A technológia fejlődésével az eszközök kompaktabbá, funkcionálisabbá és mobilabbá válnak. Az ilyen tökéletesség érdeme ujratölthető elemek amelyek táplálják a készüléket. Sok mindent feltaláltak az idők során különböző típusok akkumulátorok, amelyeknek megvannak a maga előnyei és hátrányai.

Ígéretes technológiának tűnik tíz évvel ezelőtt lítium-ion akkumulátorok, már nem felel meg a modern haladás követelményeinek a mobil eszközökkel szemben. Nem elég erősek, és gyakori használat vagy hosszú tárolás mellett gyorsan elöregednek. Azóta a lítium akkumulátorok altípusait fejlesztették ki, mint például a lítium-vas-foszfát, a lítium-polimer és mások.

A tudomány azonban nem áll meg, és új utakat keres a még jobb villamosenergia-megtakarításra. Így például más típusú akkumulátorokat találtak fel.

Lítium-kén akkumulátorok (Li-S)

Lítium kénsav A technológia lehetővé teszi, hogy akkumulátorokat és olyan energiakapacitást kapjon, amely kétszer akkora, mint a lítium-ionos szüleiknél. Jelentős kapacitásveszteség nélkül az ilyen típusú akkumulátor akár 1500-szor is újratölthető. Az akkumulátor előnye a gyártási és elrendezési technológiában rejlik, amely kéntartalmú folyékony katódot használ, míg az anódtól speciális membrán választja el.

A lítium-kén akkumulátorok meglehetősen széles hőmérséklet-tartományban használhatók, és előállításuk költsége meglehetősen alacsony. A tömeges felhasználáshoz meg kell szüntetni a termelés hiányát, nevezetesen a környezetre káros kén hasznosítását.

Magnézium-kén akkumulátorok (Mg/S)

Egészen a közelmúltig nem volt lehetséges a felhasználások kombinálása kén és magnézium egy sejtben, de nem is olyan régen a tudósok meg tudták ezt tenni. Ahhoz, hogy működjenek, olyan elektrolitot kellett feltalálni, amely mindkét elemmel működik.

Egy új elektrolit feltalálásának köszönhetően kristályos részecskék képződnek, amelyek stabilizálják. Jaj, a prototípus Ebben a pillanatban nem tartós, és az ilyen akkumulátorok valószínűleg nem kerülnek sorozatba.

Fluorid-ion akkumulátorok

Az ilyen akkumulátorok katódja és anódja közötti töltések átvitelére fluor anionokat használnak. Az ilyen típusú akkumulátorok kapacitása tízszer nagyobb, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátoroké, és kevésbé tűzveszélyes. Az elektrolit bárium-lantán alapú.

Ígéretes iránynak tűnik az akkumulátorok fejlesztésében, de nem mentes a hátrányoktól, nagyon komoly akadálya a tömeges használatnak, hogy az akkumulátor csak nagyon magas hőmérsékleten működik.

Lítium-levegő akkumulátorok (Li-O2)

Együtt technikai fejlődés az emberiség már gondolkodik ökológiánkon, és egyre több tiszta energiaforrást keres. NÁL NÉL lítium levegő Az akkumulátorokban fémoxidok helyett szenet használnak az elektrolitban, amely a levegővel reagálva elektromos áramot hoz létre.

Az energiasűrűség eléri a 10 kWh/kg-ot, ami lehetővé teszi elektromos járművekben és mobil eszközökben történő felhasználásukat. Várhatóan hamarosan elérhető lesz a végfelhasználók számára.

Lítium nanofoszfát akkumulátorok

Ez az akkumulátortípus a lítium következő generációja ion akkumulátorok, az előnyök között, amely az Magassebesség töltés és nagy áramkimenet lehetősége. A teljes feltöltéshez például körülbelül 15 percet vesz igénybe.

A gyorsabb ionáramlást biztosító speciális nanorészecskék alkalmazásának új technológiája lehetővé teszi a töltési-kisütési ciklusok számának 10-szeres növelését! Természetesen gyenge önkisülésük van, és nincs memóriahatásuk. Sajnos az akkumulátorok nagy súlya és a speciális töltés szükségessége megakadályozza a széles körű használatot.

Következtetésként egy dolgot el lehet mondani. Hamarosan látni fogjuk az elektromos járművek és kütyük elterjedését, amelyek újratöltés nélkül nagyon sokáig kitartanak.

Elektromos hírek:

A BMW autógyártó bemutatta elektromos kerékpárjának változatát. Elektromos bmw kerékpár villanymotorral felszerelve (250 W) Gyorsulás 25 km/h-ig.

2,8 másodperc alatt veszünk százat elektromos autóban? A pletykák szerint a P85D frissítés lehetővé teszi a gyorsulási idő 0-ról 100 kilométer/órára csökkentését 3,2-ről 2,8 másodpercre.

A spanyol mérnökök olyan akkumulátort fejlesztettek ki, amely több mint 1000 km-t képes megtenni! 77%-kal olcsóbb, és mindössze 8 perc alatt töltődik

Évente azon eszközök száma a világon, amelyeken futnak akkumulátorok, folyamatosan növekszik. Nem titok, hogy a leggyengébb láncszem modern eszközök akkumulátorok. Ezeket rendszeresen fel kell tölteni, nincs olyan nagy kapacitásuk. A meglévő akkumulátorok megnehezítik a táblagép autonóm működésének elérését ill mobil számítógép néhány napon belül.

Ezért az elektromos járművek, táblagépek és okostelefonok gyártói most olyan módszereket keresnek, amelyek segítségével jelentős mennyiségű energiát tárolhatnának magukban az akkumulátor kisebb térfogatában. Ellenére eltérő követelmények elektromos járművek és mobil eszközök akkumulátoraira alkalmazva könnyű párhuzamot vonni köztük. Különösen a híres Tesla elektromos autó A Roadstert kifejezetten laptopokhoz tervezett lítium-ion akkumulátor hajtja. Igaz, áramot biztosítani sportkocsi a mérnököknek több mint hatezer ilyen akkumulátort kellett egyszerre használniuk.

Legyen szó elektromos autóról vagy mobilkészülékekről, a jövő akkumulátorával szemben támasztott univerzális követelmények egyértelműek – kisebbnek, könnyebbnek kell lennie, és lényegesen több energiát kell tárolnia. Milyen ígéretes fejlesztések ezen a területen meg tud felelni ezeknek a követelményeknek?

Lítium-ion és lítium-polimer akkumulátorok

Li-ion kamera akkumulátor

Ma a mobileszközökön legelterjedtebb lítium-ion és lítium-polimer akkumulátorokat kapott. A lítium-ion akkumulátorokat (Li-Ion) a 90-es évek eleje óta gyártják. Fő előnyük a meglehetősen nagy energiasűrűség, vagyis az egységnyi energia mennyiségének tárolási képessége. Ezenkívül az ilyen akkumulátorok nem rendelkeznek a hírhedt „memóriaeffektussal”, és viszonylag alacsony önkisülésük van.

A lítium használata meglehetősen ésszerű, mivel ez az elem nagy elektrokémiai potenciállal rendelkezik. Valamennyi lítium-ion akkumulátor hátránya, amelyekből valójában nagyon sok típus létezik, az akkumulátor meglehetősen gyors öregedése, azaz éles visszaesés jellemzők az akkumulátor hosszú távú tárolása vagy használata esetén. Ezen kívül a kapacitás potenciálja modern lítium-ion akkumulátorok szinte kimerültnek tűnik.

A lítium-ion technológia továbbfejlesztése a lítium-polimer tápegységek (Li-Pol). Folyékony elektrolit helyett szilárd anyagot használnak. Elődjéhez képest a lítium-polimer akkumulátorok nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek. Ráadásul ma már szinte bármilyen formájú akkumulátort lehetett gyártani (a lítium-ion technológia csak egy hengeres ill. téglalap alakú hadtest). Az ilyen akkumulátorok kis méretűek, ami lehetővé teszi, hogy sikeresen használják őket különféle mobil eszközökben.

A lítium-polimer akkumulátorok megjelenése azonban nem változtatott gyökeresen a helyzeten, különösen azért, mert az ilyen akkumulátorok nem képesek nagy kisülési áramot leadni, és fajlagos kapacitásuk még mindig nem elegendő ahhoz, hogy megmentse az emberiséget a mobil eszközök folyamatos újratöltésétől. Ráadásul a lítium-polimer akkumulátorok meglehetősen "szeszélyesek" működésükben, nem elég erősek és hajlamosak meggyulladni.

Ígéretes technológiák

NÁL NÉL utóbbi évek különböző országok tudósai és kutatói aktívan dolgoznak azon fejlettebb akkumulátortechnológiák kidolgozásán, amelyek a közeljövőben felválthatják a meglévőket. Ebben a tekintetben a legtöbb ígéretes irányok:

- Lítium-kén akkumulátorok (Li-S)

A lítium-kén akkumulátor ígéretes technológia, egy ilyen akkumulátor energiakapacitása kétszer akkora, mint a lítium-ioné. De elméletileg még magasabb is lehet. Az ilyen áramforrás ként tartalmazó folyékony katódot használ, miközben egy speciális membrán választja el az elektrolittól. A lítium anód és a kéntartalmú katód kölcsönhatása miatt a fajlagos kapacitás jelentősen megnőtt. Az első ilyen akkumulátor minta 2004-ben jelent meg. Azóta történt némi előrelépés, aminek köszönhetően a fejlett lítium-kén akkumulátor másfél ezer ciklust is kibír. teljes töltés- kisütés komoly kapacitásveszteség nélkül.

Az előnyökhöz ezt az akkumulátort magában foglalja a széles hőmérsékleti tartományban történő felhasználás lehetőségét, a megerősített védőelemek használatának hiányát és a viszonylag alacsony költséget. Érdekes tény- 2008-ban egy ilyen akkumulátor használatának köszönhető, hogy rekordot döntöttek egy repülőgép repülési idejére vonatkozóan. napelemek. A lítium-kén akkumulátor tömeggyártásához azonban a tudósoknak még két fő problémát kell megoldaniuk. Meg akarta találni hatékony módszer kén újrahasznosítását, valamint biztosítják stabil munkavégzésáramforrás változó hőmérsékleti vagy páratartalom mellett.

— Magnézium-kén akkumulátorok (Mg/S)

A magnézium és kén keverékén alapuló akkumulátorok a hagyományos lítium akkumulátorokat is megkerülhetik. Igaz, a közelmúltig senki sem tudta biztosítani ezen elemek kölcsönhatását egy cellában. Maga a magnézium-kén akkumulátor nagyon érdekesnek tűnik, mert energiasűrűsége elérheti a 4000 Wh / l-t is. Nem is olyan régen az amerikai kutatóknak köszönhetően nyilvánvalóan sikerült megoldaniuk a magnézium-kén akkumulátorok fejlesztésének útjában álló fő problémát. Az a tény, hogy a magnézium és a kén párjához nem volt megfelelő elektrolit, amely kompatibilis ezekkel a kémiai elemekkel.

A tudósoknak azonban sikerült ilyen elfogadható elektrolitot létrehozniuk az elektrolit stabilizálását biztosító speciális kristályos részecskék képződése miatt. A magnézium-kén akkumulátor minta magnézium anódot, szeparátort, kén katódot és új elektrolit. Ez azonban csak az első lépés. Egy ígéretes minta sajnos még nem tartós.

— Fluorid-ion akkumulátorok

Egy másik érdekes áramforrás, amely az elmúlt években jelent meg. Itt a fluor anionok felelősek az elektródák közötti töltések átviteléért. Ebben az esetben az anód és a katód fémeket tartalmaz, amelyek (az áram irányának megfelelően) fluoridokká alakulnak, vagy visszakerülnek. Ez jelentős akkumulátorkapacitást biztosít. A tudósok szerint az ilyen áramforrások energiasűrűsége tízszer nagyobb, mint a lítium-ion akkumulátoroké. A jelentős kapacitás mellett az új akkumulátorok lényegesen alacsonyabb tűzveszélyességgel is büszkélkedhetnek.

A szilárd elektrolit bázis szerepére számos lehetőséget kipróbáltak, de a választás végül a bárium-lantánra esett. Noha a fluoridion technológia nagyon ígéretes megoldásnak tűnik, nem mentes a hátrányaitól. Végül is a szilárd elektrolit csak magas hőmérsékleten tud stabilan működni. Ezért a kutatók azzal a feladattal szembesülnek, hogy találjanak olyan folyékony elektrolitot, amely képes sikeresen működni normál szobahőmérsékleten.

- Lítium-levegő akkumulátorok (Li-O2)

Napjainkban az emberiség arra törekszik, hogy több "tiszta" energiaforrást használjon a napból, szélből vagy vízből származó energia előállításához. Ebben a tekintetben a lítium-levegő akkumulátorok nagyon érdekesek. Először is sok szakértő az elektromos járművek jövőjének tekinti őket, de idővel a mobileszközökben is alkalmazásra találhatnak. Az ilyen tápegységek nagyon nagy kapacitással rendelkeznek, ugyanakkor viszonylag kis méretűek. Működésük elve a következő: fémoxidok helyett a pozitív elektródában szén kerül felhasználásra, amely kémiai reakcióba lép a levegővel, aminek következtében áram keletkezik. Vagyis az oxigént részben energiatermelésre használják fel itt.

Az oxigén aktív katódanyagként való felhasználásának megvan a maga sajátossága jelentős előnyök, mert szinte kimeríthetetlen elem, és ami a legfontosabb, abból van átvéve környezet. Úgy gondolják, hogy a lítium-levegő akkumulátorok energiasűrűsége lenyűgöző, 10 000 Wh/kg-ot is elérhet. Talán a közeljövőben az ilyen akkumulátorok képesek lesznek az elektromos járműveket egy szintre emelni a bekapcsolt autókkal benzinmotor. Az ilyen típusú, mobil kütyükhöz kiadott akkumulátorok egyébként PolyPlus néven már akciósan is megtalálhatók.

— Lítium-nanofoszfát akkumulátorok

A lítium-nanofoszfát tápegységek a lítium-ion akkumulátorok következő generációját jelentik, nagy áramerősséggel és ultragyors töltéssel. Egy ilyen akkumulátor teljes feltöltése mindössze tizenöt percet vesz igénybe. Ezenkívül tízszer több töltési ciklust tesznek lehetővé, mint a szabványos lítium-ion cellák. Ezeket a jellemzőket speciális nanorészecskék használatával érték el, amelyek intenzívebb ionáramlást tudnak biztosítani.

A lítium-nanofoszfát akkumulátorok előnyei közé tartozik még a gyenge önkisülés, a "memória-effektus" hiánya és a körülmények között történő munkavégzés képessége széleskörű hőmérsékletek. A lítium-nanofoszfát akkumulátorok már kaphatók a kereskedelemben, és bizonyos típusú készülékekben használatosak, de forgalmazásukat nehezíti, hogy speciális töltőre van szükség, és nagyobb súlyt kell biztosítani a modern lítium-ion vagy lítium-polimer akkumulátorokhoz képest.

A valóságban, ígéretes technológiák sokkal inkább az akkumulátorok terén. A tudósok és kutatók nemcsak alapvetően új megoldások létrehozásán dolgoznak, hanem a meglévő lítium-ion akkumulátorok teljesítményének javításán is. Például szilícium nanohuzalok használatával vagy új elektróda kifejlesztésével, amely egyedülálló „öngyógyító” képességgel rendelkezik. Mindenesetre nincs messze az a nap, amikor telefonunk és mások mobil eszközök hetekig fog élni újratöltés nélkül.

Fogyasztási ökológia Tudomány és technológia: Az elektromos járművek jövője nagymértékben függ az akkumulátorok fejlesztésétől – kisebb súlyúak, gyorsabban kell tölteniük, ugyanakkor több energiát kell termelniük.

Az elektromos járművek jövője nagymértékben az akkumulátorok fejlesztésén múlik – kisebb súlyúnak kell lenniük, gyorsabban kell tölteniük, és több energiát kell termelniük. A tudósok már elértek néhány eredményt. Egy mérnökcsapat olyan lítium-oxigén akkumulátorokat hozott létre, amelyek nem pazarolnak energiát, és évtizedekig kitartanak. Egy ausztrál tudós pedig bemutatott egy grafén alapú ionisztort, amely milliószor tölthető fel a hatékonyság csökkenése nélkül.

A lítium-oxigén akkumulátorok könnyűek és sok energiát termelnek, és ideális alkatrészek lehetnek elektromos járművekhez. De ezeknek az akkumulátoroknak van jelentős hátrány- gyorsan elhasználódnak és túl sok energiát bocsátanak ki hőként a semmiért. Új fejlesztés Az MIT, az Argonne National Laboratory és a Pekingi Egyetem tudósai megígérik, hogy megoldják ezt a problémát.

A mérnökök csapata által létrehozott lítium-oxigén akkumulátorok lítiumot és oxigént tartalmazó nanorészecskéket használnak. Ebben az esetben, amikor az állapot megváltozik, az oxigén a részecske belsejében marad, és nem tér vissza a gázfázisba. Ez különbözteti meg a fejlesztést a lítium-levegő akkumulátoroktól, amelyek oxigént vesznek el a levegőből, és a fordított reakció során a légkörbe bocsátják. Az új megközelítés lehetővé teszi az energiaveszteség csökkentését (az elektromos feszültség nagysága közel ötszörösére csökken), és növeli az akkumulátor élettartamát.

A lítium-oxigén technológia is jól alkalmazkodik a valós körülményekhez, ellentétben a lítium-levegő rendszerekkel, amelyek nedvességnek és CO2-nak kitéve romlanak. Ezenkívül a lítium- és oxigénakkumulátorok védve vannak a túltöltéstől – amint túl sok az energia, az akkumulátor másik típusú reakcióra vált.

A tudósok 120 töltési-kisütési ciklust hajtottak végre, miközben a teljesítmény mindössze 2%-kal csökkent.

A tudósok eddig csak egy prototípus akkumulátort készítettek, de egy éven belül egy prototípust szándékoznak fejleszteni. Ez nem igényel drága anyagokat, a gyártás pedig sok tekintetben hasonlít a hagyományos lítium-ion akkumulátorok gyártásához. Ha a projekt megvalósul, akkor a közeljövőben az elektromos járművek kétszer annyi energiát fognak tárolni azonos tömeg mellett.

Az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem mérnöke egy másik problémát oldott meg az akkumulátorokkal – milyen gyorsan töltődnek. Az általa kifejlesztett ionisztor szinte azonnal feltöltődik, és hosszú évekig használható hatékonyságvesztés nélkül.

Han Lin grafént használt, az egyik legerősebb anyagot a mai napig. Méhsejtszerű szerkezetének köszönhetően a grafén nagy felülettel rendelkezik az energia tárolására. A tudós 3D-nyomtatja a grafénlapokat, egy olyan gyártási módszert, amely egyúttal csökkenti a költségeket és növeli a méretezést.

A tudós által megalkotott ionisztor súlykilogrammonként ugyanannyi energiát termel, mint a lítium-ion akkumulátorok, de néhány másodperc alatt feltöltődik. Ugyanakkor lítium helyett grafént használ, ami jóval olcsóbb. Han Lin szerint az ionisztor több millió töltési cikluson megy keresztül minőségromlás nélkül.

Az akkumulátoripar nem áll meg. Az osztrák Kreisel fivérek alkottak új típusú csaknem kétszeres súlyú akkumulátorok kevesebb akkumulátor ban ben Tesla modell S.

Az Oslói Egyetem norvég tudósai feltaláltak egy olyan akkumulátort, amely teljesen lehet. Fejlesztésüket azonban városi célokra szánják tömegközlekedés, amely rendszeresen megáll - mindegyiknél feltöltődik a busz és lesz elegendő energia a következő megállóig.

Az irvine-i Kaliforniai Egyetem tudósai egyre közelebb állnak egy örök akkumulátor létrehozásához. Kifejlesztettek egy nanovezetékes akkumulátort, amely több százezer alkalommal újratölthető.

A Rice Egyetem mérnökeinek pedig sikerült létrehozniuk egy olyat, amely 150 Celsius fokos hőmérsékleten működik a hatékonyság elvesztése nélkül. közzétett

Olvasva a kérdést trudnopisaka :

„Érdekes lenne megismerni a tömeggyártásra készülő új akkumulátortechnológiákat."

Hát persze, a tömeggyártás kritériuma némileg bővíthető, de próbáljuk meg kideríteni, mi az, ami most ígéretes.

Íme, mire jutottak a vegyészek:

Cellafeszültség voltban (függőleges) és fajlagos katódkapacitás (mAh/g) új akkumulátor közvetlenül a gyártás után (I), az első kisütés (II) és az első töltés (III) után (illusztráció: Hee Soo Kim et al./Nature Communications).

Az energiapotenciál szempontjából a magnézium és kén kombinációján alapuló akkumulátorok képesek megkerülni a lítium akkumulátorokat. De eddig még senkinek sem sikerült elérnie, hogy ez a két anyag együtt működjön egy akkumulátorcellában. Most, némi fenntartással, az USA-ban egy szakértői csoportnak sikerült.

A Toyota tudósai Kutatóintézet ban ben Észak Amerika(TRI-NA) próbálta megoldani fő probléma, ami útjában áll a magnézium-kén akkumulátorok (Mg/S) létrehozásának.

A Pacific Northwest National Laboratory-ból adaptálva.

A németek találták fel a fluorid-ion akkumulátort

Az elektrokémiai áramforrások egész serege mellett a tudósok egy másik lehetőséget is kidolgoztak. Állított előnyei kisebb tűzveszély és tízszer nagyobb fajlagos kapacitás, mint a lítium-ion akkumulátoroké.

A Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) vegyészei fémfluoridokon alapuló akkumulátor-koncepciót dolgoztak ki, és még néhány kisebb laboratóriumi mintát is teszteltek.

Az ilyen akkumulátorokban a fluor anionok felelősek az elektródák közötti töltések átviteléért. Az akkumulátor anódja és katódja fémeket tartalmaz, amelyek az áram irányától (töltés vagy kisütés) függően sorra fluoridokká alakulnak, vagy visszaalakulnak fémekké.

„Mivel egyetlen fématom egyszerre több elektront is képes befogadni vagy leadni, ez a koncepció rendkívül nagy energiasűrűséget tesz lehetővé – akár tízszer nagyobb, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok esetében” – mondja Dr. Maximilian Fichtner társszerző.

Az ötlet tesztelésére német kutatók több mintát készítettek ilyen akkumulátorokból, amelyek átmérője 7 milliméter és vastagsága 1 mm. A szerzők számos elektródaanyagot (például réz és bizmut szénnel kombinálva) tanulmányoztak, és létrehoztak egy lantán és bárium alapú elektrolitot.

Az ilyen szilárd elektrolit azonban csak egy köztes lépés. Ez a fluorionokat vezető összetétel csak akkor működik jól magas hőmérsékletű. Ezért a vegyészek cserét keresnek neki - egy folyékony elektrolitot, amely szobahőmérsékleten működne.

(Részletek az intézet sajtóközleményében és a Journal of Materials Chemistry cikkében találhatók.)

A jövő akkumulátorai

Hogy mi vár a jövőben az akkumulátorpiacra, azt még nehéz megjósolni. A lítium akkumulátorok még mindig uralkodóak, és a lítium polimer fejlesztéseknek köszönhetően jó potenciállal rendelkeznek. Az ezüst-cink elemek bevezetése nagyon hosszú és költséges folyamat, célszerűsége máig vitatható kérdés. Az üzemanyagcellás és nanocsöves technológiákat évek óta dicsérik és a legszebb szavakkal írják le, de ha a gyakorlatról van szó, a tényleges termékek vagy túl terjedelmesek, vagy túl drágák, vagy mindkettő. Csak egy dolog világos - az elkövetkező években ez az iparág továbbra is aktívan fog fejlődni, mert a népszerűség hordozható készülékek ugrásszerűen növekszik.

Ezzel párhuzamosan a laptopok középpontjában offline munka, fejlődik az asztali laptopok iránya, melyben az akkumulátor inkább a tartalék UPS szerepét tölti be. Nemrég a Samsung kiadott egy hasonló, akkumulátor nélküli laptopot.

NÁL NÉL NiCd-akkumulátoroknál is van lehetőség elektrolízisre. A robbanásveszélyes hidrogén felhalmozódásának megakadályozása érdekében az akkumulátorok mikroszkopikus szelepekkel vannak felszerelve.

a neves intézetben MIT nemrég fejlesztették ki egyedülálló technológia lítium akkumulátorok gyártása speciálisan képzett vírusok segítségével.

Habár benzintank Külsőleg teljesen eltér a hagyományos akkumulátortól, ugyanazok az elvek szerint működik.

És ki más mondana neked néhány ígéretes útmutatást?

Több mint 200 évvel ezelőtt Wilhelm Ritter német fizikus megalkotta a világ első akkumulátorát. Az akkor még létező A. Volta akkumulátorhoz képest Wilhelm tárolóeszközét többször is lehetett tölteni és lemeríteni. Két évszázad alatt az elektromosság akkumulátora sokat változott, de a "kerékkel" ellentétben a mai napig feltalálják. Napjainkban az akkumulátorok gyártásában az új technológiákat a megjelenése diktálja legújabb eszközök független tápellátást igényel. Új és erősebb kütyük, elektromos autók, repülő drónok – mindezekhez az eszközökhöz kisebb, könnyebb, de nagyobb kapacitású és tartósabb akkumulátorok szükségesek.

Az akkumulátor alapvető szerkezete dióhéjban leírható - ezek az elektródák és az elektrolit. Az elektródák anyagától és az elektrolit összetételétől függ az akkumulátor jellemzői, és meghatározzák annak típusát. Jelenleg több mint 33 típusú újratölthető tápegység létezik, de a leggyakrabban használtak:

• ólom-sav;
• nikkel-kadmium;
• nikkel-fém-hidrid;
• lítium-ion;
• lítium polimer;
• nikkel-cink.

Bármelyik munkája visszafordítható kémiai reakció, vagyis a kisütés során fellépő reakció a töltés során helyreáll.

Az akkumulátorok felhasználási területe meglehetősen széles, és attól függően, hogy milyen eszközzel működik, bizonyos követelményeket támasztanak az akkumulátorral szemben. Pl. kütyüknél legyen könnyű, minimális méretű és legyen elegendő nagy kapacitású. Egy elektromos kéziszerszámnál vagy egy repülő drónnál fontos a visszacsapó áram, hiszen a fogyasztás elektromos áram elég magas. Ugyanakkor vannak olyan követelmények, amelyek minden akkumulátorra vonatkoznak - ez nagy kapacitású és töltési ciklusok erőforrása.

A tudósok világszerte dolgoznak ezen a témán, rengeteg kutatást és tesztelést végeznek. Sajnos sok olyan terv, amely kiváló elektromos és működési eredményeket mutatott, túl dráganak bizonyult, és nem került forgalomba tömegtermelés. TÓL TŐL technikai oldala, a legjobb anyagok ezüstöt és aranyat használnak akkumulátorok előállításához, és gazdasági szempontból egy ilyen termék ára elérhetetlen lesz a fogyasztó számára. Az új megoldások keresése ugyanakkor nem áll meg, az első jelentős áttörést a lítium-ion akkumulátor jelentette.

Először 1991-ben mutatták be Japán cég Sony. Az akkumulátort nagy sűrűség és alacsony önkisülés jellemezte. Voltak azonban hibái.

Az ilyen tápegységek első generációja robbanásveszélyes volt. Idővel dendritek halmozódtak fel az anódon, ami rövidzárlathoz és tűzhöz vezetett. A következő generáció fejlesztése során grafit anódot használtak, és ezt a hátrányt kiküszöbölték.

A második hátrány a memóriaeffektus volt. Folyamatos hiányos töltés esetén az akkumulátor elvesztette kapacitását. A hiányosság megszüntetésére irányuló munka kiegészítésre került új trend a miniatürizálás vágya. Az ultravékony okostelefonok, ultrabookok és egyéb eszközök létrehozásának vágya a tudományt igényelte egy új áramforrás kifejlesztéséhez. Ráadásul a már elavult lítium-ion akkumulátor nem elégítette ki a modellezők igényeit új forrás sokkal nagyobb sűrűségű és nagy visszacsapó áramú villamos energia.

Ennek eredményeként a lítium-ion modellben polimer elektrolitot használtak, és a hatás minden várakozást felülmúlt.

A továbbfejlesztett modell nemcsak a memóriaeffektust nélkülözte, hanem minden tekintetben többszörösen felülmúlta elődjét. Most először sikerült mindössze 1 mm vastag akkumulátort létrehozni. Ugyanakkor a formátuma lehet a legváltozatosabb. Az ilyen akkumulátorokra azonnal nagy a kereslet mind a modellezők, mind a mobiltelefon-gyártók körében.

De még mindig voltak hiányosságok. Az elem tűzveszélyesnek bizonyult, töltés közben felforrósodott és meggyulladhat. A modern polimer akkumulátorok beépített áramkörrel vannak felszerelve, hogy megakadályozzák a túltöltést. Javasoljuk, hogy csak speciálisan töltse fel őket töltők szállított vagy hasonló modellek.

Nem kevesebb mint fontos jellemzője akkumulátor - költség. Ma ez a legtöbb egy nagy probléma az akkumulátor fejlesztés útján.

Elektromos jármű teljesítménye

A Tesla Motors elemeken alapuló új technológiákat használva készít akkumulátorokat védjegy Panasonic. Végül a titok nem derül ki, de a teszt eredménye örömet okoz. A mindössze 85 kWh-s akkumulátorral felszerelt ökoautó, a Tesla Model S valamivel több mint 400 km-t tett meg egyetlen feltöltéssel. A világ természetesen nem nélkülözi a kíváncsiságokat, így egy ilyen, 45 000 USD értékű akkumulátort mégis kinyitottak.

A belsejében sok Panasonic lítium-ion cella volt. Ugyanakkor a boncolás nem adott minden olyan választ, amit szerettem volna.

A jövő technológiái

A hosszú stagnálás ellenére a tudomány a nagy áttörés küszöbén áll. Elképzelhető, hogy holnap egy mobiltelefon egy hónapig működik töltés nélkül, egy elektromos autó pedig 800 km-t tesz meg egyetlen töltéssel.

Nanotechnológia

A Dél-Kaliforniai Egyetem tudósai azt állítják, hogy a grafit anódok 100 nm átmérőjű szilíciumhuzalokkal való helyettesítése háromszorosára növeli az akkumulátor kapacitását, és 10 percre csökkenti a töltési időt.

A Stanford Egyetem alapvetően javasolta az újfajta anódok. Porózus szén nanoszálak kénnel bevonva. Szerintük egy ilyen áramforrás 4-5-ször több áramot halmoz fel, mint egy Li-ion akkumulátor.

David Kizaylus amerikai tudós szerint a magnetitkristályokon alapuló akkumulátorok nem csak nagyobb kapacitásúak, de viszonylag olcsók is. Végül is ezek a kristályok a kagylók fogaiból nyerhetők.

A Washingtoni Egyetem tudósai gyakorlatiasabban nézik a dolgokat. Már szabadalmaztattak olyan új akkumulátortechnológiákat, amelyek grafitelektróda helyett ón anódot használnak. Minden más nem fog változni, és az új akkumulátorok könnyen helyettesíthetik a régieket a megszokott kütyüinkben.

Forradalom ma

Megint elektromos autók. Eddig még mindig alulmúlják az autókat teljesítményben és futásteljesítményben, de ez nem sokáig. Így mondják az IBM vállalat képviselői, akik a lítium-levegő akkumulátorok koncepcióját javasolták. Sőt, az ígéretek szerint idén egy minden szempontból kiváló tápegység kerül a fogyasztó elé.