Wraz z rozwojem technologii urządzenia stają się coraz bardziej kompaktowe, funkcjonalne i mobilne. Zasługa takiej doskonałości akumulatory, które zasilają urządzenie. Przez lata wymyślono wiele różne rodzaje akumulatory, które mają swoje zalety i wady.

Wydawałoby się, że obiecująca technologia dziesięć lat temu litowo-jonowa baterie nie spełniają już wymagań współczesnego postępu dla urządzeń mobilnych. Nie są wystarczająco mocne i szybko się starzeją przy częstym użytkowaniu lub długotrwałym przechowywaniu. Od tego czasu opracowano podtypy akumulatorów litowych, takie jak fosforan litowo-żelazowy, polimer litowy i inne.

Ale nauka nie stoi w miejscu i szuka nowych sposobów na jeszcze lepsze oszczędzanie energii elektrycznej. Na przykład wymyślane są inne typy baterii.

Baterie litowo-siarkowe (Li-S)

Siarka litowa Technologia umożliwia uzyskanie akumulatorów o pojemności energetycznej dwukrotnie większej niż ich macierzyste litowo-jonowe. Bez znacznej utraty pojemności akumulator tego typu można ładować nawet 1500 razy. Zaletą baterii jest technologia produkcji i układu, w której wykorzystuje się ciekłą katodę zawierającą siarkę, oddzieloną od anody specjalną membraną.

Baterie litowo-siarkowe można stosować w dość szerokim zakresie temperatur, a koszty ich produkcji są dość niskie. Przy masowym zastosowaniu należy wyeliminować mankament produkcji, a mianowicie utylizację szkodliwej dla środowiska siarki.

Baterie magnezowo-siarkowe (Mg/S)

Do niedawna nie było możliwości łączenia zastosowań siarka i magnez w jednej komórce, ale nie tak dawno temu naukowcom udało się to zrobić. Aby zadziałały, konieczne było wynalezienie elektrolitu, który współpracowałby z obydwoma pierwiastkami.

Dzięki wynalezieniu nowego elektrolitu dzięki powstaniu krystalicznych cząstek, które go stabilizują. Niestety, ale prototyp jest włączony ten moment nie jest trwały i takie akumulatory najprawdopodobniej nie wejdą do produkcji.

Baterie fluorowo-jonowe

Aniony fluoru służą do przenoszenia ładunków pomiędzy katodą i anodą. Akumulator tego typu ma pojemność kilkadziesiąt razy większą niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe, a także charakteryzuje się mniejszym zagrożeniem pożarowym. Elektrolit oparty jest na barowo-lantanowym.

Wydawałoby się, że rozwój baterii jest obiecującym kierunkiem, jednak nie jest pozbawiony wad; bardzo poważną przeszkodą w masowym zastosowaniu jest praca baterii tylko w bardzo wysokich temperaturach.

Baterie litowo-powietrzne (Li-O2)

Razem z postęp techniczny ludzkość już myśli o naszej ekologii i szuka coraz czystszych źródeł energii. W litowe powietrze W akumulatorach zamiast tlenków metali w elektrolicie zastosowano węgiel, który reaguje z powietrzem, tworząc prąd elektryczny.

Gęstość energii sięga 10 kWh/kg, co pozwala na zastosowanie ich w pojazdach elektrycznych i urządzeniach mobilnych. Oczekuje się, że wkrótce będzie dostępny dla konsumenta końcowego.

Baterie litowo-nanofosforanowe

Ten typ baterii to następna generacja baterii litowych baterie jonowe wśród zalet jest wysoka prędkośćładowania i możliwość uzyskania wysokiego prądu wyjściowego. Na przykład pełne naładowanie zajmuje około 15 minut.

Nowa technologia wykorzystująca specjalne nanocząsteczki zdolne zapewnić szybszy przepływ jonów, pozwala na zwiększenie liczby cykli ładowania i rozładowania aż 10-krotnie! Mają oczywiście słabe samorozładowanie i nie ma efektu pamięci. Niestety powszechne stosowanie utrudnia duża waga akumulatorów i konieczność specjalnego ładowania.

Podsumowując, można powiedzieć jedno. Wkrótce będziemy świadkami powszechnego stosowania pojazdów elektrycznych i gadżetów, które mogą działać bardzo długo bez ładowania.

Elektroniczne nowości:

Producent samochodów BMW zaprezentował swoją wersję roweru elektrycznego. Elektryczny Rower BMW wyposażony w silnik elektryczny (250 W) Przyspieszenie do prędkości do 25 km/h.

Do setki w 2,8 sekundy samochodem elektrycznym? Według plotek aktualizacja P85D skróci czas przyspieszania z 0 do 100 kilometrów na godzinę z 3,2 do 2,8 sekundy.

Hiszpańscy inżynierowie opracowali akumulator, który może przejechać ponad 1000 km! Jest o 77% tańszy i ładuje się w zaledwie 8 minut

Każdego roku liczba urządzeń na świecie zasilanych przez baterie, stale rośnie. Nie jest tajemnicą, że jest to najsłabsze ogniwo nowoczesne urządzenia są baterie. Trzeba je regularnie ładować, nie mają tak dużej pojemności. Istniejące baterie są trudne do osiągnięcia autonomicznej pracy tabletu lub komputer mobilny w ciągu kilku dni.

Dlatego producenci pojazdów elektrycznych, tabletów i smartfonów szukają obecnie sposobów na przechowywanie znacznych ilości energii w bardziej kompaktowych objętościach samego akumulatora. Pomimo różne wymagania wymagań dotyczących akumulatorów do pojazdów elektrycznych i urządzeń mobilnych, można łatwo znaleźć między nimi podobieństwa. W szczególności sławny Samochód elektryczny Tesli Roadster zasilany jest akumulatorem litowo-jonowym zaprojektowanym specjalnie do laptopów. To prawda, aby zapewnić energię elektryczną samochód sportowy inżynierowie musieli używać jednocześnie ponad sześć tysięcy tych akumulatorów.

Niezależnie od tego, czy mówimy o samochodach elektrycznych, czy o urządzeniach mobilnych, uniwersalne wymagania wobec akumulatora przyszłości są jasne – musi być mniejszy, lżejszy i magazynować znacznie więcej energii. Który obiecujący rozwój w tym obszarze może spełnić te wymagania?

Baterie litowo-jonowe i litowo-polimerowe

Akumulator litowo-jonowy do aparatu

Dziś na urządzeniach mobilnych największa dystrybucja otrzymało akumulatory litowo-jonowe i litowo-polimerowe. Jeśli chodzi o akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion), produkowane są one od początku lat 90-tych. Ich główną zaletą jest dość duża gęstość energii, czyli zdolność do magazynowania określonej ilości energii na jednostkę masy. Ponadto takie akumulatory nie charakteryzują się notorycznym „efektem pamięci” i charakteryzują się stosunkowo niskim poziomem samorozładowania.

Zastosowanie litu jest w pełni uzasadnione, ponieważ pierwiastek ten ma wysoki potencjał elektrochemiczny. Wadą wszystkich akumulatorów litowo-jonowych, których jest naprawdę wiele rodzajów, jest dość szybkie starzenie się akumulatora, to znaczy gwałtowny spadek właściwości podczas przechowywania lub długotrwałego użytkowania akumulatora. Dodatkowo potencjał pojemnościowy nowoczesnych baterie litowo-jonowe widocznie jest już prawie wyczerpany.

Kolejnym rozwinięciem technologii litowo-jonowej są zasilacze litowo-polimerowe (Li-Pol). Używają stałego materiału zamiast ciekłego elektrolitu. W porównaniu do swojego poprzednika akumulatory litowo-polimerowe charakteryzują się większą gęstością energii. Ponadto możliwe było teraz wytwarzanie akumulatorów o niemal dowolnym kształcie (technologia litowo-jonowa wymagała jedynie akumulatorów cylindrycznych lub prostokątny kształt ciało). Baterie tego typu charakteryzują się niewielkimi wymiarami, co pozwala z powodzeniem stosować je w różnorodnych urządzeniach mobilnych.

Jednak pojawienie się akumulatorów litowo-polimerowych nie zmieniło radykalnie sytuacji, w szczególności dlatego, że takie akumulatory nie są w stanie dostarczać dużych prądów rozładowania, a ich pojemność właściwa jest nadal niewystarczająca, aby uchronić ludzkość przed koniecznością ciągłego ładowania urządzeń mobilnych. Ponadto akumulatory litowo-polimerowe są dość kapryśne w działaniu, mają niewystarczającą wytrzymałość i są podatne na pożar.

Obiecujące technologie

W ostatnie lata Naukowcy i badacze z różnych krajów aktywnie pracują nad stworzeniem bardziej zaawansowanych technologii akumulatorów, które w najbliższej przyszłości będą mogły zastąpić istniejące. Pod tym względem jest kilka najbardziej obiecujące kierunki:

— Baterie litowo-siarkowe (Li-S)

Akumulator litowo-siarkowy to obiecująca technologia, energochłonność takiego akumulatora jest dwukrotnie większa niż akumulatorów litowo-jonowych. Ale teoretycznie może być jeszcze wyższa. W tym źródle prądu zastosowano ciekłą katodę zawierającą siarkę, która jest oddzielona od elektrolitu specjalną membraną. To dzięki oddziaływaniu anody litowej i katody zawierającej siarkę znacznie wzrosła pojemność właściwa. Pierwszy egzemplarz takiej baterii pojawił się już w 2004 roku. Od tego czasu poczyniono pewne postępy, dzięki czemu ulepszony akumulator litowo-siarkowy wytrzymuje półtora tysiąca cykli w pełni naładowana-rozładowania bez poważnych strat w pojemności.

Do korzyści tego akumulatora obejmują także możliwość stosowania w szerokim zakresie temperatur, brak konieczności stosowania elementów o zwiększonej ochronie oraz stosunkowo niski koszt. Interesujący fakt– to dzięki zastosowaniu takiego akumulatora w 2008 roku ustanowiony został rekord czasu lotu samolotu na zasilany energią słoneczną. Jednak w przypadku masowej produkcji baterii litowo-siarkowej naukowcy nadal muszą rozwiązać dwa główne problemy. Trzeba znaleźć skuteczna metoda recykling siarki, a także zapewnić stabilna pracaźródła zasilania w warunkach zmiennych warunków temperatury lub wilgotności.

— Baterie magnezowo-siarkowe (Mg/S)

Baterie oparte na związku magnezu i siarki mogą również ominąć tradycyjne baterie litowe. To prawda, że ​​​​do niedawna nikt nie był w stanie zapewnić interakcji tych elementów w jednej komórce. Sam akumulator magnezowo-siarkowy wygląda bardzo interesująco, gdyż jego gęstość energii może sięgać ponad 4000 Wh/l. Nie tak dawno temu dzięki amerykańskim badaczom najwyraźniej udało się rozwiązać główny problem stojący na drodze rozwoju akumulatorów magnezowo-siarkowych. Faktem jest, że dla pary magnezu i siarki nie było odpowiedniego elektrolitu kompatybilnego z tymi pierwiastkami chemicznymi.

Naukowcom udało się jednak stworzyć taki akceptowalny elektrolit poprzez utworzenie specjalnych cząstek krystalicznych, które stabilizują elektrolit. Przykładowa bateria magnezowo-siarkowa zawiera anodę magnezową, separator, katodę siarkową i nowy elektrolit. To jednak dopiero pierwszy krok. Obiecująca próbka niestety nie jest jeszcze trwała.

— Baterie fluorowo-jonowe

Kolejne ciekawe źródło zasilania, które pojawiło się w ostatnich latach. Tutaj aniony fluoru odpowiadają za przenoszenie ładunku pomiędzy elektrodami. W tym przypadku anoda i katoda zawierają metale, które przekształcają się (zgodnie z kierunkiem prądu) w fluorki lub są ponownie redukowane. Zapewnia to znaczną pojemność akumulatora. Naukowcy twierdzą, że takie źródła zasilania mają gęstość energii dziesiątki razy większą niż akumulatory litowo-jonowe. Oprócz znacznej pojemności nowe akumulatory charakteryzują się także znacznie niższym zagrożeniem pożarowym.

Wypróbowano wiele opcji w zakresie roli stałej zasady elektrolitowej, ale ostatecznie wybór padł na bar-lantan. Chociaż technologia jonów fluorkowych wydaje się bardzo obiecującym rozwiązaniem, nie jest ona pozbawiona wad. W końcu stały elektrolit może działać stabilnie tylko w wysokich temperaturach. Dlatego badacze stoją przed zadaniem znalezienia ciekłego elektrolitu, który może z powodzeniem pracować w normalnej temperaturze pokojowej.

— Baterie litowo-powietrzne (Li-O2)

Współcześnie ludzkość dąży do wykorzystania czystszych źródeł energii, związanych z wytwarzaniem energii słonecznej, wiatrowej czy wodnej. Pod tym względem akumulatory litowo-powietrzne są bardzo interesujące. Przede wszystkim przez wielu ekspertów uważane są za przyszłość pojazdów elektrycznych, jednak z biegiem czasu mogą znaleźć zastosowanie także w urządzeniach mobilnych. Takie zasilacze mają bardzo dużą pojemność i są stosunkowo małe. Zasada ich działania jest następująca: zamiast tlenków metali w elektrodzie dodatniej stosuje się węgiel, który wchodzi w reakcję chemiczną z powietrzem, w wyniku czego powstaje prąd. Oznacza to, że tlen jest tutaj częściowo wykorzystywany do wytwarzania energii.

Zastosowanie tlenu jako aktywnego materiału katody ma swoje własne znaczące korzyści, ponieważ jest to element praktycznie niewyczerpany, a co najważniejsze, jest od niego całkowicie wolny środowisko. Uważa się, że gęstość energii akumulatorów litowo-powietrznych może osiągnąć imponujące 10 000 Wh/kg. Być może w niedalekiej przyszłości takie akumulatory będą w stanie postawić samochody elektryczne na równi z samochodami napędzanymi. silnik benzynowy. Nawiasem mówiąc, baterie tego typu, produkowane do gadżetów mobilnych, można już znaleźć w sprzedaży pod nazwą PolyPlus.

— Baterie litowo-nanofosforanowe

Zasilacze z nanofosforanem litu to następna generacja akumulatorów litowo-jonowych, które charakteryzują się wysokim prądem wyjściowym i ultraszybkim ładowaniem. Pełne naładowanie takiego akumulatora zajmuje zaledwie piętnaście minut. Pozwalają także na nawet dziesięciokrotnie większą liczbę cykli ładowania niż standardowe. ogniwa litowo-jonowe. Takie właściwości osiągnięto dzięki zastosowaniu specjalnych nanocząstek, które mogą zapewnić intensywniejszy przepływ jonów.

Zaletami akumulatorów litowo-nanofosforanowych są także niskie samorozładowanie, brak „efektu pamięci” oraz możliwość pracy w warunkach szeroki zasięg temperatury Baterie litowo-nanofosforanowe są już dostępne na rynku i stosowane w niektórych typach urządzeń, jednak ich upowszechnienie utrudnia potrzeba specjalnej ładowarki i większa waga w porównaniu z nowoczesnymi akumulatorami litowo-jonowymi lub litowo-polimerowymi.

W rzeczywistości, obiecujące technologie w dziedzinie technologii akumulatorów jest znacznie więcej. Naukowcy i badacze pracują nie tylko nad stworzeniem zasadniczo nowych rozwiązań, ale także nad poprawą właściwości istniejących akumulatorów litowo-jonowych. Na przykład poprzez zastosowanie nanodrutów krzemowych lub opracowanie nowej elektrody o unikalnej zdolności „samonaprawy”. W każdym razie dzień nie jest daleko, kiedy nasze telefony i inne urządzenia mobilne wytrzyma tygodnie bez ładowania.

Ekologia konsumpcji Nauka i technologia: Przyszłość transportu elektrycznego w dużej mierze zależy od udoskonalania akumulatorów – powinny one mniej ważyć, ładować się szybciej i jednocześnie wytwarzać więcej energii.

Przyszłość pojazdów elektrycznych w dużej mierze zależy od udoskonalenia akumulatorów – powinny one mniej ważyć, ładować się szybciej i jednocześnie wytwarzać więcej energii. Naukowcy osiągnęli już pewne wyniki. Zespół inżynierów stworzył akumulatory litowo-tlenowe, które nie marnują energii i mogą służyć przez dziesięciolecia. Australijski naukowiec zaprezentował jonistor na bazie grafenu, który można ładować milion razy bez utraty wydajności.

Baterie litowo-tlenowe są lekkie i wytwarzają dużo energii i mogą być idealnymi komponentami pojazdów elektrycznych. Ale takie baterie mają istotna wada- szybko się zużywają i wydzielają zbyt dużo energii w postaci straconego ciepła. Nowy rozwój Naukowcy z MIT, Narodowego Laboratorium Argonne i Uniwersytetu w Pekinie obiecują rozwiązać ten problem.

Stworzone przez zespół inżynierów akumulatory litowo-tlenowe wykorzystują nanocząsteczki zawierające lit i tlen. W tym przypadku tlen, zmieniając stany, zatrzymuje się wewnątrz cząstki i nie powraca do fazy gazowej. Różni się to od akumulatorów litowo-powietrznych, które pobierają tlen z powietrza i uwalniają go do atmosfery podczas reakcji odwrotnej. Nowe podejście zmniejsza straty energii (napięcie elektryczne zmniejsza się prawie 5 razy) i zwiększa żywotność baterii.

Technologia litowo-tlenowa jest również dobrze dostosowana do warunków rzeczywistych, w przeciwieństwie do systemów litowo-powietrznych, które ulegają zniszczeniu pod wpływem wilgoci i CO2. Dodatkowo akumulatory litowo-tlenowe są zabezpieczone przed przeładowaniem – gdy tylko energii stanie się za dużo, akumulator przełącza się na inny typ reakcji.

Naukowcy przeprowadzili 120 cykli ładowania i rozładowania, podczas gdy wydajność spadła zaledwie o 2%.

Naukowcy stworzyli na razie jedynie prototyp baterii, ale w ciągu roku zamierzają opracować prototyp. Nie wymaga drogich materiałów, a produkcja jest bardzo podobna do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych. Jeśli projekt zostanie wdrożony, w najbliższej przyszłości samochody elektryczne przy tej samej masie będą magazynować dwukrotnie więcej energii.

Inżynier z Swinburne University of Technology w Australii rozwiązał kolejny problem akumulatorów – szybkość ich ładowania. Opracowany przez niego jonizator ładuje się niemal natychmiast i może być używany przez wiele lat bez utraty wydajności.

Han Lin użył grafenu, jednego z najmocniejszych dostępnych obecnie materiałów. Grafen ze względu na swoją strukturę przypominającą plaster miodu ma dużą powierzchnię magazynowania energii. Naukowiec wydrukował płytki grafenowe na drukarce 3D – ta metoda produkcji pozwala także na obniżenie kosztów i zwiększenie skali.

Jonizator stworzony przez naukowca wytwarza taką samą ilość energii na kilogram wagi, jak akumulatory litowo-jonowe, ale ładuje się w ciągu kilku sekund. Co więcej, zamiast litu wykorzystuje grafen, który jest znacznie tańszy. Według Han Lin superkondensator może przejść miliony cykli ładowania bez utraty jakości.

Sektor produkcji akumulatorów nie stoi w miejscu. Stworzyli bracia Kreisel z Austrii nowy typ akumulatory, które ważą prawie dwukrotnie mniej baterii V Model Tesli S.

Norwescy naukowcy z Uniwersytetu w Oslo wynaleźli baterię, którą można całkowicie... Jednak ich rozwój jest przeznaczony dla miast transport publiczny, która regularnie zatrzymuje się – na każdym z nich autobus zostanie naładowany i wystarczy mu energii, aby dojechać do kolejnego przystanku.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine są bliżej stworzenia wiecznej baterii. Opracowali baterię nanoprzewodową, którą można ładować setki tysięcy razy.

Inżynierom z Rice University udało się stworzyć taki, który działa w temperaturze 150 stopni Celsjusza bez utraty wydajności. opublikowany

Czytanie pytania trudnopisaka :

„Ciekawie byłoby poznać nowe technologie akumulatorów, które są przygotowywane do masowej produkcji."

Cóż, oczywiście kryterium masowej produkcji jest nieco luźne, ale spróbujmy dowiedzieć się, co jest teraz obiecujące.

Oto, co wymyślili chemicy:

Napięcie ogniwa w woltach (pionowo) i właściwa pojemność katody (mAh/g) nowy akumulator bezpośrednio po wytworzeniu (I), pierwszym wyładowaniu (II) i pierwszym ładunku (III) (ilustracja: Hee Soo Kim i in./Nature Communications).

Pod względem potencjału energetycznego akumulatory oparte na kombinacji magnezu i siarki są w stanie przewyższać akumulatory litowe. Jednak jak dotąd nikomu nie udało się połączyć tych dwóch substancji w ogniwie akumulatora. Teraz, z pewnymi zastrzeżeniami, udało się to grupie specjalistów w USA.

Naukowcy z Toyoty Instytut Badawczy V Ameryka północna(TRI-NA) próbował rozwiązać główny problem, stojąc na drodze do powstania akumulatorów magnezowo-siarkowych (Mg/S).

Przygotowano w laboratorium krajowym Pacific Northwest.

Niemcy wynaleźli akumulator fluorowo-jonowy

Oprócz całej armii elektrochemicznych źródeł prądu naukowcy opracowali jeszcze jedną opcję. Jego deklarowanymi zaletami są mniejsze zagrożenie pożarowe i dziesięciokrotnie większa pojemność właściwa niż akumulatory litowo-jonowe.

Chemicy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) zaproponowali koncepcję akumulatorów opartych na fluorkach metali, a nawet przetestowali kilka małych próbek laboratoryjnych.

W takich akumulatorach za przenoszenie ładunków pomiędzy elektrodami odpowiadają aniony fluoru. Anoda i katoda akumulatora zawierają metale, które w zależności od kierunku przepływu prądu (ładowanie lub rozładowanie) naprzemiennie przekształcają się w fluorki lub redukują z powrotem do metali.

„Ponieważ pojedynczy atom metalu może przyjąć lub oddać wiele elektronów jednocześnie, koncepcja ta pozwala na uzyskanie niezwykle dużej gęstości energii — nawet dziesięciokrotnie większej niż w przypadku konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych” – mówi współautor dr Maximilian Fichtner.

Aby przetestować pomysł, niemieccy badacze stworzyli kilka próbek takich baterii o średnicy 7 milimetrów i grubości 1 mm. Autorzy zbadali kilka materiałów na elektrody (na przykład miedź i bizmut w połączeniu z węglem) i stworzyli elektrolit na bazie lantanu i baru.

Jednakże taki stały elektrolit jest jedynie etapem pośrednim. Ta kompozycja, która przewodzi jony fluoru, działa dobrze tylko wtedy, gdy wysoka temperatura. Dlatego chemicy szukają dla niego zamiennika – ciekłego elektrolitu, który działałby w temperaturze pokojowej.

(Szczegółowe informacje można znaleźć w komunikacie prasowym instytutu i artykule w czasopiśmie Journal of Materials Chemistry).

Baterie przyszłości

Trudno przewidzieć, jaka będzie przyszłość rynku akumulatorów. Baterie litowe nadal królują, a dzięki rozwojowi polimerów litowo-polimerowych mają duży potencjał. Wprowadzenie pierwiastków srebrno-cynkowych jest procesem bardzo długotrwałym i kosztownym, a jego wykonalność jest wciąż kwestią dyskusyjną. Technologie ogniw paliwowych i nanorurek od wielu lat są chwalone i opisywane w najpiękniejszych słowach, jednak w praktyce okazuje się, że produkty są albo zbyt nieporęczne, albo zbyt drogie, albo jedno i drugie. Jedno jest pewne – w nadchodzących latach branża ta będzie nadal aktywnie się rozwijać, ze względu na popularność urządzenia przenośne rośnie skokowo.

Równolegle z laptopami, których celem jest autonomiczne działanie rozwija się kierunek laptopów stacjonarnych, w których akumulator pełni raczej rolę zapasowego UPS-a. Samsung niedawno wypuścił podobny laptop w ogóle bez baterii.

W NiCd-baterie posiadają również możliwość elektrolizy. Aby zapobiec gromadzeniu się w nich wybuchowego wodoru, akumulatory wyposażono w mikroskopijne zawory.

W znanym instytucie MIT został niedawno opracowany unikalna technologia produkcję baterii litowych dzięki wysiłkom specjalnie wyszkolonych wirusów.

Chociaż ogniwo paliwowe Zewnętrznie zupełnie różni się od tradycyjnej baterii; działa na tych samych zasadach.

Kto jeszcze może zasugerować obiecujące kierunki?

Ponad 200 lat temu niemiecki fizyk Wilhelm Ritter stworzył pierwszą na świecie baterię. W porównaniu do istniejącej już wówczas baterii A. Volty, urządzenie magazynujące Wilhelma mogło być wielokrotnie ładowane i rozładowywane. W ciągu dwóch stuleci bateria elektryczna bardzo się zmieniła, ale w przeciwieństwie do „koła” jest wynajdowana do dziś. Dziś nowe technologie w produkcji akumulatorów podyktowane są pojawieniem się najnowsze urządzenia, wymagające autonomicznego zasilania. Nowe i coraz potężniejsze gadżety, samochody elektryczne, latające drony – wszystkie te urządzenia wymagają małych, lekkich, ale za to pojemniejszych i wytrzymałych akumulatorów.

Podstawową budowę akumulatora można opisać w skrócie – są to elektrody i elektrolit. To materiał elektrod i skład elektrolitu determinują charakterystykę akumulatora i określają jego typ. Obecnie istnieje ponad 33 rodzajów zasilaczy akumulatorowych, jednak najczęściej stosowane z nich to:

• kwas ołowiowy;
• nikiel-kadm;
• Wodorek niklu;
• litowo-jonowa;
• polimer litowy;
• nikiel-cynk.

Praca każdego z nich jest odwracalna Reakcja chemiczna, to znaczy reakcja zachodząca podczas rozładowywania zostaje przywrócona podczas ładowania.

Zakres zastosowania akumulatorów jest dość szeroki i w zależności od rodzaju zasilanego przez nie urządzenia, akumulatorowi stawiane są określone wymagania. Na przykład w przypadku gadżetów powinien być lekki, mieć minimalny rozmiar i mieć wystarczająco dużo Duża pojemność. W przypadku elektronarzędzia lub latającego drona prąd wyjściowy jest ważny ze względu na zużycie prąd elektryczny całkiem wysoko. Jednocześnie istnieją wymagania, które dotyczą wszystkich akumulatorów - są to duża pojemność i zasób cykli ładowania.

Naukowcy na całym świecie pracują nad tym zagadnieniem; prowadzonych jest wiele badań i testów. Niestety wiele próbek, które wykazały doskonałe wyniki elektryczne i operacyjne, okazało się zbyt kosztownych i nie zostało wprowadzonych do produkcji. produkcja masowa. Z strona techniczna, najlepsze materiały Do wytworzenia baterii wykorzystuje się srebro i złoto, a z ekonomicznego punktu widzenia cena takiego produktu będzie niedostępna dla konsumenta. Jednocześnie poszukiwania nowych rozwiązań nie ustają, a pierwszym znaczącym przełomem był akumulator litowo-jonowy.

Po raz pierwszy został wprowadzony w 1991 roku Japońska firma Sony. Akumulator charakteryzował się dużą gęstością i niskim samorozładowaniem. Miała jednak braki.

Pierwsza generacja takich zasilaczy była wybuchowa. Z biegiem czasu na anodzie gromadziły się dendryty, co doprowadziło do zwarć i pożaru. W procesie udoskonalania w kolejnej generacji zastosowano anodę grafitową i ta wada została wyeliminowana.

Drugą wadą był efekt pamięci. Przy ciągłym niepełnym ładowaniu akumulator traci pojemność. Uzupełniono prace mające na celu wyeliminowanie tego niedociągnięcia nowy trend chęć miniaturyzacji. Chęć stworzenia ultracienkich smartfonów, ultrabooków i innych urządzeń wymagała od nauki opracowania nowego źródła zasilania. Poza tym przestarzały już akumulator litowo-jonowy nie zaspokajał potrzeb potrzebujących modelarzy nowe źródło energię elektryczną o znacznie większej gęstości i większym prądzie wyjściowym.

Dzięki temu w modelu litowo-jonowym zastosowano elektrolit polimerowy, a efekt przeszedł wszelkie oczekiwania.

Ulepszony model był nie tylko pozbawiony efektu pamięci, ale także wielokrotnie przewyższał swojego poprzednika pod każdym względem. Po raz pierwszy udało się stworzyć baterię o grubości zaledwie 1 mm. Co więcej, jego format może być bardzo różnorodny. Takie baterie natychmiast zaczęły cieszyć się dużym zainteresowaniem zarówno wśród modelarzy, jak i producentów telefonów komórkowych.

Ale nadal występowały niedociągnięcia. Element okazał się stwarzać zagrożenie pożarowe; podczas ładowania nagrzał się i mógł się zapalić. Nowoczesne akumulatory polimerowe posiadają wbudowany obwód zapobiegający przeładowaniu. Zaleca się również ładowanie ich wyłącznie specjalnymi ładowarki, zawarte w zestawie lub podobne modele.

Nie mniej ważna cecha bateria - koszt. Dziś to najwięcej wielki problem na ścieżce rozwoju akumulatorów.

Zasilanie pojazdu elektrycznego

Tesla Motors tworzy akumulatory wykorzystując nowe technologie oparte na komponentach znak towarowy Panasonica. Sekret nie został do końca ujawniony, ale wyniki testów są zachęcające. Ekosamochód Tesla Model S, wyposażony w akumulator o pojemności zaledwie 85 kWh, na jednym ładowaniu przejechał nieco ponad 400 km. Oczywiście świat nie jest pozbawiony ciekawskich, dlatego w końcu otwarto jedną z tych baterii o wartości 45 000 dolarów.

Wewnątrz znajdowało się wiele ogniw litowo-jonowych Panasonic. Sekcja zwłok nie dała jednak wszystkich odpowiedzi, jakie chcielibyśmy uzyskać.

Technologie przyszłości

Pomimo długiego okresu stagnacji nauka jest o krok od wielkiego przełomu. Całkiem możliwe, że jutro telefon komórkowy będzie działał przez miesiąc bez ładowania, a samochód elektryczny przejedzie na jednym ładowaniu 800 km.

Nanotechnologia

Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Kalifornii twierdzą, że zastąpienie anod grafitowych drutami krzemowymi o średnicy 100 nm zwiększy pojemność akumulatora 3-krotnie i skróci czas ładowania do 10 minut.

Uniwersytet Stanford zaproponował w zasadzie nowy rodzaj anody Porowate nanodruty węglowe pokryte siarką. Według nich takie źródło zasilania akumuluje 4-5 razy więcej prądu niż akumulator litowo-jonowy.

Amerykański naukowiec David Kisailus powiedział, że akumulatory oparte na kryształach magnetytu będą nie tylko bardziej pojemne, ale także relatywnie tańsze. W końcu kryształy te można uzyskać z zębów skorupiaków.

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego patrzą na sprawy bardziej praktycznie. Opatentowali już nowe technologie akumulatorów, w których zamiast elektrody grafitowej zastosowano anodę cynową. Wszystko inne się nie zmieni, a nowe baterie z łatwością zastąpią stare w naszych zwykłych gadżetach.

Rewolucja jest już dziś

Znowu samochody elektryczne. Na razie nadal ustępują samochodom pod względem mocy i przebiegu, ale to nie potrwa długo. Tak twierdzą przedstawiciele IBM Corporation, którzy zaproponowali koncepcję akumulatorów litowo-powietrznych. Co więcej, w tym roku obiecuje się, że konsumentom zaprezentowane zostanie nowe źródło zasilania, lepsze pod każdym względem.