Концепции аккумуляторов будущего
Технологии мобильных и автономных устройств во многом зависят от батарей или аккумуляторов. Это то, что большинство из нас слишком хорошо знает, поскольку мы заряжаем свои мобильные устройства каждую ночь. Легкие, экономичные, перезаряжаемые и обеспечивающие гораздо более высокую плотность энергии по сравнению с коммерческими батареями следующего поколения, литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion) являются рабочей лошадкой и стандартом для питания современных мобильных устройств. Технология литий-ионных аккумуляторов, разработанная в 1970-х годах, к сожалению, приближается к своему теоретическому пределу, и отставание в ее способности идти в ногу с достижениями в области мобильных технологий ясно подтверждается не только нашим ритуалом ночной зарядки, но и последними представлениями продуктов.
Стремление к лучшим аккумуляторам было с самого начала зарождения данной области, но сейчас оно актуально как никогда, поскольку ограничения аккумуляторов ограничивают не только бытовую электронику, но и электромобильную промышленность и связанные с ней инициативы в области экологически чистой энергии. Технологический рывок породил шквал активности, и здесь мы рассмотрим несколько концепций аккумуляторов будущего, о которых вы будете слышать все больше и больше.
Оловянные нанокристаллические литий-ионные аккумуляторы
Аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую, используя общий электрон-носитель. Современные литий-ионные аккумуляторы генерируют энергию, отправляя ионы лития с отрицательного электрода (анода) на положительный электрод (катод) и наоборот во время зарядки. Электроды обычно изготавливаются из кобальта, графита, марганца или никеля и не поглощают все ионы лития. Олово является более идеальным электродом, но кристаллы олова могут становиться в три раза больше при поглощении ионов и сжиматься при высвобождении ионов, как губка. Чтобы справиться с изменением объема, ученые из Лаборатории неорганической химии Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Empa разрабатывают наноматериал, состоящий из крошечных кристаллов олова, который может эффективно поглощать и высвобождать ионы лития, тем самым удваивая энергоемкость батареи.
Металло-воздушные аккумуляторы
Металлические электроды батарей категории металл-воздух реагируют с кислородом воздуха, а не с жидкостью, с образованием электрического тока. Наиболее перспективными материалами для электрода являются литий и натрий, но исследовались также алюминий и цинк. Фактически воздушно-цинковые батареи, такие как Renata ZA675DP6, уже доступны на рынке для использования в слуховых аппаратах.
Хотя разработка литий-воздушных аккумуляторов все еще находится в зачаточном состоянии, эта технология является наиболее многообещающей, поскольку теоретическая удельная энергия в 5–10 раз выше, чем у литий-ионных аккумуляторов, и она особенно привлекательна для электромобилей. Высокая удельная энергия литий-воздушных аккумуляторов обеспечивает дальность действия в 1000 миль по сравнению с существующим средним показателем в 125 миль для литий-ионных аккумуляторов.
Натриево-воздушные батареи имеют меньшую теоретическую энергоемкость, чем литий-воздушные, но они более стабильны и проще в сборке, но при этом более эффективны, чем современные литий-ионные батареи. Испытания натрий-воздушных батарей также показали, что они могут иметь более высокую практическую емкость накопления энергии, чем литий-воздушные.
Жидкометаллические батареи
Стартап Ambri, основанный Массачусетским технологическим институтом и поддержанный Биллом Гейтсом, разработал аккумулятор, в котором используется расплавленный солевой электролит, зажатый между двумя слоями жидкого металла. Разница в составе жидкометаллических электродов – одного отрицательного с низкой плотностью, а другого положительного с высокой плотностью – создает напряжение. Ambri, также получатель гранта в размере 6,9 млн долларов США от Министерства энергетики США по программе высокого риска ARPA-E на ранней стадии, нацеливает технологию на приложения для хранения в энергосистеме, чтобы сделать энергетическую систему более эффективной.
Другие концепции аккумуляторов
Другие новые концепции аккумуляторов, включая литий-серный аккумулятор, плотность энергии которого в 3-5 раз выше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов, и биобатареи на основе сахара, предлагающие экологически чистые технологии в дополнение к высокой плотности энергии, входят в число многих новых концепций аккумуляторов, разрабатываемых для нового поколения электрохимических батарей. Это гонка за тем, какая аккумуляторная технология придет на смену литий-ионной, но, несмотря ни на что, потребитель обязательно выиграет.
© digitrode.ru