მომავლის ბატარეები. ახალი ტიპის ბატარეები ცვლის ლითიუმ-იონურ ბატარეებს

მოხმარების ეკოლოგია მეცნიერება და ტექნოლოგია: ელექტრო ტრანსპორტის მომავალი დიდწილად დამოკიდებულია ბატარეების გაუმჯობესებაზე - მათ უნდა ჰქონდეთ ნაკლები წონა, უფრო სწრაფად დამუხტვა და მაინც მეტი ენერგიის გამომუშავება.

ელექტრომობილების მომავალი მეტწილად დამოკიდებულია გაუმჯობესებულ ელემენტებზე - მათ სჭირდებათ ნაკლები წონა, უფრო სწრაფად დამუხტვა და მაინც მეტი ენერგიის გამომუშავება. მეცნიერებმა უკვე მიაღწიეს გარკვეულ შედეგებს. ინჟინრების გუნდმა შექმნა ლითიუმ-ჟანგბადის ელემენტები, რომლებიც ენერგიას არ კარგავს და შეიძლება ათწლეულების განმავლობაში გაგრძელდეს. ავსტრალიელმა მეცნიერმა გამოაქვეყნა გრაფენზე დაფუძნებული სუპერკონდენსატორი, რომლის დამუხტვა მილიონჯერ ხდება ეფექტურობის დაკარგვის გარეშე.

ლითიუმ-ჟანგბადის ელემენტები მსუბუქია და გამოიმუშავებს დიდ ენერგიას და შეიძლება იდეალური კომპონენტები იყოს ელექტრომობილებისთვის. მაგრამ ასეთ ბატარეებს აქვს მნიშვნელოვანი ნაკლი - ისინი სწრაფად იშლება და ძალიან ბევრ ენერგიას გამოყოფენ გადაყრილი სითბოს სახით. MIT- ის, არგონის ეროვნული ლაბორატორიისა და პეკინის უნივერსიტეტის მეცნიერების ახალი განვითარება გვპირდება ამ პრობლემის მოგვარებას.

ინჟინრების გუნდის მიერ შექმნილი ლითიუმ – ჟანგბადის ელემენტებში გამოიყენება ნანონაწილაკები, რომლებიც შეიცავს ლითიუმს და ჟანგბადს. ამ შემთხვევაში, როდესაც სახელმწიფოები იცვლება, ჟანგბადი რჩება ნაწილაკის შიგნით და არ უბრუნდება გაზის ფაზას. ეს განსხვავებით ლითიუმ-ჰაერის ბატარეებისგან, რომლებიც საჰაერო ხომალდიდან იღებენ ჟანგბადს და ატმოსფეროში გამოყოფენ უკუ რეაქციის დროს. ახალი მიდგომა საშუალებას იძლევა შემცირდეს ენერგიის დანაკარგი (ელექტრული ძაბვის რაოდენობა შემცირდება თითქმის 5-ჯერ) და გაიზარდოს კვების ელემენტის ხანგრძლივობა.

ლითიუმ-ჟანგბადის ტექნოლოგია ასევე კარგად არის ადაპტირებული რეალურ პირობებში, ლითიუმ-ჰაერის სისტემებისგან განსხვავებით, რომლებიც უარესდება ტენიანობის და CO2- ის ზემოქმედებისას. გარდა ამისა, ლითიუმის და ჟანგბადის ელემენტები დაცულია გადატვირთვისგან - როგორც კი ძალიან ბევრი ენერგია იქნება, ბატარეა გადადის სხვა ტიპის რეაქციაზე.

მეცნიერებმა განახორციელეს მუხტის განმუხტვის 120 ციკლი, ხოლო პროდუქტიულობა მხოლოდ 2% -ით შემცირდა.

ჯერჯერობით, მეცნიერებმა შექმნეს მხოლოდ პროტოტიპის ელემენტი, მაგრამ ისინი აპირებენ პროტოტიპის შექმნას ერთი წლის განმავლობაში. ამისათვის არ არის საჭირო ძვირადღირებული მასალები და წარმოება ძალიან ჰგავს ლითიუმ-იონის ტრადიციული ბატარეების წარმოებას. პროექტის განხორციელების შემთხვევაში, უახლოეს მომავალში ელექტრომობილები ორჯერ მეტ ენერგიას ინახავენ იმავე მასისთვის.

ავსტრალიაში სვინბურნის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ინჟინერმა გადაჭრა ბატარეების კიდევ ერთი პრობლემა - რამდენად სწრაფად იტენება ისინი. მის მიერ შემუშავებული სუპერ კონდენსატორი თითქმის მყისიერად იტენება და მისი გამოყენება მრავალი წლის განმავლობაში შეუძლებელია ეფექტურობის დაკარგვის გარეშე.

ჰან ლინმა გამოიყენა გრაფინი, ერთ – ერთი ყველაზე გამძლე მასალა დღემდე. თაფლის მსგავსი სტრუქტურის წყალობით გრაფენს დიდი ზედაპირი აქვს ენერგიის შესანახად. მეცნიერს აქვს 3D დაბეჭდილი გრაფენის ვაფლები - წარმოების ეს მეთოდი ასევე საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ ხარჯები და გაზარდოთ მასშტაბი.

მეცნიერის მიერ შექმნილი სუპერკონდენსატორი აწარმოებს იგივე რაოდენობის ენერგიას თითო კილოგრამ წონაზე, როგორც ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, მაგრამ იტვირთება რამდენიმე წამში. უფრო მეტიც, იგი ლითიუმის ნაცვლად იყენებს გრაფენს, რომელიც გაცილებით იაფია. ჰან ლინის თანახმად, სუპერ კონდენსატორს შეუძლია მილიონობით დამუხტული ციკლი გაიაროს ხარისხის დაკარგვის გარეშე.

ელემენტების წარმოების სფერო არ დგას. ავსტრიელმა ძმებმა კრეიზელებმა შექმნეს ახალი ტიპის აკუმულატორი, რომლის წონაც თითქმის ნახევარია Tesla Model S– ის ზომით.

ოსლოს უნივერსიტეტის ნორვეგიელმა მეცნიერებმა გამოიგონეს ბატარეა, რომლის სრული ენერგიით მომარაგებაც შეიძლება. ამასთან, მათი განვითარება მიზნად ისახავს ურბანული საზოგადოებრივი ტრანსპორტისთვის, რაც რეგულარულად ჩერდება - თითოეულ მათგანში ავტობუსი დაიტენება და საკმარისი ენერგია იქნება შემდეგ გაჩერებამდე მისასვლელად.

კალიფორნიის, ირვინის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ახლოს მივიდნენ მარადიული ელემენტის შექმნას. მათ შექმნეს ნანოსადენი ბატარეა, რომლის დატენვა ასობით ათასჯერ შეიძლება.

და რაისის უნივერსიტეტის ინჟინრებმა შეძლეს ისეთი შექმნის შესაძლებლობა, რომელიც მუშაობს 150 გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე, ეფექტურობის დაკარგვის გარეშე. გამოქვეყნდა

დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ წარმოსახვითზე - გიგანტური სპეციფიკური ტევადობითა და მყისიერი დატენვით. მსგავსი მოვლენების შესახებ ინფორმაცია შესაშური კანონზომიერებით ჩანს, მაგრამ მომავალი ჯერ არ დამდგარა და ჩვენ კვლავ ვიყენებთ ლითიუმ-იონურ აკუმულატორებს, რომლებიც გაჩნდა ათწლეულის დასაწყისში, ან მათ ოდნავ უფრო მოწინავე ლითიუმ-პოლიმერულ ანალოგებს. რა არის ეს, ტექნოლოგიური სირთულეები, მეცნიერთა სიტყვების არასწორი ინტერპრეტაცია თუ სხვა რამ? შევეცადოთ გაერკვნენ.

დატენვის სიჩქარის დევნა

ბატარეის ერთ-ერთი პარამეტრი, რომლის გაუმჯობესებას მუდმივად ცდილობენ მეცნიერები და მსხვილი კომპანიები, არის დატენვის სიჩქარე. ამასთან, შეუძლებელი იქნება მისი უსასრულოდ გაზრდა, თუნდაც ელემენტებში რეაქციების ქიმიური კანონების გამო (მით უმეტეს, რომ ალუმინის-იონური ელემენტების შემქმნელებმა უკვე განაცხადეს, რომ ამ ტიპის აკუმულატორის სრული დატენვა შესაძლებელია უბრალოდ მეორე), მაგრამ ფიზიკური შეზღუდვების გამო. დავუშვათ, რომ გვაქვს სმარტფონი 3000 mAh ბატარეით და სწრაფი დატენვის მხარდაჭერით. ასეთი გაჯეტის სრულად დატენვა შეგიძლიათ საათში, საშუალო დენის 3 A (საშუალოდ, რადგან დატენვის დროს ძაბვა იცვლება). ამასთან, თუ გვსურს სრული დატენვა მხოლოდ ერთ წუთში, ჩვენ გვჭირდება 180 ა მიმდინარე ძალა, სხვადასხვა დანაკარგების გამოკლებით. მოწყობილობის ასეთი დენის დასატენად საჭიროა მავთული, რომლის დიამეტრი დაახლოებით 9 მმ-ია - ორჯერ სქელი, ვიდრე თავად სმარტფონი. დიახ, და 180 ა დინების ძაბვა დაახლოებით 5 ვ, ჩვეულებრივი დამტენი ვერ შეძლებს გაცემას: სმარტფონების მფლობელებს სჭირდებათ პულსის დენის გადამყვანი, როგორც ეს მოცემულია ქვემოთ მოცემულ ფოტოში.

ამპერაჟის გაზრდის ალტერნატივაა ძაბვის გაზრდა. ეს ჩვეულებრივ ფიქსირდება და ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის 3.7 ვ., რა თქმა უნდა, მისი გადაჭარბება შესაძლებელია - სწრაფი დატენვის 3.0 ტექნოლოგიის დატენვა 20 ვ ვოლტაჟამდე მიდის, მაგრამ ბატარეის დატენვის მცდელობა ძაბვა დაახლოებით 220 ვ უსარგებლოა არ გამოიწვევს კარგს და ამ პრობლემის მოგვარება უახლოეს მომავალში შეუძლებელია. თანამედროვე ბატარეებს უბრალოდ არ შეუძლიათ გამოიყენონ ეს ძაბვა.

მარადიული აკუმულატორები

რა თქმა უნდა, ახლა ჩვენ არ ვსაუბრობთ "მუდმივი მოძრაობის აპარატზე", არამედ ბატარეებზე, რომელთა ხანგრძლივობაა. თანამედროვე ლითიუმ-იონურ ბატარეებს სმარტფონებისთვის უძლებს მაქსიმუმ ორიოდე წლის აქტიურ გამოყენებას, რის შემდეგაც მათი სიმძლავრე სტაბილურად იკლებს. მოსახსნელი ელემენტების მქონე სმარტფონების მფლობელებს ცოტათი გაუმართლათ, ვიდრე სხვები, მაგრამ ამ შემთხვევაში უნდა დარწმუნდეთ იმაში, რომ ბატარეა ახლახანს გამოუშვა: ლითიუმ-იონის ელემენტები დეგრადირდება მაშინაც კი, როდესაც არ გამოიყენება.

სტენფორდის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს ამ პრობლემის გადაჭრა: არსებული ლითიუმ-იონური ელემენტების ელექტროდების დაფარვა პოლიმერული მასალით გრაფიტის ნანონაწილაკების დამატებით. მეცნიერთა აზრით, ეს დაიცავს ელექტროდებს, რომლებიც ოპერაციის დროს აუცილებლად იფარება მიკროკრკებით და პოლიმერული მასალის იგივე მიკროკრკალები თავისით იკურნება. ამ მასალის პრინციპი მსგავსია ტექნოლოგიისა, რომელიც გამოიყენება LG G Flex სმარტფონში, თვითგანკურნებადი უკანა საფარით.

გადასვლა მესამე განზომილებაში

2013 წელს გავრცელდა ინფორმაცია, რომ ილინოისის უნივერსიტეტის მკვლევარები ამზადებდნენ ახალი ტიპის ლითიუმ-იონურ ბატარეებს. მეცნიერებმა განაცხადეს, რომ ამგვარი ელემენტების სპეციფიკური სიმძლავრე იქნება 1000 მვტ / სმ-მდე (სმ * მმ), ხოლო ჩვეულებრივი ლითიუმ-იონური ელემენტების სპეციფიკური სიმძლავრე 10-100 მვტ / სმ (მმ მმ) შორის. ჩვენ გამოვიყენეთ გაზომვის მხოლოდ ასეთი ერთეულები, ვინაიდან ჩვენ ვსაუბრობთ საკმაოდ მცირე ზომის სტრუქტურებზე, რომელთა სისქეა ათობით ნანომეტრი.

ნაცვლად ბრტყელი ანოდისა და კათოდისა, რომლებიც გამოიყენება Li-Ion– ის ტრადიციულ ბატარეებში, მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს ნაყარი სტრუქტურების გამოყენება: ნიკოლის სულფიდის ბროლის ბადე ფოროვან ნიკელზე, როგორც ანოდი და ლითიუმის მანგანუმის დიოქსიდი ფოროვან ნიკელზე, როგორც კათოდური.

მიუხედავად ყველა ეჭვისა, რომელიც გამოწვეულია პირველ პრესრელიზებში ახალი ელემენტების ზუსტი პარამეტრების არარსებობით, ასევე ჯერ კიდევ არ არის წარმოდგენილი პროტოტიპებით, ახალი ტიპის ელემენტები კვლავ რეალურია. ამას ადასტურებს ორი სამეცნიერო სტატია ამ თემაზე, რომელიც გამოქვეყნდა ბოლო ორი წლის განმავლობაში. ამასთან, თუ ასეთი ელემენტები საბოლოო მომხმარებლებისთვის ხელმისაწვდომი გახდება, ეს ძალიან დიდი ხნის წინ იქნება.

ეკვრის მეშვეობით დატენვა

მეცნიერები და ინჟინრები ცდილობენ გაჯეტების სიცოცხლის ხანგრძლივობა გააუმჯობესონ არა მხოლოდ ახალი ტიპის ბატარეების ძიებით ან მათი ენერგოეფექტურობის გაზრდით, არამედ საკმაოდ უჩვეულო გზებით. მიჩიგანის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შესთავაზეს გამჭვირვალე მზის პანელების პირდაპირ ეკრანში ჩასმა. ვინაიდან ასეთი პანელების მუშაობის პრინციპი ემყარება მათ მიერ მზის გამოსხივების შეწოვას, მათი გამჭვირვალედ ჩასატარებლად მეცნიერებს მოუწიათ შეასრულონ: ახალი ტიპის პანელების მასალა შთანთქავს მხოლოდ უხილავ გამოსხივებას (ინფრაწითელი და ულტრაიისფერი), რის შემდეგაც მინის ფართო კიდეებიდან არეკლილი ფოტონები შეიწოვება ტრადიციული ტიპის ვიწრო ზოლების მზის პანელებით, რომლებიც განლაგებულია მის კიდეებზე.

ასეთი ტექნოლოგიის დანერგვის მთავარი დაბრკოლება ასეთი პანელების დაბალი ეფექტურობაა - მხოლოდ 1% ტრადიციული მზის პანელების 25% -ის წინააღმდეგ. ახლა მეცნიერები ეძებენ ეფექტურობის მინიმუმ 5% -ით გაზრდის გზებს, მაგრამ ამ პრობლემის სწრაფი მოგვარება მოსალოდნელი არ არის. სხვათა შორის, მსგავსი ტექნოლოგია ცოტა ხნის წინ დააპატენტა Apple– მა, მაგრამ ჯერჯერობით უცნობია, სად ზუსტად განათავსებს მწარმოებელი მზის პანელებს მის მოწყობილობებში.

მანამდე ჩვენ ვგულისხმობდით დატენვის აკუმულატორს სიტყვებით „აკუმულატორი“ და „აკუმულატორი“, მაგრამ ზოგიერთი მკვლევარი თვლის, რომ ერთჯერადი ძაბვის წყაროების გამოყენება შესაძლებელია გაჯეტებში. როგორც ბატარეები, რომლებსაც შეეძლებათ დატენვის ან სხვაგვარი მოვლა-პატრონობის გარეშე მუშაობა რამდენიმე წლის განმავლობაში (ან თუნდაც რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში), მისურის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა შესთავაზეს RTG- ების - რადიოიზოტოპის თერმოელექტრო გენერატორების გამოყენება. RTG– ს მუშაობის პრინციპი ემყარება რადიოტკეპნის დროს გამოყოფილი სითბოს ელექტროენერგიად გადაქცევას. მრავალი ასეთი ინსტალაცია ცნობილია კოსმოსში და დედამიწის ძნელად მისადგომ ადგილებში, მაგრამ აშშ – ში მინიმატურ რადიოიზოტოპურ ბატარეებს იყენებდნენ კარდიოსტიმულატორებშიც.

გაუმჯობესებულ ტიპზე ასეთ ბატარეებზე მუშაობა მიმდინარეობს 2009 წლიდან და ნაჩვენებია ასეთი ბატარეების პროტოტიპებიც კი. მაგრამ უახლოეს მომავალში ვერ ვიხილავთ რადიოიზოტოპის ელემენტებს სმარტფონებში: მათი წარმოება ძვირია და, უფრო მეტიც, ბევრ ქვეყანაში მკაცრი შეზღუდვები აქვთ რადიოაქტიური მასალების წარმოებასა და მიმოქცევაში.

წყალბადის უჯრედები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ერთჯერადი კვების ელემენტები, მაგრამ მათი გამოყენება სმარტფონებში არ შეიძლება. წყალბადის ბატარეები საკმაოდ სწრაფად იხმარება: მიუხედავად იმისა, რომ თქვენი აპარატი ერთ ვაზნაზე მეტხანს გაგრძელდება, ვიდრე ჩვეულებრივი ბატარეის ერთი დატენვის დროს, მათი პერიოდულად შეცვლა მოუწევს. ამასთან, ეს ხელს არ უშლის წყალბადის ბატარეების გამოყენებას ელექტრომობილებში და თუნდაც გარე ბატარეებში: ჯერჯერობით ეს არ არის მასობრივი მოწყობილობები, მაგრამ ისინი აღარ არიან პროტოტიპები. Apple, ჭორების თანახმად, უკვე ამუშავებს კარტრიჯების წყალბადის შევსების სისტემას, მათი ჩანაცვლების გარეშე მომავალი iPhone- ებისთვის.

იდეა იმის შესახებ, რომ გრაფინის საფუძველზე შეიძლება შეიქმნას მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრის ელემენტი, ჯერ კიდევ 2012 წელს წამოიჭრა. ამრიგად, ამ წლის დასაწყისში ესპანეთში გამოცხადდა გრაფენანოს მიერ ელექტრომობილებისთვის გრაფენ-პოლიმერული ბატარეების წარმოების ქარხნის მშენებლობის დაწყება. ახალი ტიპის ბატარეების წარმოება თითქმის ოთხჯერ იაფია, ვიდრე ტრადიციული ლითიუმ-პოლიმერული ბატარეები, მისი სიმძლავრეა 600 Wh / კგ და ასეთი 50 კვტ / სთ ბატარეის დატენვა მხოლოდ 8 წუთში იქნება შესაძლებელი. მართალია, როგორც თავიდანვე ვთქვით, ამისათვის საჭიროა დაახლოებით 1 მეგავატი სიმძლავრე, ამიტომ ასეთი ინდიკატორი მხოლოდ თეორიულად მიიღწევა. ზუსტად როდის დაიწყებს ქარხანა პირველი გრაფენ-პოლიმერული ელემენტების წარმოებას, ამის შესახებ არ არის ცნობილი, მაგრამ შესაძლებელია, რომ Volkswagen იყოს მისი პროდუქციის მყიდველებს შორის. კონცერნმა უკვე გამოაცხადა, რომ 2018 წლისთვის ელექტრო ბატარეების წარმოება, რომელთა მანძილი 700 კილომეტრამდეა, ელემენტის ერთი დატენვიდან არის.

რაც შეეხება მობილური მოწყობილობებს, ჯერჯერობით მათში გრაფენ-პოლიმერული ელემენტების გამოყენებას ხელს უშლის ასეთი ელემენტების დიდი ზომები. ვიმედოვნოთ, რომ ამ მიმართულებით კვლევა გაგრძელდება, რადგან გრაფენ – პოლიმერული ელემენტები ერთ – ერთი ყველაზე პერსპექტიული ტიპისაა, რომელიც შეიძლება გამოჩნდეს უახლოეს წლებში.

რატომ, მეცნიერთა მთელი ოპტიმიზმისა და ენერგიის დაზოგვის სფეროში მიღწევების შესახებ რეგულარულად გამოჩენილი სიახლეების მიუხედავად, ახლა სტაგნაციას ვხედავთ? პირველ რიგში, საქმე ჩვენს დიდ მოლოდინშია, რომელსაც მხოლოდ ჟურნალისტები აწვალებენ. ჩვენ გვინდა გვჯეროდეს, რომ რევოლუცია მოხდება ბატარეების სამყაროში და ჩვენ მივიღებთ ბატარეას დამუხტვით წუთზე ნაკლებ დროში და პრაქტიკულად შეუზღუდავი მუშაობის ვადა, საიდანაც თანამედროვე სმარტფონი რვა ბირთვიანია პროცესორი იმუშავებს მინიმუმ ერთი კვირის განმავლობაში. მაგრამ ასეთი მიღწევები, სამწუხაროდ, არ ხდება. მასობრივი წარმოების ნებისმიერი ახალი ტექნოლოგიის დანერგვას წინ უსწრებს მრავალი წლის სამეცნიერო კვლევა, ნიმუშის ტესტირება, ახალი მასალების და ტექნოლოგიური პროცესების შემუშავება და სხვა სამუშაოები, რაც დიდ დროს მოითხოვს. ყოველივე ამის შემდეგ, იგივე ლითიუმ-იონის ბატარეებს დაახლოებით ხუთი წელი დასჭირდა, რომ ინჟინერიული პროტოტიპებიდან დასრულებულ მოწყობილობებად ჩამოყალიბებულიყო, რომელთა გამოყენება ტელეფონებშიც შეიძლებოდა.

ამიტომ, ჩვენ უბრალოდ უნდა მოვითმინოთ და გულში არ მივიღოთ სიახლეები საკვები ახალი ელემენტების შესახებ. ყოველ შემთხვევაში, სანამ არ გავრცელდება ინფორმაცია მათი მასობრივი წარმოების შესახებ, როდესაც ეჭვი არ არის ახალი ტექნოლოგიის სიცოცხლისუნარიანობის შესახებ.

ელექტრომობილებმა ბევრი გარემოსდაცვითი პრობლემა უნდა გადაწყვიტონ. განახლებადი წყაროებიდან ელექტროენერგიის დატენვის შემთხვევაში, ისინი პრაქტიკულად უვნებელია ატმოსფეროსთვის. რა თქმა უნდა, თუ არ გაითვალისწინებთ მათ ტექნოლოგიურად რთულ წარმოებას. და ელექტრო წევაზე მოძრაობა ძრავის ჩვეულებრივი ბორბლის გარეშე უბრალოდ სასიამოვნოა. მუდმივი აურზაური კვლავ აწუხებს ელემენტის დატენვის მდგომარეობის გამო. ბოლოს და ბოლოს, თუ იგი ნულამდე დაეცემა და მახლობლად არ არის ერთი დატენვის სადგური, მაშინ პრობლემები არ შეგექმნებათ.

არსებობს ექვსი გადამწყვეტი ფაქტორი ელექტრომობილების წარმატებისთვის, რომლებიც იკვებება აკუმულატორებით. უპირველეს ყოვლისა, ჩვენ ვსაუბრობთ სიმძლავრეზე - ეს არის ის, თუ რამდენი ელექტროენერგიის შენახვა შეუძლია აკუმულატორს, ბატარეის ციკლური გამოყენების რაოდენობა - ეს არის "დატენვა-გამონადენი", რომელსაც შეუძლია გაუძლოს ბატარეამ, სანამ არ გამოდგება და დატენვა დრო - ეს არის ის, თუ რამდენ ხანს მოუწევს მძღოლს ლოდინი, ავტომობილის დატენვისას, რომ მართოს ის.

თანაბრად მნიშვნელოვანია ბატარეის საიმედოობა. ვთქვათ, თუ მას შეეძლება გამგზავრება მაღალმთიანეთში ან ზაფხულის ცხელ სეზონში მოგზაურობა. რა თქმა უნდა, ელექტრომობილების შეძენის საკითხის გადაწყვეტისას უნდა გაითვალისწინოთ ისეთი ფაქტორი, როგორიცაა დატენვის სადგურების რაოდენობა და ბატარეების ფასი.

რამდენად შორს შეგიძლიათ ბატარეებზე გადასვლა?

მსუბუქი ელექტრომობილები დღეს ბაზარზე ერთი დატენვით 150-დან 200 კილომეტრამდე მანძილს ფარავს. პრინციპში, ეს დისტანციები შეიძლება გაიზარდოს ბატარეების რაოდენობის გაორმაგებით ან სამჯერ. პირველ რიგში, ახლა ეს იმდენად ძვირი იქნებოდა, რომ ელექტრომობილების ყიდვა გაუსაძლისი იქნებოდა, მეორეც, ელექტრომობილები გაცილებით დამძიმდებოდა, ამიტომ მათი დატვირთვა მძიმე დატვირთვების გათვალისწინებით იქნებოდა. ეს ეწინააღმდეგება ელექტრომობილების მწარმოებლების მიერ დასახულ მიზნებს, კერძოდ, მშენებლობის სიმარტივეს.

მაგალითად, Daimler- მა ახლახანს წარმოადგინა ელექტრო სატვირთო მანქანა, რომელსაც ერთი დატენვით 200 კილომეტრამდე გავლა შეუძლია. ამასთან, თავად აკუმულატორი იწონის მინიმუმ ორ ტონას. მაგრამ ძრავა ბევრად უფრო მსუბუქია, ვიდრე დიზელზე მომუშავე სატვირთო.

რომელი ელემენტები დომინირებს ბაზარზე?

თანამედროვე ელემენტები, იქნება ეს მობილური ტელეფონები, ლეპტოპები თუ ელექტრომობილები, თითქმის მხოლოდ ე.წ. ლითიუმ-იონური ელემენტების ვარიანტებია. ჩვენ ვსაუბრობთ სხვადასხვა ტიპის ბატარეებზე, სადაც ტუტე ლითონი გვხვდება როგორც დადებით და უარყოფით ელექტროდებში, ასევე სითხეში - ე.წ. ელექტროლიტი. როგორც წესი, უარყოფითი ელექტროდი მზადდება გრაფიტისგან. იმისდა მიხედვით, თუ რა სხვა მასალებს იყენებენ დადებით ელექტროდში, არსებობს, მაგალითად, ლითიუმ-კობალტის (LiCoO2), ლითიუმ-ტიტანის (Li4Ti5O12) და ლითიუმ-რკინა-ფოსფატის (LiFePO4) ელემენტები.

ლითიუმის პოლიმერული ელემენტები განსაკუთრებულ როლს ასრულებენ. აქ გელის მსგავსი პლასტიკი მოქმედებს როგორც ელექტროლიტი. ეს ელემენტები ყველაზე ძლიერია დღეს ბაზარზე, ენერგიის მოცულობა კილოგრამამდე 260 ვატ საათამდე. დანარჩენ ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შეუძლია მაქსიმუმ 140-დან 210 ვატ საათამდე კილოგრამზე.

და თუ შეადარებთ ელემენტების ტიპებს?

ლითიუმ-იონის ბატარეები ძალიან ძვირია, პირველ რიგში, ლითიუმის მაღალი საბაზრო ღირებულების გამო. ამასთან, მრავალი უპირატესობა არსებობს ტყვიისა და ნიკელისგან დამზადებულ წინა ტიპის ბატარეებთან შედარებით.

გარდა ამისა, ლითიუმ-იონის ბატარეები საკმაოდ სწრაფად იტენება. ეს ნიშნავს, რომ ქსელიდან ნორმალური დენის შემთხვევაში, ელექტრომობილით დატვირთვა შესაძლებელია ორ-სამ საათში. სპეციალურ სწრაფი დამტენების სადგურებში შეიძლება ერთ საათს გაგრძელდეს.

ძველი ტიპის ბატარეებს ასეთი უპირატესობა არ აქვთ და მათ ბევრად ნაკლები ენერგიის შენახვა შეუძლიათ. ნიკელზე დაფუძნებულ ბატარეებს აქვთ ენერგიის ტევადობა 40 – დან 60 ვატ – საათამდე კილოგრამზე. თვისებები უარესია ტყვიის მჟავე ბატარეებში - მათში ენერგეტიკული სიმძლავრეა დაახლოებით 30 ვატი საათი / კილოგრამზე. ამასთან, ისინი ბევრად იაფია და უპრობლემოდ უძლებენ მრავალი წლის მუშაობას.

რამდენ ხანს გრძელდება თანამედროვე ელემენტები?

ბევრ ადამიანს ახსოვს ძველი ბატარეებში მეხსიერების ეფექტის ე.წ. ეს ყველაზე მეტად ნიკელის ბატარეებში გამოიხატა. შემდეგ, თუ ვინმე ფიქრობდა, რომ დამუხტული ან ლეპტოპის ელემენტის დატენვას შეძლებდა, თუმცა ელემენტი თითქმის ნახევრად იყო დამუხტული, ელექტროენერგიის შენახვის შესაძლებლობა საოცრად შემცირდა. ამიტომ, დატენვის ყოველი პროცესის დაწყებამდე, ენერგია მთლიანად უნდა მოხმარებულიყო. ელექტრომობილებისთვის ეს კატასტროფა იქნება, რადგან მათი დატენვა საჭიროა ზუსტად მაშინ, როდესაც ისინი დატენვის სადგურიდან შესაფერისი მანძილით არიან და არა მაშინ, როდესაც აკუმულატორი იწურება.

მაგრამ ლითიუმ-იონურ ბატარეებს არ აქვთ ეს "მეხსიერების ეფექტი". მწარმოებლები გვპირდებიან 10,000 – მდე დატენვის ციკლს და 20 – წლიან უპრობლემო მუშაობას. ამავე დროს, მომხმარებელთა გამოცდილება ხშირად სხვა რამეზე მეტყველებს - ლეპტოპის ელემენტები "იღუპება" რამდენიმე წლის მუშაობის შემდეგ. გარდა ამისა, გარე ფაქტორებმა, როგორიცაა ექსტრემალური ტემპერატურა ან უნებლიე გამონადენი ან ზედმეტი დატვირთვა, შეიძლება სამუდამოდ დააზიანოს ელემენტები. თანამედროვე საცავის ელემენტებში ძალიან მნიშვნელოვანია ელექტრონიკის უწყვეტი მუშაობა, რომელიც აკონტროლებს დატენვის პროცესს.

სუპერ აკუმულატორები მხოლოდ ცარიელი ფრაზაა?

იულიხის კვლევითი ცენტრის ექსპერტები მუშაობენ სილიციუმ-ჰაერის ბატარეების შემუშავებაზე. ჰაერის აკუმულატორების იდეა არც ისე ახალია. ასე რომ, ადრე მათ სცადეს ლითიუმ-ჰაერის ბატარეების შემუშავება, რომელშიც დადებითი ელექტროდი შედგებოდა ნანოკრისტალური ნახშირბადის ქსელისგან. ამ შემთხვევაში, ელექტროდი თავისთავად არ მონაწილეობს ელექტროქიმიურ პროცესში, მაგრამ მოქმედებს მხოლოდ როგორც გამტარი, რომლის ზედაპირზე ჟანგბადი მცირდება.

სილიციუმის საჰაერო ბატარეები მუშაობს იმავე გზით. ამასთან, მათ აქვთ უპირატესობა, რომ შედგებიან ძალიან იაფი სილიციუმისგან, რომელიც ბუნებაში თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობით გვხვდება ქვიშის სახით. გარდა ამისა, სილიციუმი აქტიურად გამოიყენება ნახევარგამტარული ტექნოლოგიის დროს.

პოტენციურად დაბალი წარმოების ღირებულების გარდა, ერთი შეხედვით საკმაოდ მიმზიდველია ჰაერის ელემენტების ტექნიკური მახასიათებლებიც. ყოველივე ამის შემდეგ, მათ შეუძლიათ მიაღწიონ ისეთ ენერგეტიკულ სიმძლავრეას, რომელიც დღევანდელ მაჩვენებლებს სამჯერ ან ათჯერ აღემატება.

ამასთან, ეს მოვლენები ჯერ კიდევ შორს არის ბაზარზე გასვლისგან. ყველაზე დიდი პრობლემაა საჰაერო ბატარეების არადამაკმაყოფილებლად მოკლე "სიცოცხლის ხანგრძლივობა". იგი 1000-ზე ნაკლებია დამუხტვა-განმუხტვის ციკლზე. იულიხის მკვლევარების ექსპერიმენტი გარკვეულ იმედს იძლევა. მათ დაადგინეს, რომ ამ ელემენტების მუშაობის ხანგრძლივობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს, თუ ამ ბატარეებში ელექტროლიტი რეგულარულად ივსება. მაშინაც კი, ამგვარი ტექნიკური გადაწყვეტილებების შემთხვევაში, ეს ელემენტები ვერ მიაღწევენ მუშაობის სიცოცხლის ნაწილსაც კი, რაც დღევანდელ ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აქვთ.

ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა, 94 წლის პროფესორის ჯონ გუდენაჰის მეთაურობით, შეიმუშავეს ახალი ტიპის მყარი კვების ელემენტი. საინტერესოა, რომ ეს იყო ჯონ გუდენოუ, რომელიც თანამედროვე ლითიუმ-იონური ელემენტების ერთ-ერთი შემქმნელია. 1983 წელს მან და მისმა კოლეგებმა შემოგვთავაზეს ლითიუმის კობალტიტის გამოყენება, როგორც კათოდი ლითიუმ-იონურ ბატარეებში. ახალი ტექნოლოგია უზრუნველყოფს მყარი მდგომარეობის ბატარეას უსაფრთხოების გაუმჯობესებით, გამძლეობით და დატენვის უფრო სწრაფი სიჩქარით, ვიდრე ტრადიციული ბატარეები.

”ღირებულება, უსაფრთხოება, ენერგიის სიმკვრივე, დატენვისა და განმუხტვის სიჩქარე და ხანგრძლივობა არის ელექტრომობილების ელემენტების კრიტიკული მაჩვენებლები, რამაც შეიძლება გავლენა მოახდინოს მათ პოპულარობაზე. ჩვენ გვჯერა, რომ ჩვენი აღმოჩენა ხსნის თანამედროვე ბატარეების თანდაყოლილ ბევრ პრობლემას ”, - თქვა ჯონ გუდენოუმ.

ახალ ბატარეებს მინიმუმ სამჯერ აქვთ ენერგიის სიმკვრივე თანამედროვე ლითიუმ-იონურ ბატარეებზე. ელექტრომობილებისთვის ეს ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ უფრო მეტი მანძილის გავლა ერთი დატენვით, ხოლო სმარტფონებს შეეძლებათ დაიკვეხნონ მაღალი ავტონომიით. გაზრდილი ენერგიის სიმკვრივის გარდა, ახალი ელემენტები ინარჩუნებენ სიმძლავრეებს დამუხტვის მეტ ციკლზე (1200 ციკლამდე) და დატენვის დრო გამოითვლება არა საათებში, არამედ წუთებში.

თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეები იყენებენ თხევად ელექტროლიტებს ლითიუმის იონების გადასაადგილებლად ანოდსა და კათოდს შორის. ძალიან სწრაფად დატენვამ შეიძლება გამოიწვიოს მოკლე ჩართვა, რასაც ხშირად თან ახლავს აფეთქება. ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა გამოიყენეს მინის ელექტროლიტები თხევადი ელექტროლიტების ნაცვლად - ისინი საშუალებას აძლევს გამოიყენონ ტუტე ლითონის ანოდი (ლითიუმი, ნატრიუმი ან კალიუმი) დენდრიტის წარმოქმნის ალბათობის გარეშე.

თხევადი ელექტროლიტების ნაცვლად მინის ელექტროლიტების გამოყენების კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ მათ შეუძლიათ მუშაობის გარეშე პრობლემები ნულოვან ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, ასეთი ელემენტის ყველა ელემენტი შეიძლება გაკეთდეს ეკოლოგიურად სუფთა მასალებისგან.

სამწუხაროდ, როგორც ბატარეის სხვა პერსპექტიული ტექნოლოგიების შემთხვევაში ხდება, ამ განვითარების კომერციულ გამოყენებაზე საუბარი არ არის.

ლითიუმ-იონური ელემენტების გამომგონებელმა წარმოადგინა ახალი ტიპის აკუმულატორი
ლითიუმ-იონური ელემენტების გამომგონებელმა წარმოადგინა ახალი ტიპის აკუმულატორი

ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მყარი ელემენტები, რომლებიც უნდა იყოს ლითიუმ-იონის ბატარეების უფრო ეფექტური და სრულიად უსაფრთხო ალტერნატივა. განვითარებას ხელმძღვანელობს 94 წლის გამომგონებელი ჯონ გუდენოუ, რომელიც ლითიუმ-იონის ბატარეის თანადამფუძნებელია თითქმის სამი ათეული წლის წინ.

როგორც ექსპერიმენტატორმა გაარკვია, ახალი ტიპის ბატარეებს აქვს სამჯერ მეტი ენერგიის ტევადობა, იტენება უფრო სწრაფად, უძლებს ტემპერატურას down60 ° C- მდე, არ იფეთქებს გადახურებისგან ან გარსის დაზიანებისგან და არ აზიანებს გარემოს განადგურებისას . როგორც ელექტროენერგიის შენახვის მასალა, ამგვარი ბატარეა იყენებს არა იშვიათ და ძვირადღირებულ ლითიუმს, არამედ იაფ ნატრიუმს, რომლის მოპოვება ზღვის წყლიდან შეიძლება ისევე, როგორც მარილი.

ლითიუმ-იონის ბატარეები ფართოდ გამოიყენება და გამოიყენება თითქმის ყველა ტიპის ელექტრონულ მოწყობილობებში. მათი მუშაობის პრინციპი ემყარება თხევადი ელექტროლიტის იონების მოძრაობას ანოდსა და კათოდს შორის. თუ ბატარეა ძალიან სწრაფად იტენება, ბატარეაში შეიძლება წარმოიქმნას ლითიუმის "განშტოებები", რაც იწვევს სიმძლავრის შემცირებას, მოკლე ჩართვას და ბატარეის აფეთქებამდეც კი. მინა ემსახურება როგორც ელექტროლიტს ახალ გუდენოუს ბატარეაში, რაც საშუალებას აძლევს ტუტე მეტალებს (მაგალითად, ნატრიუმს ან კალიუმს) ანოდის გამოყენებას, რომლებიც არ ქმნიან პროცესებს. ასეთი ბატარეისთვის ხანძრის რისკი ნულს უახლოვდება.

”ღირებულება, უსაფრთხოება, ენერგიის სიმკვრივე, დატენვის სიჩქარე და კვების ელემენტის ხანგრძლივობა კრიტიკული მეტრია ელექტრომობილების უწყვეტი მიღებისათვის. ჩვენ გვჯერა, რომ ჩვენი ტექნოლოგია დაგეხმარებათ მრავალი პრობლემის მოგვარებაში, რომელსაც თანამედროვე ელემენტები ექვემდებარება ”, - თქვა ჯონ გუდენოუმ თავის გამოგონებაზე.

გუდენოუ არ არის პირველი, ვინც გადაწყვიტა თხევადი ელექტროლიტის შეცვლა მყარი მდგომარეობით. მის წინაშე მსგავსი ექსპერიმენტები მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარებმა ჩაატარეს. მათ გამოიყენეს სულფიდები, მაგრამ დაადგინეს, რომ ეს მასალა ძალიან მყიფეა, ამიტომ მასზე დაფუძნებული ელემენტების გამოყენება არ შეიძლება პორტატულ მოწყობილობებში და ელექტრომობილებში.

ლითიუმ-იონის ბატარეები გამოიყენება ელექტრონიკაში ოთხმოცდაათიანი წლების დასაწყისიდან და თითქმის ჩაანაცვლა ყველა სხვა ტიპის ბატარეა. 25 წლის განმავლობაში ამ ტექნოლოგიაში მნიშვნელოვანი მიღწევა ვერ იქნა მიღწეული - ასეთი ელემენტების ენერგოეფექტურობა, მართალია იზრდება, ძალიან ნელა მიმდინარეობს. მათი ძირითადი პრობლემებია აფეთქების საფრთხე ყოველ მომენტში უმიზეზოდ და ნომინალური სიმძლავრის თანდათანობითი დაკარგვა გადატვირთვისგან სრული ამოწურვამდე.

ახალი ტიპის ბატარეა ლითიუმ-იონის ბატარეის გამომგონებლისგან
ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მყარი დენის ელემენტები, რომლებიც ლითიუმ-იონის ელემენტების უფრო ეფექტური და სრულიად უსაფრთხო ალტერნატივა უნდა იყოს.

ამ ტიპის ჩვეულებრივი ბატარეები აღჭურვილია ნახშირბადის კათოდით, რომლის პორებში ინახება ატმოსფერული ჟანგბადი, რომელიც აქტიური მასალის როლს ასრულებს. განმუხტვის დროს, ლითიუმის კათიონები გადაადგილდებიან ლითიუმის ანოდიდან ელექტროლიტის გავლით და რეაგირებენ ჟანგბადთან, წარმოქმნიან (იდეალურად) ლითიუმის პეროქსიდს Li 2 O 2, რომელიც ინახება კათოდზე და ელექტრონები ანოდიდან კათოდზე გადადიან დატვირთვის წრეში . ლითიუმ – ჰაერის ნიმუშების უპირატესობა ტრადიციულ ლითიუმ – იონთან შედარებით არის მაღალი მისაღწევი ენერგიის სიმკვრივე.

ლითიუმ-ჰაერის ელემენტების მუშაობაზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი: ფარდობითი ტენიანობა, ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა, ელექტროლიტების შემადგენლობა, კატალიზატორის შერჩევა და მოწყობილობის საერთო განლაგება. გასათვალისწინებელია ისიც, რომ ნახშირბადის ელექტროდზე განთავსებული რეაქციის პროდუქტები (Li 2 O 2) ბლოკავს ჟანგბადის შეღწევადობის გზებს, ამცირებს ტევადობას. შესაბამისად, ოპტიმალური კონფიგურაციის ჰაერის ელექტროდს უნდა ჰქონდეს როგორც მიკროზომადი პორები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჟანგბადის თავისუფალ გავლას, ისე ნანო ზომის ღრუები, რომლებიც ქმნიან საიტების საკმარის სიმკვრივეს Li-O 2 რეაქციებისთვის.

ფუნქციონალიზებული გრაფენის ფურცლის სქემა, რომელსაც გააჩნია ფუნქციონალური ჯგუფები ორივე მხარეს და კიდეები და კრატის დეფექტები, რომლებიც ენერგიულად ხელსაყრელი ადგილები ხდება რეაქციის პროდუქტების დასაჭერად (Li 2 O 2) დეფექტები გამოირჩევა ყვითელ და იისფერში, ნახშირბადის ატომები - ნაცრისფერი, ჟანგბადი - წითელი, წყალბადის - თეთრი. მარჯვნივ ნაჩვენებია ჰაერის ელექტროდის იდეალური ფოროვანი სტრუქტურა. (შემდგომში, ილუსტრაციები ჟურნალ Nano Letters- დან).

ახალი ელექტროდების შესაქმნელად გამოიყენეს გრაფიტის ოქსიდის სითბოს დამუშავებით მიღებული ფუნქციონალიზებული გრაფენის ფურცლები. ოქსიდის C / O საწყისი თანაფარდობა დაახლოებით უდრის ორს, მაგრამ 1050 ˚C ტემპერატურის შენარჩუნება მხოლოდ 30 წმ საშუალებას იძლევა გაიზარდოს

15 CO 2– ის გამოყოფის გამო. ნახშირორჟანგის ფოთლების შემდეგ, ფურცლები იძენენ ქსელის დეფექტებს, რაც ხელს უწყობს იზოლირებული ნანოტიზებული Li 2 O 2 ნაწილაკების წარმოქმნას, რომლებიც არ ბლოკავს ჟანგბადის მოხვედრას ბატარეის მუშაობის დროს.

მომზადებული ფურცლები მოათავსეს მიკროემულსიურ ხსნარში, რომელიც შეიცავს შემკვრელებს. გაშრობის შემდეგ ელექტროდმა მიიღო არაჩვეულებრივი შინაგანი სტრუქტურა, რომელშიც გამოირჩევა თავისუფლად შეფუთული კვერცხის ფორმის ელემენტები. მათ შორის ფართო პასაჟები გაიარა და ელემენტების "გარსი" უამრავ ნანოტიზულ ფორს შეიცავს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტროდის დიზაინი ოპტიმალთან ახლოს იყო.

გრაფენის ელექტროდები: ზემოდან - უბრალოდ გაკეთებული, ქვემოდან - განმუხტვის შემდეგ. ისრებით აღინიშნება Li 2 O 2 ნაწილაკები. ზომები მიკრომეტრებშია.

ექსპერიმენტებში ლითიუმ-ჰაერის ბატარეებმა გრაფენის ელექტროდებით (კატალიზატორის გარეშე) აჩვენა რეკორდულად მაღალი სიმძლავრე - 15,000 mAh / გრამი ნახშირბადი. ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ასეთი შედეგები მიღწეულია სუფთა O 2 ატმოსფეროში; ჰაერში ტევადობა მნიშვნელოვნად იკლებს, რადგან წყალი ხელს უშლის მოწყობილობის მუშაობას. ავტორები უკვე ფიქრობენ მემბრანის დიზაინზე, რომელიც წყლისგან დაცვის გარანტიას იძლევა, მაგრამ საჭირო ჟანგბადის გავლის საშუალებას მისცემს.

”ჩვენ ასევე გვინდა, რომ ელემენტი სრულად დავატენოთ”, - ამბობს გუნდის ხელმძღვანელი ჯი-გუანგ ჟანგი. ”ამას დასჭირდება ახალი ელექტროლიტი და ახალი კატალიზატორი და ის არის ის, რაც ახლა გვაინტერესებს.”

ლითიუმ-ჰაერის ბატარეის განმუხტვის მრუდი გრაფენის ელექტროდით.

გერმანელებმა გამოიგონეს ფტორ-იონური ელემენტი

ელექტროქიმიური მიმდინარე წყაროების მთელი არმიის გარდა, მეცნიერებმა შეიმუშავეს კიდევ ერთი ვარიანტი. მისი უპირატესობაა ხანძრის საშიშროება და ათჯერ უფრო მაღალი ტევადობა, ვიდრე ლითიუმ-იონის ბატარეები.

კარლსრუეს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (KIT) ქიმიკოსებმა შემოგვთავაზეს ბატარეების კონცეფცია, რომლებიც დაფუძნებულია ლითონის ფტორებზე და რამდენიმე პატარა ლაბორატორიული ნიმუშიც კი გამოსცადეს.

ასეთ ელემენტებში, ფტორს ანიონები პასუხისმგებელნი არიან ელექტროდებს შორის მუხტის გადატანაზე. აკუმულატორის ანოდი და კათოდი შეიცავს ლითონებს, რომლებიც, დენის მიმართულების მიხედვით (მუხტი ან გამონადენი), გარდაიქმნება ფტორებად ან ანაზღაურდება მეტალებად.

”რადგან ერთ ლითონის ატომს შეუძლია ერთდროულად მიიღოს მრავალი ელექტრონი, ეს კონცეფცია მიაღწევს ენერგიის უკიდურესად მაღალ სიმკვრივეს - ათჯერ აღემატება ჩვეულებრივი ლითიუმ-იონის ბატარეებს,” - ამბობს თანაგონებელი დოქტორი მაქსიმილიან ფიხტნერი

იდეის შესამოწმებლად, გერმანელმა მკვლევარებმა შექმნეს ასეთი ელემენტების რამდენიმე ნიმუში, რომელთა დიამეტრია 7 მილიმეტრი და სისქე 1 მმ. ავტორებმა შეისწავლეს ელექტროდების რამდენიმე მასალა (სპილენძი და ბისმუთი ნახშირბადთან ერთად) და შექმნეს ელექტროლიტი, რომელიც დაფუძნებულია ლანტანუმსა და ბარიუმზე.

ამასთან, ასეთი მყარი ელექტროლიტი მხოლოდ შუალედური ეტაპია. ეს ფტორული იონის გამტარ ნაერთი კარგად მუშაობს მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე. ამიტომ, ქიმიკოსები ეძებენ მის ჩანაცვლებას - თხევადი ელექტროლიტი, რომელიც იმოქმედებს ოთახის ტემპერატურაზე.

(დაწვრილებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ ინსტიტუტის პრეს რელიზი და ჟურნალი მასალების ქიმიის შესახებ.)

ძნელია იმის პროგნოზირება, თუ რას გამართავს აკუმულატორების ბაზარი მომავალში. ლითიუმის ბატარეები კვლავ წინა პლანზე დგას და მათ კარგი პოტენციალი აქვთ ლითიუმის პოლიმერების განვითარებების წყალობით. ვერცხლ-თუთიის ელემენტების დანერგვა ძალიან გრძელი და ძვირადღირებული პროცესია და მისი მიზანშეწონილობა კვლავ სადავო საკითხია. საწვავის უჯრედების და ნანოსადენების ტექნოლოგიები მრავალი წლის განმავლობაში ულამაზესი სიტყვებით იწონებოდა და აღწერილი იყო, მაგრამ როდესაც საქმე პრაქტიკას ეხება, რეალური პროდუქტები ან ძალიან რთული ან ძალიან ძვირია, ან ორივე ერთად. მხოლოდ ერთი რამ არის ცხადი - მომდევნო წლებში ეს ინდუსტრია გააგრძელებს აქტიურ განვითარებას, რადგან პორტატული მოწყობილობების პოპულარობა ნახტომითა და საზღვრებით იზრდება.

ლაბორატორიების პარალელურად, რომლებიც ფოკუსირებულია ავტონომიურ ოპერაციაზე, ვითარდება სამუშაო მაგიდის ნოუთბუქების მიმართულება, რომელშიც ელემენტი უფრო მეტად ასრულებს სარეზერვო UPS– ის როლს. სამსუნგმა ახლახანს გამოუშვა მსგავსი ლეპტოპი, რომელსაც საერთოდ არ ჰქონდა აკუმულატორი.

IN NiCd-კუმულატორებს ასევე აქვთ ელექტროლიზის შესაძლებლობა. ასაფეთქებელი წყალბადის დაგროვების თავიდან ასაცილებლად, ბატარეები აღჭურვილია მიკროსკოპული სარქველებით.

ცნობილ ინსტიტუტში MIT ცოტა ხნის წინ სპეციალურად გაწვრთნილი ვირუსების ძალისხმევით შეიქმნა ლითიუმის ელემენტების წარმოების უნიკალური ტექნოლოგია.

მიუხედავად იმისა, რომ საწვავის ელემენტი აბსოლუტურად განსხვავდება ტრადიციული ელემენტისგან, იგი მუშაობს იგივე პრინციპების შესაბამისად.

კიდევ ვის შეუძლია შემოგთავაზოთ რამდენიმე პერსპექტიული მიმართულება?

წარმოებულია ლითიუმ-ჰაერის აკუმულატორების გრაფინის ელექტროდები
მე ვაგრძელებ ჩემი მეგობრების სურვილების შესრულებას ოქტომბრის შეკვეთების ცხრილიდან. ვკითხულობთ ტრუდნოპისაკას კითხვას: საინტერესო იქნებოდა იცოდეთ ბატარეის ახალი ტექნოლოგიების შესახებ, რომლებიც ემზადებიან მასობრივი წარმოებისთვის. რა თქმა უნდა, მასობრივი წარმოების კრიტერიუმი გარკვეულწილად განვრცობადია, მაგრამ ...

თემები ›ელექტრომობილები› ბლოგი ›ახალი ელემენტები 20-ჯერ გაზრდილი სიმძლავრით.

ჩეხმა იან პროჩაზკამ შექმნა რევოლუციური ტიპის აკუმულატორი, რომლის წარმოება ახლა უკვე მზადაა მსოფლიოს უდიდესი ინვესტორების დასაფინანსებლად.

ახალი 3D ბატარეა განსხვავდება ადრე ცნობილი ნიმუშებისგან წარმოების მეთოდით. საქმე იმაშია, რომ ახალ აკუმულატორში გალვანური უჯრედები განლაგებულია ჰორიზონტალურად ჩარჩოში ფირფიტების სახით და არა ვერტიკალურად ლითონის ფილმების სახით აქტიური ფენებით, როგორც ეს ხდება ლითიუმის ბატარეების შემთხვევაში.
ეს ტექნოლოგია ხელს უწყობს წარმოების ხარჯების შემცირებას, ამიტომ ფასი ლითიუმთან შედარებით დაბალი იქნება.

აკუმულატორების შექმნის ახალი ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა არა მხოლოდ 20-ჯერ გაიზარდოს მათი სიმძლავრე, არამედ უზრუნველყოფს ბატარეის უფრო სწრაფად დატენვას.

ახალმა სუპერ სიმძლავრის ბატარეებმა შეიძლება გადაჭრას ალტერნატიული ენერგიის მთავარი პრობლემა - დაგროვილი ენერგიის ხანგრძლივი შენახვა. გარდა ამისა, მათი გამოყენება ელექტრომობილებშია შესაძლებელი - შედეგად, დიაპაზონი მნიშვნელოვნად გაიზრდება.

3D ბატარეის პატენტი ეკუთვნის HE3DA- ს, რომელსაც სათავეში უდგას ახალი აკუმულატორის შემქმნელი იან პროჩაზკი. ამ დროისთვის, ლეტანიაში გამართულ სემინარზე მან 160 ეგზემპლარი გამოუშვა.

ჩეხეთის გამოგონებამ დიდი ინვესტორები მოიზიდა გერმანიიდან და სლოვაკიიდან. ამასთან, ყველაზე საინტერესო იყო კერძო ჩინელი ინვესტორ-მილიარდერის ჰუ იუანპინის შემოთავაზება.

ჩინელებმა 5 მილიონი ევროს დაუბრუნებელი დეპოზიტი შეიტანეს და მზად არიან გადაიხადონ კიდევ 50 მილიონი ევრო HE3DA– ს 49% -იანი წილისთვის www.he3da.cz/#!technology/ci26. მაგრამ ეს ჩინელი მილიარდერის კეთილშობილების დასასრული არ არის, ის მომავალში კიდევ 50 მილიონი ევროს ჩადებას გეგმავს, თუ პროექტი კარგად დაამტკიცებს თავის თავს.

3D ქარხნების წარმოების პირველი ქარხანა გამოჩნდება მორავიის ჩრდილოეთით, ქალაქ ჰორნი სუჩაში, მოგვიანებით კი მასობრივი წარმოება ასევე ორგანიზდება ჩინეთში.

პროჩაზკას გამოგონება არა მხოლოდ ქარისა და მზის ელექტროსადგურებისგან მიღებული ენერგიის შენახვას გახდის უფრო ეფექტურს, არამედ ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრომობილებში, რაც მათ კიდევ უფრო პოპულარულს გახდის.

* უარყოფითი კონტროლერი შედის კომენტარებისთვის

თემები ›ელექტრომობილები› ბლოგი ›ახალი ელემენტები 20-ჯერ გაზრდილი სიმძლავრით
ტეგები: 3D აკუმულატორი, რევოლუციური ელემენტის ტიპი, he3da. ჩეხმა იან პროჩაზკამ შექმნა რევოლუციური ტიპის აკუმულატორი, რომლის წარმოებაც ახლა მზად არის მსოფლიოს უმსხვილესი ინვესტორების დასაფინანსებლად. ახალი 3D ბატარეა განსხვავდება ადრე ცნობილი ნიმუშებისგან წარმოების მეთოდით. საქმე იმაშია, რომ გალვანური უჯრედები ახალ ბატარეაში ჰორიზონტალურად მდებარეობს.

• Გადაცემა

ბოლო წლების განმავლობაში ხშირად გვესმოდა, რომ დაახლოებით - და კაცობრიობა მიიღებს ელემენტებს, რომლებიც შეძლებენ ჩვენი გაჯეტების ენერგიას კვირების განმავლობაში ან თვეების განმავლობაშიც კი, ხოლო ძალიან კომპაქტური და სწრაფი დატენვაა. მაგრამ ყველაფერი ჯერ კიდევ არსებობს. რატომ ჯერ კიდევ არ გამოჩენილა უფრო ეფექტური ბატარეები და რა მოვლენები არსებობს მსოფლიოში, წაიკითხეთ ჭრილში.

დღეს, მრავალი სტარტაპი ახლოსაა უსაფრთხო კომპაქტური ბატარეების შექმნას, ენერგიის შენახვის ხარჯებით $ 100 კვტ / სთ. ეს გადაჭრის 24/7 ელექტროენერგიის მიწოდებას და ხშირ შემთხვევაში განახლებადი ენერგიის წყაროებზე გადასვლას, ამავდროულად შეამცირებს ელექტრომობილების წონას და ღირებულებას.

მაგრამ ყველა ეს მოვლენა უკიდურესად ნელა უახლოვდება კომერციულ დონეს, რაც არ იძლევა ნაშთების საწვავიდან განახლებადი წყაროებისკენ გადასვლის დაჩქარებას. თამამი დაპირებების მოყვარული ელონ მასკიც კი იძულებული გახდა ეღიარებინა, რომ მისი საავტომობილო განყოფილება თანდათან აუმჯობესებს ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, ვიდრე დამანგრეველ ტექნოლოგიებს ქმნის.

მრავალი დეველოპერი მიიჩნევს, რომ მომავალ ბატარეებს ძალიან განსხვავებული ფორმა, სტრუქტურა და ქიმიური შემადგენლობა აქვთ ლითიუმ-იონთან შედარებით, რამაც ბოლო ათწლეულის განმავლობაში სხვა ბაზრების სხვა ტექნოლოგიები გადააადგილა.

SolidEnergy Systems- ის დამფუძნებელი, Qichao Hu, რომელიც ათი წლის განმავლობაში ამუშავებს ლითიუმის ლითონის ბატარეას (ანოდი არის ლითონი და არა გრაფიტი, როგორც ტრადიციულ ლითიუმ-იონში), ამბობს, რომ ენერგიის შენახვის ახალი ტექნოლოგიების შექმნის მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ერთი პარამეტრის გაუმჯობესებასთან ერთად სხვები უარესდება. გარდა ამისა, დღეს იმდენი მოვლენაა, რომლის ავტორებიც ხმამაღლა ამტკიცებენ თავიანთ უპირატესობას, რომ სტარტაპერებისთვის ძალიან რთულია პოტენციური ინვესტორების დარწმუნება და საკმარისი თანხების შეგროვება კვლევის გასაგრძელებლად.

ბიო დამტენი

წარმოიდგინეთ მთელი კორომები, რომელშიც თითოეული ხე დარგულია ასეთი მოწყობილობის ზემოთ, მხოლოდ უფრო დიდი და უფრო ძლიერი. ეს მიაწვდის ”უფასო” ენერგიას მიმდებარე სახლებს და იქნება ტყეების ტყეებისგან დაცვა.

ბატარეები ოქროს ნანობებით

ნანოსპეციოლოგები ათასჯერ გამხდარია, ვიდრე ადამიანის თმა, გპირდებათ ნათელ მომავალს. მათი განვითარების დროს მეცნიერებმა გამოიყენეს ოქროს მავთულები მანგანუმის დიოქსიდის გარსში, რომლებიც მოთავსებულია გელის მაგვარ ელექტროლიტში. ეს ხელს უშლის ნანოსადენების დაშლას დატენვის ყველა ციკლის დროს.

მაგნიუმის ბატარეები

მყარი ელემენტები

მათ ჩამოერთვათ ეს მინუსი მყარი სახელმწიფო ლითიუმ-იონის ბატარეები, რომლებიც დღეს ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულად ითვლება. კერძოდ, ტოიოტას დეველოპერებმა გამოაქვეყნეს სამეცნიერო ნაშრომი, რომელშიც აღწერეს თავიანთი ექსპერიმენტები სულფიდური სუპერიონული კონდუქტორებით. თუ ისინი წარმატებას მიაღწევენ, მაშინ ბატარეები შეიქმნება სუპერკონდენსატორის დონეზე - ისინი სრულად დაიმუხტება ან დაიცლება მხოლოდ შვიდი წუთის განმავლობაში. იდეალურია ელექტრომობილებისთვის. მყარი სახელმწიფო სტრუქტურის წყალობით, ასეთი ელემენტები ბევრად უფრო სტაბილური და უსაფრთხო იქნება, ვიდრე თანამედროვე ლითიუმ-იონის ბატარეები. მათი სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონი ასევე გაფართოვდება - –30 – დან +100 გრადუს ცელსიუსამდე.

მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერებმა, სამსუნგთან თანამშრომლობით, ასევე შეიმუშავეს მყარი დენის ელემენტები, რომლებიც აჯობებს დღევანდელ ლითიუმ-იონურ ელემენტებს. ისინი უფრო უსაფრთხოა, მათი ენერგიის მოხმარება 20-30% -ით მეტია და გარდა ამისა, მათ გაუძლებს ასიათასობით დატენვის ციკლს. უფრო მეტიც, ისინი არ არიან საშიში ხანძრისთვის.

საწვავის უჯრედები

გრაფენის მანქანის ბატარეები

2.3 ვოლტიანი გრაბატის სიმძლავრე უზარმაზარია: დაახლოებით 1000 Wh / კგ. შედარებისთვის, ლითიუმ-იონური ელემენტების საუკეთესო მაგალითებს აქვთ 180 Wh / კგ დონე.

ლაზერული წარმოების მიკროკონდენსატორი

რაისის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა მიაღწიეს პროგრესს მიკრო სუპერკონდენსატორების განვითარებაში. ტექნოლოგიის ერთ-ერთი მთავარი მინუსი არის წარმოების მაღალი ღირებულება, მაგრამ ლაზერის გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს ფასის მნიშვნელოვანი შემცირება. ელექტროდენები კონდენსატორებისთვის არის ლაზერულად მოჭრილი პლასტიკური ფურცლიდან, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს წარმოების შრომის ინტენსივობას. ამ ელემენტებს შეუძლიათ 50-ჯერ უფრო სწრაფად დატენონ ვიდრე ლითიუმ-იონური ბატარეები და უფრო ნელა იშვებიან ვიდრე დღეს სუპერკონდენსატორები იყენებენ. გარდა ამისა, ისინი საიმედოა, ექსპერიმენტების მსვლელობისას მათ განაგრძეს მუშაობა 10 ათასი მოსახვევის შემდეგაც.

ნატრიუმის იონის ბატარეები

ფრანგი მკვლევარებისა და კომპანიების RS2E ჯგუფმა შეიმუშავა ნატრიუმის იონური ნოუთბუქის ბატარეები, რომლებიც იყენებენ ჩვეულებრივ მარილს. ოპერაციის პრინციპი და წარმოების პროცესი საიდუმლოდ ინახება. 6.5 სანტიმეტრიანი ბატარეის ტევადობაა 90 Wh / კგ, რაც შედარებულია მასით ლითიუმ-იონურ ბატარეებთან, მაგრამ მას გაუძლებს არაუმეტეს 2 ათასი დატენვის ციკლს.

ქაფის ელემენტები

მაღალი სიმძლავრის სწრაფად დამუხტული "ნანო-იოლი"

მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის კიდევ ერთი განვითარება - ბატარეების ნანონაწილაკები: ტიტანის დიოქსიდისგან დამზადებული ღრუ გარსი, რომლის შიგნით (ისევე როგორც კვერცხის გული) არის ალუმინის ფხვნილის, გოგირდმჟავას და ტიტანის ოქსისულფატისგან შემავსებელი. შემავსებლის ზომები შეიძლება განსხვავდებოდეს გარსისგან დამოუკიდებლად. ასეთი ნაწილაკების გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა თანამედროვე ბატარეების სიმძლავრის გასამმაგება და სრული დატენვის ხანგრძლივობა შემცირდა ექვს წუთამდე. ბატარეის დეგრადაციის სიჩქარე ასევე შემცირდა. ალუბალი ტორტზე - წარმოების დაბალი ღირებულება და მასშტაბის გამარტივება.

ულტრა სწრაფი დამუხტვა ალუმინის-იონის ბატარეა

ალფას ბატარეა - ორი კვირა წყალზე

ელემენტები, რომლებიც შეიძლება ქაღალდივით დაიკეცოს

uBeam - იტენება ჰაერზე

uBeam არის საინტერესო კონცეფცია ენერგიის გადასაცემად მობილურ მოწყობილობაზე ულტრაბგერით. დამტენი ასხივებს ულტრაბგერით ტალღებს, რომლებსაც მიმღები აიღებს გაჯეტზე და გარდაიქმნება ელექტროენერგიად. როგორც ჩანს, გამოგონებას საფუძვლად უდევს პიეზოელექტრული ეფექტი: მიმღები რეზონანსებს ულტრაბგერითი ზემოქმედების ქვეშ და მისი ვიბრაციები წარმოქმნის ენერგიას.

მსგავსი გზა გაიარეს ლონდონის დედოფალ მარიამის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა. მათ შექმნეს სმარტფონის პროტოტიპი, რომელიც იტენება უბრალოდ გარე ხმაურის გამო, მათ შორის ხალხის ხმის გამო.

StoreDot

გამჭვირვალე მზის პანელი

ერთი წლის შემდეგ, 2014 წელს, Tag Heuer- მა გამოაცხადა თავისი Tag Heuer Meridiist Infinite საჩვენებელი ტელეფონის ახალი ვერსია, რომელსაც გარეთა შუშასა და ეკრანს შორის გამჭვირვალე მზის პანელი უნდა ჰქონოდა. მართალია, გაუგებარია, მოხდა თუ არა ეს წარმოება.

ტეგები: წარწერების დამატება