For at elbiler kan blive mainstream, skal de have sammenlignelig rækkevidde. For at gøre dette skal du øge batteriernes specifikke energiintensitet til mindst 350-400 Wh/kg. De lovende batterityper beskrevet nedenfor vil være i stand til at give dette, selvom hvert tilfælde har sine egne "men".
Lithium-svovl-batterier er kendetegnet ved en stor specifik kapacitet, hvilket er en konsekvens af, at hvert molekyle under en kemisk reaktion afgiver ikke én, men to frie elektroner. Deres teoretiske specifikke energi er 2600 W*h/kg. Derudover er sådanne batterier betydeligt billigere og sikrere end lithium-ion.
Et grundlæggende Li-S-batteri består af en lithium-anode, en svovl-carbon-katode og en elektrolyt, gennem hvilken lithium-ioner strømmer. Når der sker udledning kemisk reaktion, hvorved anodens lithium omdannes til lithiumsulfid, som aflejres på katoden. Batterispændingen varierer fra 1,7 til 2,5 V, afhængigt af batteriets afladningstilstand. Lithiumpolysulfider dannet under reaktionen påvirker batterispændingen.
Den kemiske reaktion i batteriet er ledsaget af en række negative bivirkninger. Når katodens svovl absorberer lithiumioner fra elektrolytten, dannes lithiumsulfid Li 2 S, som aflejres på katoden. Samtidig stiger dens volumen med 76%. Under opladning opstår der en omvendt reaktion, hvilket fører til et fald i katodens størrelse. Som et resultat oplever katoden betydelige mekaniske overbelastninger, hvilket fører til dens beskadigelse og tab af kontakt med strømaftageren. Derudover forringer Li 2 S den elektriske kontakt ved katoden mellem svovl og kulstof (vejen, langs hvilken elektroner strømmer) og forhindrer lithium-ioner i at strømme til svovloverfladen.
Et andet problem er relateret til det faktum, at under reaktionen mellem svovl og lithium dannes Li 2 S ikke umiddelbart, men gennem en række transformationer, hvorunder der dannes polysulfider (Li 2 S 8, Li 2 S 6, etc.) . Men hvis svovl og Li 2 S er uopløselige i elektrolytten, så opløses polysulfider tværtimod. Dette fører til et gradvist fald i mængden af svovl ved katoden. En anden gener er udseendet af ruhed på overfladen af lithiumanoden under passage af stor udledning og ladestrømme. Alt dette tilsammen førte til, at et sådant batteri ikke kunne modstå mere end 50-60 afladnings-opladningscyklusser og gjorde det uegnet til praktisk brug.
Imidlertid seneste udvikling Amerikanere fra National Laboratory. Lawrence Berkeley tillod dem at overvinde disse mangler. De skabte en unik katode lavet af nanokompositmateriale (grafenoxid og svovl), hvis integritet opretholdes af en elastisk polymerbelægning. Derfor fører ændring af katodens størrelse under afladning ikke til dens ødelæggelse. For at beskytte svovl mod opløsning anvendes et overfladeaktivt middel (overfladeaktivt middel). Da det overfladeaktive middel er kationisk (dvs. det tiltrækkes af svovllagets overflade), forhindrer det ikke lithiumanioner i at reagere med svovl, men tillader ikke de resulterende polysulfider at opløses i elektrolytten og holde dem under dets lag. Der er også udviklet en ny elektrolyt baseret på en ionisk væske, hvori polysulfider ikke opløses. Ionisk væske er også meget sikrere - den brænder ikke og fordamper næsten ikke.
Som et resultat af alle de beskrevne innovationer er batteriets ydeevne væsentligt forbedret. Dens oprindelige specifikke energi er 500 Wh/kg, hvilket er mere end det dobbelte af Li-ion-batterier. Efter 1500 20-timers afladnings-opladningscyklusser (C=0,05) faldt dens specifikke energi til niveauet for et friskt Li-ion-batteri. Efter 1500 1-times cyklusser (C=1) var reduktionen 40-50%, men batteriet var stadig funktionelt. Når batteriet blev testet ved høj effekt, udsat for en 10-minutters afladnings-opladningscyklus (C=6), så selv efter 150 sådanne cykler oversteg dets specifikke energi den specifikke energi for et friskt Li-ion-batteri.
Den anslåede pris for et sådant Li-S-batteri vil ikke overstige $100 for hver kWh kapacitet. Mange af innovationerne foreslået af Berkeley-teamet kan bruges til at forbedre eksisterende Li-ion-batterier. For at skabe et praktisk design til et LiS-batteri leder udviklere efter partnere, der vil finansiere dets endelige udvikling.
Lithium titanat batterier
Det største problem med moderne lithium-ion-batterier er deres lave effektivitet, primært på grund af det faktum, at energilagringsmaterialer kun fylder 25 % af batteriets volumen. De resterende 75 % kommer fra inerte materialer: hus, ledende film, lim osv. På grund af dette er moderne batterier for omfangsrige og dyre. Den nye teknologi indebærer en betydelig reduktion af "ubrugelige" materialer i batteridesignet.
De nyeste lithium-titanat-batterier hjælper med at overvinde en anden ulempe Li-ion batterier– deres skrøbelighed og genopladningstid. Under forskning blev det konstateret, at ved opladning høje strømme Lithium-ioner tvinges til at "vade igennem" mellem grafitmikropladerne og derved gradvist ødelægge elektroderne. Derfor blev grafit i elektroder erstattet med strukturer lavet af lithiumtitanat-nanopartikler. De forstyrrer ikke ionernes bevægelse, hvilket i sidste ende fører til en fantastisk stigning i levetiden - mere end 15.000 cyklusser over 12 år! Opladningstiden reduceres fra 6-8 timer til 10-15 minutter. Yderligere fordele er termisk stabilitet og mindre toksicitet.
Ifølge eksperter vil de nye batterier have en energitæthed dobbelt så høj som den bedste ydeevne af moderne lithium-ion-batterier. Med den samme rækkevidde af det elektriske køretøj vil dets batteri være lettere, og med den samme masse vil rækkevidden øges betydeligt. Hvis det nye batteri kan sættes i produktion, vil rækkevidden af kompakte elbiler (som ikke kan udstyres med et stort, tungt batteri) i gennemsnit stige fra 150 km til 300 km på en enkelt opladning. Desuden vil de nye batterier være halv pris af de nuværende - kun $250 pr. kWh.
Lithium-luft batterier
Teknologien står ikke stille, og forskere arbejder allerede på at skabe et praktisk design til et lithium-luft (LiO 2) batteri. Dens teoretiske energikapacitet er 8-10 gange højere end lithium-ion. For at reducere batteriets vægt og samtidig bevare eller endda øge dets kapacitet, har forskere foreslået en radikal løsning - at opgive den traditionelle katode: lithium vil interagere direkte med ilt fra luften. Takket være den katalytiske luftkatode forventes det ikke kun at øge batteriets energikapacitet, men også at reducere dets volumen og vægt med næsten samme mængde.
Til masseproduktion lithium-luftteknologi kræver løsning af mange tekniske og videnskabelige problemer, herunder skabelsen af en effektiv katalysator, en lithiumanode og en stabil fast elektrolyt, der er i stand til at fungere ved lave temperaturer(op til -50C). Derudover er det nødvendigt at udvikle en teknik til at påføre en katalysator på overfladen af katoden, skabe en membran, der ville forhindre indtrængning af ilt i lithiumanoden, og også udvikle metoder til fremstilling af specielle porøse elektroder.
