Технологии будущего

Аккумуляторные технологии, которые собираются изменить мир

Аккумуляторные технологии, которые собираются изменить мир

Хотите проехать пятьсот миль за доллар? Хотите, чтобы ваш смартфон отображал компьютерную графику консольного качества и заряжался раз в неделю? Хотите иметь возможность использовать легкие носки в стиле Google Glass в течение нескольких недель, не беспокоясь о зарядке?

Все эти великолепные технологические приложения ждут лучших батарей. Технология аккумуляторов росла медленнее, чем другие технологии (например, скорость процессора и объем памяти компьютера), и в настоящее время является длинным полюсом палатки в ошеломляющем числе отраслей. Есть веские основания полагать, что мы достигли некоторых фундаментальных ограничений для современной литий-ионной технологии, и на горизонте есть ряд захватывающих технологий. Сегодня мы рассмотрим четыре наиболее перспективных варианта.

Более качественные аккумуляторы делают электромобили практичными, отвлекают мобильные устройства от беспокойства о заряде и позволяют создавать совершенно новые классы легких, долговечных носимых устройств. Вот как они собираются это сделать:

3. Двухуглеродные батареи

Помимо того, что мы не настолько плотны, как нам хотелось бы, существуют и другие серьезные ограничения для существующей технологии литий-ионных аккумуляторов, в частности, время зарядки, летучесть и деградация.

Для зарядки литий-ионных аккумуляторов требуется время — часто несколько часов, даже при использовании самых передовых технологий, и, хотя они, вероятно, безопаснее бензина, они нагреваются во время работы (особенно высокопроизводительные аккумуляторы, такие как используемые в электромобилях). Если рассеивание тепла не управляется должным образом, возникающая реакция может привести к пожару или даже взрыву.

Что еще хуже, цикл зарядки-разрядки литий-ионных батарей разрушителен: после всего двухсот пятидесяти циклов зарядки-разрядки литий-ионные батареи уже потеряли около двадцати процентов своей емкости хранения. Это хорошо для таких рынков, как смартфоны, где люди заменяют свои устройства каждый год или два в любом случае, но это проблема для таких рынков, как электромобили, которые люди, вероятно, хотели бы использовать годами, не заменяя токсичный и дорогой компонент батареи.

Теперь компания Power Japan Plus считает, что у нее есть решение в виде «двухуглеродной» батареи. Эта технология батарей заменяет анод и катод батареи (положительные и отрицательные клеммы, как правило, изготовленные из высокореактивного металла, такого как оксид лития), на простой углерод, который является довольно инертным. В результате получается батарея, которая не накапливает значительно больше энергии, чем литий-ионная технология, но учитывает многие другие ограничения существующих батарей.

Двухуглеродистые аккумуляторы могут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные технологии, не выделяют тепло во время работы и имеют гораздо меньшую вероятность возгорания. Они также разлагаются гораздо медленнее (они хороши примерно для трех тысяч циклов). Поскольку углерод легко доступен и химически безвреден, он также дешев, относительно нетоксичен и пригоден для переработки.

Крис Крэйни, директор по маркетингу компании, считает, что в конечном итоге аккумуляторы будут иметь большое значение для электромобилей: он сказал:

«У нас есть амбициозные претензии […] Если есть компания, специализирующаяся на электромобилях, которая хочет подняться на уровень Tesla, мы будем хорошей компанией для общения. […] Чтобы быть смелым, мы уверены, что мы являемся основным решением для современной индустрии электромобилей ».

В этом году компания планирует начать производство первых батарей для использования в основном в медицинском оборудовании.

2. Литий-воздушные батареи

Другой подход к увеличению плотности батарей состоит в том, чтобы изменить химический состав таким образом, чтобы реакция генерации энергии поглощала кислород из внешней атмосферы (и выделяла кислород при перезарядке), как в случае литиево-воздушных батарей . Эта технология используется IBM среди прочих в качестве возможного святого Грааля аккумуляторных технологий.

Используя атмосферный кислород вместо хранения кислорода в батарее, вы можете резко увеличить плотность хранения, теоретически предлагая увеличение плотности в 40 раз по сравнению с обычными литиевыми элементами, что приводит к появлению электромобилей, которые могут проехать тысячи миль. на платной основе. Существующие прототипы выбивают современные литий-ионные элементы вдвое. Эти плотности близки к теоретическому пределу того, что может быть достигнуто химической батареей.

Эта технология аккумуляторов в некотором роде недоступна (по оценкам IBM, от 5 до 15 лет), но во многих отношениях она представляет собой святой Грааль химических батарей — наилучшая возможная плотность для данного веса. Перезаряжаемые литиево-воздушные батареи могут конкурировать с бензином по плотности энергии, что неслыханно в обычной технологии батарей. Страница IBM для их исследовательского проекта описывает это так:

В настоящее время электромобили, как правило, могут проехать всего около 100 миль от современной аккумуляторной технологии, называемой литий-ионной (LIB). […] Признавая это, IBM начала проект Battery 500 в 2009 году, чтобы разработать новый тип технологии литиево-воздушных батарей, которая, как ожидается, улучшит плотность энергии в десять раз, резко увеличивая количество энергии, которую эти батареи могут генерировать и хранить. Сегодня исследователи IBM успешно продемонстрировали фундаментальную химию процесса зарядки и перезарядки литиево-воздушных батарей.

1. Графеновые ультраконденсаторы

Другой, более спекулятивный подход к улучшению характеристик батареи заключается в том, чтобы полностью отказаться от «батареи». Альтернативой аккумуляторной технологии является то, что известно как конденсаторы: заряженные пластины, разделенные резистором. Электроэнергия может храниться в конденсаторе в виде электростатического поля, а затем разряжаться позже (подумайте о накоплении статического заряда на вашем теле, гладя кошку, а затем разряжайте свое тело в ручку двери).

Обычные конденсаторы имеют серьезные ограничения на количество заряда, которое они могут хранить, а также на то, как медленно они могут разрядить этот заряд. Однако, используя такие материалы, как графен, которые имеют чрезвычайно большую площадь поверхности для своей массы и объема, можно создать элементы с огромной емкостью и плотностью энергии, сравнимые с обычными батареями.

Эти «ультраконденсаторы» не будут ухудшаться при каждом цикле зарядки и могут заряжаться в считанные секунды. Существующие прототипы не показывают снижения емкости в течение 10 000 циклов зарядки и показывают плотность энергии, сопоставимую с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Будущие улучшения материаловедения могут привести к еще большему увеличению этих показателей.

В ближайшей перспективе некоторые инсайдеры сообщают, что Tesla разрабатывает ультраконденсатор на основе графена, который может заряжаться за считанные секунды и удваивать дальность действия своих электромобилей до 500 миль на зарядку. Элон Маск, со своей стороны, уже упоминал эту идею :

«Если бы я сделал прогноз, я бы подумал, что есть хороший шанс, что это не батареи, а суперконденсаторы».

Все эти технологии, вероятно, должны сыграть свою роль в ближайшей и долгосрочной перспективе, поскольку мы начинаем переходить от литий-ионной технологии, которую мы использовали десятилетиями. Переход, вероятно, не будет полностью грациозным или настолько быстрым, как нам хотелось бы, но он даст новые приложения и технологии, которые изменят мир на десятилетия вперед.

Как вы думаете, какими будут энергетические технологии будущего? Это будут батареи, конденсаторы или что-то еще? Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже!

Похожие посты
Технологии будущего

Почему мой автомобильный аккумулятор продолжает умирать?

Технологии будущего

Диагностика разряженной автомобильной батареи

Технологии будущего

Apple TV против Року

Технологии будущего

Что делать, когда датчики в вашем автомобиле не работают