ახალი თაობის ბატარეების წარმოება. ახალი ტიპის ბატარეები

წარმოიდგინეთ მობილური ტელეფონი, რომელიც იტანს ერთ კვირაზე მეტხანს და შემდეგ 15 წუთში იტენება. Ფანტასტიკური? მაგრამ ეს შეიძლება რეალობად იქცეს ჩრდილოდასავლეთის უნივერსიტეტის მეცნიერთა ახალი კვლევის წყალობით (ევანსტონი, ილინოისი, აშშ). ინჟინერთა ჯგუფმა შეიმუშავა ლითიუმ-იონური დატენვის ბატარეების ელექტროდი (რომლებიც დღეს გამოიყენება უმეტეს მობილურ ტელეფონებში), რამაც მათი ენერგიის სიმძლავრე 10-ჯერ გაზარდა. სასიამოვნო სიურპრიზები ამით არ შემოიფარგლება - ახალი ბატარეის მოწყობილობებს შეუძლიათ 10 -ჯერ უფრო სწრაფად დატენვა ვიდრე ახლანდელი.

ენერგიის სიმძლავრეზე და ბატარეის დატენვის სიჩქარეზე არსებული ტექნოლოგიების მიერ დაწესებული შეზღუდვების დასაძლევად, მეცნიერებმა გამოიყენეს ქიმიური ინჟინერიის ორი განსხვავებული მიდგომა. შედეგად მიღებული ბატარეა არა მხოლოდ გახანგრძლივებს მცირე ელექტრონული მოწყობილობების (როგორიცაა ტელეფონები და ლეპტოპები) მუშაობას, არამედ გზას გაუხსნის ელექტრო მანქანებისთვის უფრო ეფექტური და კომპაქტური ბატარეების განვითარებას.

”ჩვენ ვიპოვეთ გზა ახალი ლითიუმ-იონური ბატარეის შენახვის დროის გაზრდის 10 ფაქტორით”,-ამბობს პროფესორი ჰაროლდ ჰ. კუნგი, კვლევის ერთ-ერთი წამყვანი ავტორი. ”თუნდაც 150 სესიის დატენვის / განმუხტვის შემდეგ, რაც ნიშნავს მინიმუმ ერთი წლის მუშაობას, ის რჩება ხუთჯერ უფრო ეფექტური ვიდრე დღეს ბაზარზე არსებული ლითიუმ-იონური ბატარეები.”

ლითიუმის იონური ბატარეის მოქმედება ემყარება ქიმიურ რეაქციას, რომლის დროსაც ლითიუმის იონები მოძრაობენ ანოდსა და ბატოდის მოპირდაპირე ბოლოებში მოთავსებულ კათოდს შორის. ბატარეის მუშაობის დროს, ლითიუმის იონები მიდიან ელექტროდიდან ანოდიდან კათოდში. დატენვისას მათი მიმართულება საპირისპიროა. ამჟამად არსებულ ბატარეებს აქვთ ორი მნიშვნელოვანი შეზღუდვა. მათი ენერგეტიკული სიმძლავრე - ანუ ბატარეის დამუხტვის დრო - შეზღუდულია მუხტის სიმკვრივით, ან რამდენი ლითიუმის იონი შეიძლება განთავსდეს ანოდზე ან კათოდზე. ამავდროულად, ასეთი ბატარეის დატენვის სიჩქარე შემოიფარგლება იმ სიჩქარით, რომლითაც ლითიუმის იონებს შეუძლიათ ელექტროლიტის საშუალებით ანოდში გადატანა.

ახლანდელ დატენვის ბატარეებში, მრავალი გრაფინის ფურცლისგან შემდგარ ანოდს შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ერთი ლითიუმი ნახშირბადის ყოველ ექვს ატომზე (რომლისგანაც შედგება გრაფინი). ბატარეების ენერგეტიკული სიმძლავრის გაზრდის მცდელობისას, მეცნიერებმა უკვე ჩაატარეს ექსპერიმენტი ნახშირბადის შეცვლით სილიკონით, რომელსაც შეუძლია შეინახოს გაცილებით მეტი ლითიუმი: ოთხი ლითიუმის ატომი თითოეული სილიციუმის ატომისთვის. ამასთან, დატენვის დროს სილიციუმი მკვეთრად ფართოვდება და იკუმშება, რაც იწვევს ანოდის ნივთიერების ფრაგმენტაციას და, შედეგად, ბატარეის დატენვის სიმძლავრის სწრაფ დაკარგვას.

ამჟამად, ბატარეის დაბალი დატენვის სიჩქარე აიხსნება გრაფენის ფურცლების ფორმით: სისქესთან შედარებით (მხოლოდ ერთი ატომის შემადგენლობაში), მათი სიგრძე აკრძალულად დიდია. დატენვის დროს ლითიუმის იონი უნდა გადავიდეს გრაფინის ფურცლების გარე კიდეებზე, შემდეგ გაიაროს მათ შორის და შეჩერდეს სადმე შიგნით. ვინაიდან ლითიუმს დიდი დრო სჭირდება გრაფინის ფურცლის შუაგულში მოხვედრისთვის, კიდეებზე იონური ჯემის მსგავსი შეინიშნება.

როგორც ითქვა, კუონგის მკვლევარმა გუნდმა ორივე ეს პრობლემა გადაჭრა ორი განსხვავებული ტექნოლოგიის გამოყენებით. პირველი, სილიკონის სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად და ამით ბატარეის მაქსიმალური დატენვისუნარიანობის შესანარჩუნებლად, მათ სიფილის მტევანი მოათავსეს გრაფენის ფურცლებს შორის. ამან შესაძლებელი გახადა ლითიუმის იონების რაოდენობის გაზრდა ელექტროდში, ხოლო ერთდროულად გრაფენის ფურცლების მოქნილობის გამოყენებით სილიციუმის მოცულობის ცვლილებები ბატარეის დატენვის / დატენვის დროს.

”ახლა ჩვენ ვხოცავთ ორივე ფრინველს ერთი ქვით,” - ამბობს კუნგი. ”სილიციუმის წყალობით, ჩვენ ვიღებთ ენერგიის უფრო მაღალ სიმკვრივეს, ხოლო ფენის შერევა ამცირებს ენერგიის დაკარგვას, რომელიც გამოწვეულია სილიციუმის გაფართოებითა და შეკუმშვით. სილიკონის მტევნების განადგურების შემთხვევაშიც კი, სილიციუმი სხვაგან არ წავა ”.

გარდა ამისა, მკვლევარებმა გამოიყენეს ქიმიური დაჟანგვის პროცესი გრაფენის ფურცლებში მინიატურული (10-20 ნანომეტრი) ხვრელების შესაქმნელად ("სიბრტყის დეფექტები"), რომლებიც უზრუნველყოფენ ლითიუმის იონებს "სწრაფ წვდომას" ანოდის შიგნით და შემდეგ მასში შენახვა სილიკონთან რეაქციის შედეგად. ამან შეამცირა ბატარეის დატენვისათვის საჭირო დრო 10 -ჯერ.

ჯერჯერობით, ბატარეის მუშაობის ოპტიმიზაციის ყველა მცდელობა ორიენტირებულია მათ ერთ კომპონენტზე - ანოდზე. კვლევის მომდევნო ეტაპზე მეცნიერები გეგმავენ კათოდში ცვლილებების შესწავლას იმავე მიზნით. გარდა ამისა, მათ სურთ შეცვალონ ელექტროლიტური სისტემა ისე, რომ ბატარეა ავტომატურად (და შექცევად) დაიხუროს მაღალ ტემპერატურაზე - მსგავსი დამცავი მექანიზმი შეიძლება გამოდგეს ელექტრო მანქანებში ბატარეების გამოყენებისას.

დეველოპერების აზრით, მისი ამჟამინდელი ფორმით, ახალი ტექნოლოგია უნდა შემოვიდეს ბაზარზე მომდევნო სამიდან ხუთ წელიწადში. ახალი შენახვის ბატარეების კვლევისა და განვითარების შედეგების შესახებ სტატია გამოქვეყნდა ჟურნალში "Advanced Energy Materials".

"კვანტური" ბატარეა

26 თებერვლიდან 28 თებერვლამდე ტოკიო მასპინძლობს დისკების გამოფენას, რომელსაც სხვათა შორის წარმოადგენს Micronics Japan Co. შპს ცოტა რამ არის ცნობილი მისი წინა მოვლენების შესახებ, მაგრამ სულ ახლახანს მან გამოაცხადა, რომ მან შეიმუშავა და მოამზადა წარმოებისათვის ახალი ტიპის ფენიანი ბატარეა. ერთი უჯრედი, რომელსაც კომპანია აჩვენებს არის n ტიპის ლითონის ოქსიდის ნახევარგამტარული ფილმი, რომელიც იყენებს ტიტანის დიოქსიდს, კალის დიოქსიდს და თუთიის ოქსიდის ნაწილაკებს, რომლებიც დაფარულია საიზოლაციო ფილმით. პროტოტიპი იყენებს 10 მიკრონი უჟანგავი ფოლადის ფურცელს, მაგრამ მალე შეიცვლება ალუმინით.

დეველოპერებმა თავიანთი ბატარეა Quantum დაასახელეს, რათა ხაზი გაესვა მის ფიზიკურ და არა ქიმიურ ბუნებას. მიუხედავად იმისა, რომ ის იყენებს ელექტრონებს ენერგიის შესანახად იონების ნაცვლად, ეს ბატარეა პრინციპში განსხვავდება კონდენსატორებისგან. ამტკიცებენ, რომ სისტემა ემყარება ელექტრონების შენახვას ნახევარგამტარის "ზოლის უფსკრულში".

სტრუქტურების "ლითონი - ოქსიდი - ნახევარგამტარი" წარმოებისას შენახვის მოწყობილობის დამუხტული ფენა დასხივდება ულტრაიისფერი სხივებით. წარმოების შემდეგ, დატენვის დროს, ელექტრონები იკავებენ ენერგიის თავისუფალ დონეს სამუშაო მასალაში და ინახება იქ, სანამ ბატარეა არ საჭიროებს დაცლას. შედეგი არის დატენვის ბატარეები ენერგიის შენახვის ძალიან მაღალი სიმკვრივით.
უცნობია რა აქვს საცდელ ნიმუშებს, მაგრამ დეველოპერი ირწმუნება, რომ სერიული ნიმუშები, რომლებიც უახლოეს მომავალში გამოჩნდება, ექნება 500 ვტ / სთ სიმძლავრე და ამავე დროს შეძლებს 8000 ვატამდე პიკური სიმძლავრე ლიტრ მოცულობაზე.
ეს დისკები აერთიანებს ბატარეების და სუპერკონდენსატორების საუკეთესო თვისებებს. მცირე ტევადობითაც კი, ისინი შეძლებენ მაღალი პიკის სიმძლავრის მიწოდებას. ასეთი დრაივებიდან ამოღებული ძაბვა არ მცირდება მათი დათხოვნისას, მაგრამ რჩება სტაბილური ბოლომდე.
მოქმედი ტემპერატურის დიაპაზონი არის -25 -დან +85 ° C- მდე. ბატარეას შეიძლება დაექვემდებაროს 100 ათასი დატენვა-განმუხტვის ციკლი, სანამ სიმძლავრე არ დაეცემა ორიგინალის 90% -ზე დაბლა. ენერგიის სწრაფად მოზიდვისა და გათავისუფლების უნარი მნიშვნელოვნად შეამცირებს დატენვის დროს. გარდა ამისა, ეს ბატარეები ცეცხლგამძლეა. იშვიათი ან ძვირადღირებული მასალები არ გამოიყენება მის წარმოებაში. საერთოდ, იმდენი პლიუსია, რომ ვერც კი დავიჯერებ.

თვითდამტენი ბატარეა

მკვლევართა ჯგუფმა ჟონ ლინ ვანგმა საქართველოს ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან (აშშ) შექმნა თვითდამტენი ბატარეა, რომელიც არ საჭიროებს საცავში ჩართვას დასატენად.
მოწყობილობა იტენება მექანიკური ზემოქმედებით, უფრო სწორად, დაჭერით. იგეგმება მისი გამოყენება სმარტფონებში და სხვა სენსორულ მოწყობილობებში.
დეველოპერებმა განათავსეს თავიანთი მოწყობილობა კალკულატორის გასაღებების ქვეშ და შეძლეს მისი ფუნქციონირების უზრუნველყოფა 24 საათის განმავლობაში ღილაკების დაჭერის ენერგიის გამო.

ბატარეა არის "პრიროგი", რომელიც დამზადებულია პოლივინილდინ ფტორისა და ცირკონატ-ტიტანატ-ტყვიის ფილმებისგან, რამდენიმე ასეული მიკრომეტრის სისქის. დაჭერისას ლითიუმის იონები მიგრირებენ კათოდიდან ანოდში პიეზოელექტრული ეფექტის გამო. პროტოტიპის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, მკვლევარებმა დაამატეს ნანონაწილაკები მის პიეოელექტრულ მასალას, რაც აძლიერებს შესაბამის ეფექტს და მიაღწიეს მოწყობილობის დატენვის სიმძლავრისა და სიჩქარის მნიშვნელოვან ზრდას.
თქვენ უნდა გესმოდეთ, რომ ბატარეა გაუმჭვირვალეა, ამიტომ მისი განთავსება შესაძლებელია მხოლოდ ღილაკების ქვეშ ან ეკრანის ქვეშ.
ბატარეას არ აქვს ისეთი გამორჩეული მახასიათებლები, როგორც ადრე აღწერილი მოწყობილობა (ახლა ბატარეის მოცულობა სტანდარტული "ტაბლეტის" ზომა დედაპლატებისთვის გაიზარდა საწყისი 0.004 -დან 0.010 mAh– მდე), მაგრამ დეველოპერები გპირდებიან უფრო მეტს იმუშავებენ ეფექტურობა. ინდუსტრიული დიზაინი ჯერ კიდევ შორს არის, თუმცა მოქნილი ეკრანები - მთავარი მოწყობილობები, რომლებშიც დეველოპერები გეგმავენ ბატარეების განთავსებას - ჯერ კიდევ ცუდად არის განაწილებული. ჯერ კიდევ დროა თქვენი გამოგონების დასრულების და წარმოებისათვის მისი დანერგვისთვის.

შაქრის ბატარეა

როგორც ჩანს, მხოლოდ აზიელები ავითარებენ ბატარეებს. კიდევ ერთი უჩვეულო ბატარეის პროტოტიპი შეიქმნა ვირჯინიის ამერიკულ პოლიტექნიკურ უნივერსიტეტში.

ეს ბატარეა არსებითად მუშაობს შაქარზე, უფრო ზუსტად მალტოდექსტრინზე, სახამებლის ჰიდროლიზის შედეგად მიღებული პოლისაქარიდზე. ასეთ ბატარეაში კატალიზატორი არის ფერმენტი. ის გაცილებით იაფია, ვიდრე პლატინა, რომელიც ახლა გამოიყენება ჩვეულებრივ ბატარეებში. ასეთი ბატარეა მიეკუთვნება ფერმენტის საწვავის უჯრედების ტიპს. ელექტროენერგია წარმოიქმნება აქ ჟანგბადის, ჰაერისა და წყლის რეაქციით. წყალბადის საწვავის უჯრედებისგან განსხვავებით, ფერმენტები არ არის აალებადი და ასაფეთქებელი. და მას შემდეგ, რაც ბატარეა ამოიწურება, დეველოპერების აზრით, მისი შევსება შესაძლებელია შაქრით.
ცოტა რამ არის ცნობილი ამ ტიპის ბატარეის ტექნიკური მახასიათებლების შესახებ. მხოლოდ მტკიცდება, რომ მათში ენერგიის სიმკვრივე რამდენჯერმე მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი ლითიუმ-იონური ბატარეებით. ასეთი ბატარეების ღირებულება გაცილებით დაბალია, ვიდრე ჩვეულებრივი, ამიტომ დეველოპერები დარწმუნებულნი არიან, რომ მომდევნო 3 წლის განმავლობაში ისინი იპოვიან კომერციულ გამოყენებას. დაველოდოთ დაპირებულს.

ბატარეა ყუმბარის სტრუქტურით

მაგრამ სტენფორდის უნივერსიტეტის ამერიკის ეროვნული დაჩქარების ლაბორატორიის SLAC- ის მეცნიერებმა გადაწყვიტეს გაეზარდათ ჩვეულებრივი ბატარეების მოცულობა ყუმბარის სტრუქტურის გამოყენებით.

დეველოპერებმა ანოდების ზომა შეძლებისდაგვარად შეამცირეს და თითოეული მათგანი ნახშირბადის გარსში მოათავსეს. ეს ხელს უშლის მათ განადგურებას. დატენვის დროს ნაწილაკები გაფართოვდება და გაერთიანდება მტევნებად, რომლებიც ასევე მოთავსებულია ნახშირბადის გარსში. ასეთი მანიპულაციების შედეგად, ამ ბატარეების ტევადობა 10-ჯერ აღემატება ჩვეულებრივ ლითიუმ-იონ ბატარეებს.
ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ 1000 დატენვის / დატენვის ციკლის შემდეგ, ბატარეა ინარჩუნებს პირვანდელი სიმძლავრის 97% -ს.
მაგრამ ჯერ ადრეა ამ ტექნოლოგიის კომერციულ გამოყენებაზე საუბარი. სილიკონის ნანონაწილაკები წარმოებისთვის ძალიან ძვირია და ასეთი ბატარეების შექმნის პროცესი ძალიან რთულია.

ატომური ბატარეები

და ბოლოს, მე გეტყვით განვითარების შესახებ ბრიტანელი მეცნიერები... მათ გადაწყვიტეს გადალახონ კოლეგები მინიატურული ბირთვული რეაქტორის შექმნით. პროტოტიპი ატომური ბატარეა, რომელიც შეიქმნა სურრის უნივერსიტეტის მკვლევარების მიერ ტრიტიუმზე დაყრდნობით, აწარმოებს საკმარის ენერგიას მობილური ტელეფონის მუშაობისთვის 20 წლის განმავლობაში. მართალია, მოგვიანებით ვეღარ შეძლებთ მის დატენვას.

ბატარეაში, რომელიც არის ინტეგრირებული მიკროცირკულაცია, ხდება ბირთვული რეაქცია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება 0.8 - 2.4 ვატი ენერგია. ბატარეის მუშაობის ტემპერატურა -50 -დან +150 -მდეა. ამავე დროს, მას არ ეშინია ტემპერატურისა და წნევის უეცარი ცვლილებების.
დეველოპერები ირწმუნებიან, რომ ტრიტიუმი, რომელიც შეიცავს ბატარეას, არ არის საშიში ადამიანებისთვის, რადგან იქ ძალიან ცოტა შინაარსია. თუმცა, ნაადრევია საუბარი ამგვარი ელექტრომომარაგების მასობრივ წარმოებაზე - მეცნიერებს ჯერ კიდევ უწევთ ბევრი კვლევისა და გამოცდის ჩატარება.

დასკვნა

რასაკვირველია, ზემოთ აღწერილი ყველა ტექნოლოგია ვერ იპოვის მათ გამოყენებას, თუმცა, უნდა გვესმოდეს, რომ მომდევნო რამდენიმე წლის განმავლობაში უნდა მოხდეს გარღვევა ბატარეის წარმოების ტექნოლოგიაში, რაც გამოიწვევს ელექტრო მანქანების გამრავლებას და სმარტფონების და ახალი ტიპის სხვა ელექტრონული მოწყობილობების წარმოება.

• თარგმანი

ბოლო წლების განმავლობაში, ჩვენ ხშირად გვსმენია ამის შესახებ - და კაცობრიობა მიიღებს ბატარეებს, რომლებიც შეძლებენ ჩვენი გაჯეტების ენერგიას კვირების განმავლობაში, ან თუნდაც თვეების განმავლობაში, ხოლო ძალიან კომპაქტური და სწრაფი დატენვის. მაგრამ რამ ჯერ კიდევ არსებობს. რატომ ჯერ კიდევ არ გამოჩნდა უფრო ეფექტური ბატარეები და რა მოვლენები არსებობს მსოფლიოში, წაიკითხეთ ქვემოთ.

დღეს, მრავალი დამწყები ახლოსაა უსაფრთხო კომპაქტური ბატარეების შექმნას ენერგიის შენახვის ხარჯებით დაახლოებით 100 დოლარი კვტ.სთ. ეს გადაჭრის 24/7 კვების ბლოკის პრობლემას და ხშირ შემთხვევაში გადავა განახლებადი ენერგიის წყაროებზე და ამავე დროს შეამცირებს ელექტრომობილების წონასა და ღირებულებას.

მაგრამ ყველა ეს განვითარება უკიდურესად ნელა უახლოვდება კომერციულ დონეს, რაც არ იძლევა დაჩქარებული გადასვლას წიაღისეული საწვავი განახლებადი წყაროებიდან. ილონ მასკიც კი, რომელსაც უყვარს თამამი დაპირებები, იძულებული გახდა აღიაროს, რომ მისი საავტომობილო განყოფილება თანდათან აუმჯობესებს ლითიუმ-იონური ბატარეებს, ვიდრე ქმნის გარღვევის ტექნოლოგიებს.

ბევრი დეველოპერი თვლის, რომ მომავალ ბატარეებს ექნებათ სრულიად განსხვავებული ფორმა, სტრუქტურა და ქიმიური შემადგენლობა ლითიუმ-იონთან შედარებით, რამაც გასული ათწლეულის მანძილზე სხვა ტექნოლოგიები გადააყენა მრავალი ბაზრიდან.

SolidEnergy Systems– ის დამფუძნებელი, Qichao Hu, რომელიც ათი წელია ავითარებს ლითიუმის ლითონის ბატარეას (ანოდი მეტალია და არა გრაფიტი, როგორც ტრადიციულ ლითიუმ-იონებში), ამტკიცებს, რომ ენერგიის შენახვის ახალი ტექნოლოგიების შექმნის მთავარი პრობლემა ისაა, რომ ერთი პარამეტრის გაუმჯობესებით, დანარჩენები უარესდება. გარდა ამისა, დღეს არის იმდენი განვითარება, რომელთა ავტორები ხმამაღლა აცხადებენ თავიანთ უპირატესობას, რომ სტარტაპებისთვის ძალიან რთულია პოტენციური ინვესტორების დარწმუნება და საკმარისი თანხების მოძიება კვლევის გასაგრძელებლად.

ბიო დამტენი

წარმოიდგინეთ მთელი კორომები, რომლებშიც თითოეული ხე დარგულია ასეთი მოწყობილობის ზემოთ, მხოლოდ უფრო დიდი და ძლიერი. ეს მიაწვდის "უფასო" ენერგიას მიმდებარე სახლებს და იქნება მყარი მიზეზი ტყეების გაჩეხვისგან დასაცავად.

ბატარეები ოქროს ნანოსადენებით

ადამიანის თმაზე ათასობითჯერ თხელი ნანოსპეციალისტები ნათელ მომავალს გვპირდებიან. მათ განვითარებაში მეცნიერებმა გამოიყენეს ოქროს მავთულები მანგანუმის დიოქსიდის გარსში, რომლებიც მოთავსებულია გელის მსგავს ელექტროლიტში. ეს ხელს უშლის ნანოსადენების დაშლას მუხტის თითოეული ციკლის განმავლობაში.

მაგნიუმის ბატარეები

მყარი ბატარეები

ისინი მოკლებულია ამ მინუსს მყარი მდგომარეობალითიუმ-იონური ბატარეები, რომლებიც დღეს ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულად ითვლება. კერძოდ, Toyota– ს დეველოპერებმა გამოაქვეყნეს სამეცნიერო ნაშრომი, რომელშიც აღწერილია მათი ექსპერიმენტები სულფიდური სუპერიონური გამტარებით. თუ ისინი წარმატებას მიაღწევენ, მაშინ ბატარეები შეიქმნება სუპერკონდენსატორების დონეზე - ისინი სრულად იტენება ან განმუხტულია სულ რაღაც შვიდ წუთში. იდეალურია ელექტრო მანქანებისთვის. მყარი მდგომარეობის სტრუქტურის წყალობით, ასეთი ბატარეები ბევრად უფრო სტაბილური და უსაფრთხო იქნება, ვიდრე თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეები. მათი მოქმედების ტემპერატურის დიაპაზონი ასევე გაფართოვდება - –30 – დან +100 გრადუსამდე.

მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიის ინსტიტუტის მეცნიერებმა, სამსუნგთან თანამშრომლობით, ასევე შექმნეს მყარი ბატარეები, რომლებიც აღემატება დღევანდელ ლითიუმ-იონ ბატარეებს. ისინი უფრო უსაფრთხოა, მათი ენერგიის მოხმარება 20-30% -ით მეტია და, გარდა ამისა, მათ შეუძლიათ გაუძლო ასობით ათასი დატენვის ციკლს. უფრო მეტიც, ისინი არ არიან ხანძრის საშიში.

საწვავის უჯრედები

გრაფენის მანქანის ბატარეები

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

ლაზერული წარმოების მიკრო სუპერკონდენსატორები

რაის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა მიაღწიეს პროგრესს მიკრო სუპერკონდენსატორების შემუშავებაში. ტექნოლოგიის ერთ -ერთი მთავარი მინუსი არის წარმოების მაღალი ღირებულება, მაგრამ ლაზერის გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს ღირებულების მნიშვნელოვანი შემცირება. კონდენსატორების ელექტროდები პლასტმასის ფურცლიდან ლაზერულია, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს წარმოების შრომის ინტენსივობას. ამ ბატარეებს შეუძლიათ 50-ჯერ უფრო სწრაფად დატენონ ვიდრე ლითიუმ-იონური ბატარეები და ნელა იშლება ვიდრე დღეს გამოყენებული სუპერკონდენსატორები. გარდა ამისა, ისინი საიმედოა, ექსპერიმენტების დროს მათ განაგრძეს მუშაობა 10 ათასი მოსახვევის შემდეგაც კი.

ნატრიუმის იონური ბატარეები

ფრანგი მკვლევარებისა და კომპანიების ჯგუფმა RS2E შეიმუშავა ლეპტოპის ნატრიუმის იონური ბატარეები, რომლებიც იყენებენ ჩვეულებრივ მარილს. მუშაობის პრინციპი და წარმოების პროცესი საიდუმლოდ ინახება. 6.5 სანტიმეტრიანი ბატარეის სიმძლავრეა 90 Wh / კგ, რაც შედარებულია ლითიუმ-იონური მასის მასასთან, მაგრამ მას შეუძლია გაუძლოს არაუმეტეს 2 ათასი დატენვის ციკლის.

ქაფის აკუმულატორები

მაღალი ტევადობის სწრაფი დატენვის "ნანო-გული"

მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის კიდევ ერთი განვითარება - ბატარეებისათვის ნანონაწილაკები: ტიტანის დიოქსიდისგან დამზადებული ღრუ გარსი, რომლის შიგნითაც (კვერცხის კვერცხის მსგავსად) არის შემავსებელი ალუმინის ფხვნილის, გოგირდმჟავას და ტიტანის ოქსისულფატიდან. შემავსებლის ზომები შეიძლება განსხვავდებოდეს გარსაცმისგან დამოუკიდებლად. ასეთი ნაწილაკების გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა თანამედროვე ბატარეების სიმძლავრის სამჯერ გაზრდა და სრული დატენვის ხანგრძლივობა ექვს წუთამდე შემცირდა. ასევე შემცირდა ბატარეის დეგრადაციის მაჩვენებელი. ალუბალი ტორტზე - წარმოების დაბალი ღირებულება და სკალირების სიმარტივე.

ულტრა სწრაფი დატენვის ალუმინის-იონური ბატარეა

ალფა ბატარეა - ორი კვირა წყალზე

ბატარეები, რომელთა დაკეცვა შესაძლებელია ქაღალდის მსგავსად

uBeam - დატენვა ჰაერში

uBeam არის საინტერესო კონცეფცია ენერგიის გადასაცემად მობილურ მოწყობილობაზე ულტრაბგერის გამოყენებით. დამტენი ასხივებს ულტრაბგერითი ტალღებს, რომლებიც გადაღებულია მიმღების მიერ გაჯეტზე და გარდაიქმნება ელექტროენერგიად. როგორც ჩანს, გამოგონება ემყარება პიეზოელექტრულ ეფექტს: მიმღები რეზონანსდება ულტრაბგერითი გავლენის ქვეშ და მისი ვიბრაცია წარმოქმნის ენერგიას.

ლონდონის დედოფალ მერი უნივერსიტეტის მეცნიერებმა გაიარეს მსგავსი გზა. მათ შექმნეს სმარტფონის პროტოტიპი, რომელიც იტენება უბრალოდ გარე ხმების გამო, მათ შორის ადამიანების ხმების გამო.

StoreDot

გამჭვირვალე მზის პანელი

ერთი წლის შემდეგ, 2014 წელს, Tag Heuer– მა გამოაცხადა Tag Heuer Meridiist Infinite საჩვენებელი ტელეფონის ახალი ვერსია, რომელსაც უნდა ჰქონოდა გამჭვირვალე მზის პანელი გარე შუშასა და თავად ჩვენებას შორის. მართალია, გაურკვეველია მოვიდა თუ არა წარმოება.

ტეგები: დაამატეთ ტეგები

ბევრი თვლის, რომ საავტომობილო ინდუსტრიის მომავალი ელექტრული მანქანებია. საზღვარგარეთ არის გადასახადები, რომლის მიხედვითაც ყოველწლიურად გაყიდული მანქანები ან უნდა იყოს ჰიბრიდული, ან უნდა მუშაობდეს ელექტროენერგიაზე, ამიტომ ფული ჩადებულია არა მხოლოდ ასეთი მანქანების რეკლამაში, არამედ ბენზინგასამართი სადგურების მშენებლობაში.

თუმცა, ბევრი ადამიანი კვლავ ელოდება ელექტრული მანქანების ტრადიციულ მანქანებს ნამდვილ მეტოქედ. ან იქნებ ეს იქნება მაშინ, როდესაც დატენვის დრო მცირდება და ბატარეის ხანგრძლივობა იზრდება? ალბათ გრაფენის ბატარეები დაეხმარება კაცობრიობას ამაში.

რა არის გრაფინი?

რევოლუციური ახალი თაობის მასალა, ყველაზე მსუბუქი და ძლიერი, ყველაზე ელექტროგამტარი - ეს ყველაფერი გრაფენზეა, რომელიც სხვა არაფერია თუ არა ორგანზომილებიანი ნახშირბადის ბადე ერთი ატომის სისქით. გრაფენის შემქმნელებმა, კონსტანტინ ნოვოსელოვმა მიიღეს ნობელის პრემია. ჩვეულებრივ, დიდი დრო გადის აღმოჩენასა და ამ აღმოჩენის პრაქტიკაში პრაქტიკული გამოყენების დაწყებას შორის, ზოგჯერ ათეულ წლებსაც კი, მაგრამ გრაფენს ასეთი ბედი არ განუცდია. ალბათ ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნოვოსელოვმა და გეიმმა არ დაიმალეს მისი წარმოების ტექნოლოგია.

მათ არა მხოლოდ უამბეს მთელ მსოფლიოს, არამედ აჩვენეს: არის ვიდეო YouTube- ზე, სადაც კონსტანტინ ნოვოსელოვი დეტალურად საუბრობს ამ ტექნოლოგიაზე. ამიტომ, ალბათ მალე ჩვენ შევძლებთ გრაფენის ბატარეების დამზადებას საკუთარი ხელით.

განვითარება

გრაფენის გამოყენების მცდელობები იყო მეცნიერების თითქმის ყველა სფეროში. ის უკვე გამოცდილია მზის პანელებში, ყურსასმენებში, კორპუსებში და კიბოს მკურნალობაც კი სცადა. თუმცა, ამ დროისთვის, კაცობრიობის ერთ -ერთი ყველაზე პერსპექტიული და აუცილებელი რამ არის გრაფენის ბატარეა. შეგახსენებთ, რომ ისეთი უდავო უპირატესობით, როგორიცაა იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი, ელექტრო მანქანებს აქვთ სერიოზული ნაკლი - შედარებით დაბალი მაქსიმალური სიჩქარე და ენერგიის რეზერვი არაუმეტეს სამასი კილომეტრისა.

საუკუნის პრობლემის გადაჭრა

გრაფენის ბატარეა მუშაობს იმავე პრინციპით, როგორც ტყვიის ბატარეა ტუტე ან მჟავე ელექტროლიტით. ეს პრინციპი არის ელექტროქიმიური რეაქცია. გრაფენის ბატარეის სტრუქტურა მსგავსია ლითიუმ-იონური ბატარეის მყარი ელექტროლიტით, რომელშიც კათოდი არის ნახშირის კოქსი, რომელიც შემადგენლობით ახლოსაა სუფთა ნახშირბადთან.

თუმცა, უკვე არსებობს ორი ფუნდამენტურად განსხვავებული მიმართულება ინჟინრებს შორის, რომლებიც ავითარებენ გრაფენის ბატარეებს. შეერთებულ შტატებში მეცნიერებმა შესთავაზეს გრაფენისა და სილიკონის ფირფიტებისგან კათოდის ერთმანეთში გადაფრქვევა და ანოდი კლასიკური ლითიუმის კობალტისგან. რუსმა ინჟინრებმა სხვა გამოსავალი იპოვეს. ტოქსიკური და ძვირადღირებული ლითიუმის მარილი შეიძლება შეიცვალოს უფრო ეკოლოგიურად და იაფი მაგნიუმის ოქსიდით. ბატარეის სიმძლავრე იზრდება ნებისმიერ შემთხვევაში იონების ერთი ელექტროდიდან მეორეზე გადასვლის სიჩქარის გაზრდით. ეს მიიღწევა იმის გამო, რომ გრაფენს აქვს მაღალი ელექტრული გამტარიანობა და ელექტრული მუხტის დაგროვების უნარი.

მეცნიერთა მოსაზრებები ინოვაციებზე იყოფა: რუსი ინჟინრები ირწმუნებიან, რომ გრაფენის ბატარეებს აქვთ ორჯერ მეტი ტევადობა ვიდრე ლითიუმ-იონური ბატარეები, ხოლო მათი უცხოელი კოლეგები აცხადებენ, რომ ის ათია.

გრაფენის ბატარეები მასობრივად იქნა წარმოებული 2015 წელს. მაგალითად, ესპანური კომპანია Graphenano აკეთებს ამას. მწარმოებლის თქმით, ელექტრული მანქანების ამ ბატარეების გამოყენება ლოგისტიკურ უბნებში აჩვენებს გრაფენის კათოდური ბატარეის რეალურ პრაქტიკულ შესაძლებლობებს. სრულად დატენვას მხოლოდ რვა წუთი სჭირდება. გრაფენის ბატარეებს ასევე შეუძლიათ გაზარდონ ბილიკის მაქსიმალური სიგრძე. სამასი ნაცვლად 1000 კილომეტრის დატენვა - ეს არის ის, რაც კორპორაცია გრაფენანომ უნდა შესთავაზოს მომხმარებელს.

ესპანეთი და ჩინეთი

ჩინური კომპანია Chint თანამშრომლობს Graphenano– სთან, რომელმაც შეიძინა ესპანური კორპორაციის 10% –იანი წილი 18 მილიონ ევროდ. ერთობლივი თანხები გამოყენებული იქნება ქარხნის ასაშენებლად ოცი საწარმოო ხაზით. პროექტს უკვე მიღებული აქვს დაახლოებით 30 მილიონიანი ინვესტიცია, რომელიც ჩადებული იქნება აღჭურვილობის მონტაჟში და თანამშრომლების დაქირავებაში. თავდაპირველი გეგმის თანახმად, ქარხანამ უნდა დაიწყოს დაახლოებით 80 მილიონი ბატარეის წარმოება. საწყის ეტაპზე ჩინეთი უნდა გახდეს მთავარი ბაზარი, შემდეგ კი დაგეგმილი იყო სხვა ქვეყნებში მიწოდების დაწყება.

მეორე ფაზაში Chint მზადაა 350 მილიონი ევროს ინვესტიცია განახორციელოს სხვა ქარხნის ასაშენებლად, რომელსაც დაახლოებით 5000 თანამშრომელი ეყოლება. ეს ციფრები გასაკვირი არ არის, როდესაც გაითვალისწინებთ, რომ მთლიანი შემოსავალი იქნება დაახლოებით სამი მილიარდი ევრო. გარდა ამისა, გარემოსდაცვითი პრობლემებით ცნობილი ჩინეთი უზრუნველყოფილი იქნება ეკოლოგიურად სუფთა და იაფი "საწვავით". თუმცა, როგორც ვხედავთ, ხმამაღალი განცხადებების გარდა, სამყაროს არაფერი უნახავს, ​​მხოლოდ საცდელი მოდელები. მიუხედავად იმისა, რომ ფოლკსვაგენმა ასევე გამოაცხადა თავისი განზრახვა გრაფენანოსთან თანამშრომლობის შესახებ.

მოლოდინი და რეალობა

ეს არის 2017 წელი, რაც იმას ნიშნავს, რომ გრაფენანო უკვე ორი წელია დაკავებულია ბატარეების "მასიური" წარმოებით, მაგრამ გზაზე ელექტრომობილის შეხვედრა იშვიათობაა არა მხოლოდ რუსეთისთვის. კორპორაციის მიერ გამოქვეყნებული ყველა სპეციფიკაცია და მონაცემი საკმაოდ ბუნდოვანია. ზოგადად, ისინი არ სცილდებიან საყოველთაოდ მიღებულ თეორიულ კონცეფციებს, თუ რა პარამეტრები უნდა ჰქონდეს გრაფენის ბატარეას ელექტრომობილისთვის.

გარდა ამისა, აქამდე, ყველაფერი, რაც წარმოდგენილი იყო როგორც მომხმარებლებისთვის, ასევე ინვესტორებისთვის, არის მხოლოდ კომპიუტერული მოდელები, რეალური პროტოტიპები. პრობლემას ემატება ის ფაქტი, რომ გრაფენი წარმოებისათვის ძალიან ძვირადღირებული მასალაა. მიუხედავად მეცნიერთა ხმამაღალი განცხადებებისა იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება მისი "დაბეჭდვა მუხლზე", ამ ეტაპზე შესაძლებელია შემცირდეს მხოლოდ ზოგიერთი კომპონენტის ღირებულება.

გრაფენი და მსოფლიო ბაზარი

ყველანაირი შეთქმულების თეორიის მომხრეები იტყვიან, რომ არავინ სარგებლობს ასეთი მანქანის გამოჩენით, რადგან შემდეგ ნავთობი უკანა პლანზე გადადის, რაც იმას ნიშნავს, რომ მისი წარმოებიდან შემოსავალიც შემცირდება. თუმცა, სავარაუდოდ, ინჟინრებს შეექმნათ გარკვეული პრობლემები, მაგრამ მათ არ სურთ მისი რეკლამირება. სიტყვა "გრაფინი" ახლა ისმის, ბევრი მიიჩნევს, რომ მას, ალბათ, მეცნიერებს არ სურთ მისი პოპულარობის გაფუჭება.

განვითარების პრობლემები

თუმცა, საქმე იმაშია, რომ მასალა მართლაც ინოვაციურია, ამიტომ მიდგომა მოითხოვს შესაბამისს. შესაძლებელია, რომ გრაფენის შემცველი ბატარეები ფუნდამენტურად განსხვავდებოდეს ტრადიციული ლითიუმ-იონური ან ლითიუმ-პოლიმერული ბატარეებისგან.

არსებობს სხვა თეორია. Graphenano Corp.– ს თქმით, ახალი ბატარეები მხოლოდ რვა წუთში იტენება. ექსპერტები ადასტურებენ, რომ ეს მართლაც შესაძლებელია, მხოლოდ ელექტროენერგიის მიწოდება უნდა იყოს მინიმუმ ერთი მეგავატი, რაც შესაძლებელია ქარხნის სატესტო პირობებში, მაგრამ არა სახლში. საკმარისი სიმძლავრის ბენზინგასამართი სადგურების აშენება ასეთი სიმძლავრით დაგიჯდებათ ბევრი ფული, ერთი დატენვის ფასი საკმაოდ მაღალი იქნება, ამიტომ გრაფენის ბატარეა მანქანისთვის არანაირ სარგებელს არ მოიტანს.

პრაქტიკა გვიჩვენებს, რომ რევოლუციური ტექნოლოგიები დიდი ხანია ჩაშენებულია მსოფლიო ბაზარზე. აუცილებელია მრავალი ტესტის ჩატარება იმისათვის, რომ დარწმუნდეთ, რომ პროდუქტი უსაფრთხოა, ამიტომ ახალი ტექნოლოგიური მოწყობილობების გამოშვება ხანდახან გადაიდო მრავალი წლის განმავლობაში.

ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა, 94 წლის პროფესორ ჯონ გუდენოს ხელმძღვანელობით, შეიმუშავეს ახალი ტიპის მყარი ბატარეა. საინტერესოა, რომ სწორედ ჯონ გუდენოუ არის თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეების ერთ-ერთი შემქმნელი. 1983 წელს მან და მისმა კოლეგებმა შესთავაზეს ლითიუმ-კობალტიტის ლითუმ-იონური ბატარეების კათოდის გამოყენება. ახალი ტექნოლოგია უზრუნველყოფს სოლიდური მდგომარეობის ბატარეას გაუმჯობესებული უსაფრთხოებით, გამძლეობით და დატენვის უფრო სწრაფი სიჩქარით, ვიდრე ტრადიციული ბატარეები.

”ღირებულება, უსაფრთხოება, ენერგიის სიმკვრივე, დატენვისა და დატვირთვის მაჩვენებლები და ხანგრძლივობა არის გადამწყვეტი მაჩვენებლები ელექტრო მანქანებში არსებული ბატარეებისთვის, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მათი პოპულარობის ზრდა. ჩვენ გვჯერა, რომ ჩვენი აღმოჩენა წყვეტს თანამედროვე ბატარეების თანდაყოლილ ბევრ პრობლემას, ” - თქვა ჯონ გუდენოვმა.

ახალ ბატარეებს აქვთ ენერგიის სიმკვრივე მინიმუმ სამჯერ უფრო მაღალი ვიდრე თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეები. ელექტრო მანქანებისთვის, ეს ნიშნავს, რომ მათ შეეძლებათ უფრო დიდი მანძილი გაიარონ ერთი დატენვით, ხოლო სმარტფონებს შეეძლებათ დაიკვეხნონ მაღალი ავტონომიით. ენერგიის სიმკვრივის გაზრდის გარდა, ახალი ბატარეები ასევე ინარჩუნებენ თავიანთ სიმძლავრეს დატენვის მეტი ციკლის განმავლობაში (1200 -მდე ციკლი) და მათი დატენვის დრო გამოითვლება არა საათებში, არამედ წუთებში.

თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეები თხევად ელექტროლიტებს იყენებენ ლითიუმის იონების გადასაყვანად ანოდსა და კათოდს შორის. ძალიან სწრაფად დატენვამ შეიძლება გამოიწვიოს მოკლე ჩართვა, რომელსაც ხშირად თან ახლავს აფეთქება. ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა გამოიყენეს მინის ელექტროლიტები თხევადი ელექტროლიტების ნაცვლად - ისინი იძლევიან ტუტე ლითონის ანოდის (ლითიუმის, ნატრიუმის ან კალიუმის) გამოყენებას დენდრიტის წარმოქმნის ალბათობის გარეშე.

თხევადი ელექტროლიტების ნაცვლად მინის ელექტროლიტების გამოყენების კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ მათ შეუძლიათ უპრობლემოდ იმუშაონ ნულოვან ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, ასეთი ელემენტის ყველა ელემენტი შეიძლება გაკეთდეს ეკოლოგიურად სუფთა მასალისგან.

სამწუხაროდ, როგორც ბატარეების წარმოების სხვა პერსპექტიული ტექნოლოგიების შემთხვევაში, ამ განვითარების კომერციულ გამოყენებაზე საუბარი არ არის.

ლითიუმ-იონური ბატარეების გამომგონებელმა შემოიღო ახალი ტიპის ბატარეა
ლითიუმ-იონური ბატარეების გამომგონებელმა შემოიღო ახალი ტიპის ბატარეა

ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მყარი ბატარეები, რომლებიც უნდა იყოს ლითიუმ-იონური ბატარეების უფრო ეფექტური და სრულიად უსაფრთხო ალტერნატივა. განვითარებას ხელმძღვანელობს 94 წლის გამომგონებელი ჯონ გუდენოუ, რომელმაც დააფუძნა ლითიუმ-იონური ბატარეა თითქმის სამი ათეული წლის წინ.

როგორც ექსპერიმენტატორებმა დაადგინეს, ახალი ტიპის ბატარეებს აქვთ სამჯერ მეტი ენერგიის სიმძლავრე, იტენება უფრო სწრაფად, უძლებს ტემპერატურას -60 ° C- მდე, არ აფეთქებს ჭარბი გათბობისგან ან დაზიანების შედეგად და არ აზიანებს გარემოს განადგურებისას. რა როგორც ელექტროენერგიის შესანახი მასალა, ასეთი ბატარეა იყენებს არა იშვიათ და ძვირადღირებულ ლითიუმს, არამედ იაფ ნატრიუმს, რომლის ამოღებაც შესაძლებელია ზღვის წყლიდან მარილის მსგავსად.

ლითიუმ-იონური ბატარეები ფართოდ გამოიყენება თითქმის ყველა სახის ელექტრონულ მოწყობილობაში. 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 დაქვეითებას, მოკლე ჩართვას და ბატარეის აფეთქებასაც კი. მინა ემსახურება როგორც ელექტროლიტს ახალ Goodenough ბატარეაში, რომელიც საშუალებას აძლევს ტუტე ლითონებს (როგორიცაა ნატრიუმი ან კალიუმი) გამოიყენონ ანოდის სახით, რომლებიც არ ქმნიან პროცესებს. ასეთი ბატარეისთვის ხანძრის რისკი ნულთან ახლოს არის.

”ღირებულება, უსაფრთხოება, ენერგიის სიმკვრივე, დატენვის სიჩქარე და ბატარეის სიმძლავრე არის კრიტიკული მაჩვენებლები ელექტრული მანქანების გაგრძელებისათვის. ჩვენ გვჯერა, რომ ჩვენი ტექნოლოგია დაეხმარება გადაჭრას ბევრი პრობლემა, რომელსაც თანამედროვე ბატარეები ექვემდებარებიან, ” - კომენტარი გააკეთა ჯონ გუდენოვმა მის გამოგონებაზე.

გუდენოუ არ არის პირველი, ვინც გადაწყვიტა თხევადი ელექტროლიტის მყარი მდგომარეობით შეცვლა. მის წინაშე მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარები იყვნენ მსგავს ექსპერიმენტებში. მათ გამოიყენეს სულფიდები, მაგრამ დაადგინეს, რომ ეს მასალა ძალიან მყიფეა, ამიტომ მასზე დაფუძნებული ბატარეები არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას პორტატულ ტექნოლოგიასა და ელექტრომობილებში.

ლითიუმ-იონური ბატარეები გამოიყენება ელექტრონიკაში ოთხმოცდაათიანი წლების დასაწყისიდან და თითქმის ჩაანაცვლა ყველა სხვა ტიპის ბატარეა. 25 წლის განმავლობაში, ამ ტექნოლოგიაში მნიშვნელოვანი მიღწევა ვერ იქნა მიღწეული - ასეთი ბატარეების ენერგოეფექტურობა, თუმცა იზრდება, ძალიან ნელია. მათი მთავარი პრობლემაა აფეთქების საფრთხე ყოველ მომენტში ყოველგვარი აშკარა მიზეზის გამო და ნომინალური სიმძლავრის თანდათანობითი დაკარგვა ზედმეტი დატენვიდან სრულ ამოწურვამდე.

ახალი ტიპის ბატარეა ლითიუმ-იონური ბატარეის გამომგონებლისგან
ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მყარი ბატარეები, რომლებიც უნდა იყოს ლითიუმ-იონური ბატარეების უფრო ეფექტური და სრულიად უსაფრთხო ალტერნატივა.

ამ ტიპის ჩვეულებრივი ბატარეები აღჭურვილია ნახშირბადის კათოდით, რომლის პორებში ინახება ატმოსფერული ჟანგბადი, რომელიც ასრულებს აქტიურ მასალის როლს. გამონადენის დროს ლითიუმის კათიონები ლითიუმის ანოდიდან გადადიან ელექტროლიტში და რეაგირებენ ჟანგბადთან, ქმნიან (იდეალურად) ლითიუმის პეროქსიდს Li 2 O 2, რომელიც შენარჩუნებულია კათოდზე, ხოლო ელექტრონები ანოდიდან კათოდზე გადადიან დატვირთვის წრეში რა ლითიუმ-ჰაერის ნიმუშების უპირატესობა ტრადიციულ ლითიუმ-იონთან შედარებით არის ენერგიის უფრო მაღალი მიღწევა.

ლითიუმ-ჰაერის ბატარეების მუშაობაზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი: ფარდობითი ტენიანობა, ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა, ელექტროლიტების შემადგენლობა, კატალიზატორის შერჩევა და მოწყობილობის საერთო განლაგება. ასევე გასათვალისწინებელია, რომ ნახშირბადის ელექტროდზე განთავსებული რეაქციის პროდუქტები (Li 2 O 2) ბლოკავს ჟანგბადის შეღწევის გზებს, რაც ზღუდავს ტევადობას. ოპტიმალური კონფიგურაციის ჰაერის ელექტროდს, შესაბამისად, უნდა ჰქონდეს როგორც მიკრო ზომის ფორები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჟანგბადის თავისუფალ გავლას, ასევე ნანო ზომის ღრუებს, რომლებიც ქმნიან ადგილების საკმარის სიმკვრივეს Li-O 2 რეაქციებისთვის.

გრაფინირებული გრაფენის ფურცლის სქემა, ორივე მხარეს და კიდეებზე ფუნქციონალური ჯგუფებით და გისოსიანი დეფექტებით, რომლებიც გახდებიან ენერგიულად ხელსაყრელი ადგილები რეაქციის პროდუქტების დასაჭერად (Li 2 O 2). დეფექტები ხაზგასმულია ყვითელ და მეწამულში, ნახშირბადის ატომები - ნაცრისფერი, ჟანგბადი - წითელი, წყალბადი - თეთრი. ჰაერის ელექტროდის იდეალური ფოროვანი სტრუქტურა ნაჩვენებია მარჯვნივ. (შემდგომში, ილუსტრაციები ჟურნალ ნანო წერილებიდან.)

გრაფიტის ოქსიდის სითბური დამუშავების შედეგად მიღებული გრაფენის ფურცლები გამოიყენეს ახალი ელექტროდების შესაქმნელად. ოქსიდის საწყისი C / O თანაფარდობა დაახლოებით ორს უტოლდება, მაგრამ 1050 ˚C ტემპერატურაზე მხოლოდ 30 წამის განმავლობაში შენარჩუნების საშუალებას იძლევა მისი გაზრდა

15 CO 2 გამოყოფის გამო. ნახშირორჟანგის ფოთლების დატოვების შემდეგ, ფურცლები იძენს გისოსურ დეფექტებს, რაც ხელს უწყობს იზოლირებული ნანო ზომის Li 2 O 2 ნაწილაკების წარმოქმნას, რომლებიც არ ბლოკავს ჟანგბადზე წვდომას ბატარეის მუშაობის დროს.

მომზადებული ფურცლები მოთავსებულია მიკროემულსიის ხსნარში, რომელიც შეიცავს შემკვრელებს. გაშრობის შემდეგ ელექტროდმა შეიძინა უჩვეულო შიდა სტრუქტურა, რომელშიც გამოირჩევა თავისუფლად შეფუთული კვერცხის ფორმის ელემენტები. მათ შორის იყო ფართო გადასასვლელები, ხოლო ელემენტების "გარსი" შეიცავდა მრავალრიცხოვან ნანოზურ ფორებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტროდის დიზაინი ახლოს იყო ოპტიმალურთან.

გრაფენის ელექტროდები: ზემოთ - მხოლოდ დამზადებულია, ქვემოთ - გამონადენის შემდეგ. ისრები აღნიშნავენ Li 2 O 2 ნაწილაკებს. ზომები არის მიკრომეტრებში.

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

”ჩვენ ასევე გვინდა, რომ ბატარეა იყოს სრულად დასატენად”,-ამბობს გუნდის ლიდერი ჯი-გუანგ ჟანგი. ”ამას დასჭირდება ახალი ელექტროლიტი და ახალი კატალიზატორი და ეს არის ის, რაც ჩვენ გვაინტერესებს ახლა.”

ლითიუმ-ჰაერის ბატარეის განმუხტვის მრუდი გრაფენის ელექტროდით.

გერმანელებმა გამოიგონეს ფტორ-იონური ბატარეა

ელექტროქიმიური მიმდინარე წყაროების მთელი არმიის გარდა, მეცნიერებმა შეიმუშავეს სხვა ვარიანტი. მისი გამოცხადებული უპირატესობები არის ხანძრის დაბალი საფრთხე და ათჯერ უფრო მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრე ვიდრე ლითიუმ-იონური ბატარეები.

კარლსრუეს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (KIT) ქიმიკოსებმა შესთავაზეს ბატარეის კონცეფცია ლითონის ფტორიდებზე დაფუძნებული და რამდენიმე მცირე ლაბორატორიული ნიმუშიც კი გამოსცადეს.

ასეთ ბატარეებში, ფტორის ანიონები პასუხისმგებელნი არიან ელექტროდებს შორის მუხტის გადატანაზე. ბატარეის ანოდი და კათოდი შეიცავს ლითონებს, რომლებიც, მიმდინარეობის მიმართებიდან გამომდინარე (მუხტი ან გამონადენი), თავის მხრივ გარდაიქმნება ფტორებად ან მცირდება ლითონებად.

”ვინაიდან ერთ ლითონის ატომს შეუძლია ერთდროულად მიიღოს ან გადასცეს რამდენიმე ელექტრონი, ეს კონცეფცია აღწევს ენერგიის უკიდურესად მაღალ სიმკვრივეს-ათჯერ აღემატება ჩვეულებრივი ლითიუმ-იონური ბატარეების”,-ამბობს თანა გამომგონებელი დოქტორი მაქსიმილიან ფიხტნერი.

იდეის შესამოწმებლად, გერმანელმა მკვლევარებმა შექმნეს ასეთი ბატარეების რამდენიმე ნიმუში 7 მილიმეტრის დიამეტრით და 1 მმ სისქით. ავტორებმა შეისწავლეს რამდენიმე მასალა ელექტროდებისათვის (მაგალითად, სპილენძი და ბისმუტი ნახშირბადთან ერთად) და შექმნეს ელექტროლიტი ლანთან და ბარიუმზე დაყრდნობით.

თუმცა, ასეთი მყარი ელექტროლიტი მხოლოდ შუალედური ნაბიჯია. ეს ფტორის იონური გამტარი ნაერთი კარგად მუშაობს მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე. ამიტომ, ქიმიკოსები ეძებენ მის შემცვლელს - თხევად ელექტროლიტს, რომელიც იმოქმედებს ოთახის ტემპერატურაზე.

(დეტალები შეგიძლიათ იხილოთ ინსტიტუტის პრესრელიზში და Journal of Materials Chemistry სტატიაში.)

ძნელია იმის პროგნოზირება, თუ რას გამართავს ბატარეების ბაზარი მომავალში. ლითიუმის ბატარეები კვლავ წინა პლანზეა და მათ აქვთ დიდი პოტენციალი ლითიუმის პოლიმერული განვითარების წყალობით. ვერცხლ-თუთიის ელემენტების დანერგვა ძალიან გრძელი და ძვირადღირებული პროცესია და მისი მიზანშეწონილობა ჯერ კიდევ სადავო საკითხია. საწვავის უჯრედისა და ნანოტექნიკის ტექნოლოგიები მრავალი წლის განმავლობაში შეაქო და აღწერეს ულამაზესი სიტყვებით, მაგრამ რაც შეეხება პრაქტიკას, ფაქტობრივი პროდუქტები ან ძალიან მოცულობითი ან ძალიან ძვირია, ან ორივე. მხოლოდ ერთი რამ არის ნათელი - მომდევნო წლებში ეს ინდუსტრია გააგრძელებს აქტიურად განვითარებას, რადგან პორტატული მოწყობილობების პოპულარობა იზრდება ნახტომითა და საზღვრებით.

ავტონომიურ მუშაობაზე ორიენტირებული ნოუთბუქების პარალელურად ვითარდება დესკტოპის ლეპტოპების მიმართულება, რომელშიც ბატარეა საკმაოდ თამაშობს სარეზერვო UPS- ის როლს. Samsung– მა ცოტა ხნის წინ გამოუშვა მსგავსი ლეპტოპი ბატარეის გარეშე.

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

ცნობილ ინსტიტუტში MITცოტა ხნის წინ, ლითიუმის ბატარეების წარმოების უნიკალური ტექნოლოგია შემუშავდა სპეციალურად გაწვრთნილი ვირუსების ძალისხმევით.

იმისდა მიუხედავად, რომ საწვავის უჯრედი სრულიად განსხვავდება ტრადიციული ბატარეისგან, იგი მუშაობს იმავე პრინციპების შესაბამისად.

ვის შეუძლია შემოგვთავაზოს რაიმე პერსპექტიული მიმართულება?

ლითიუმ-ჰაერის ბატარეებისათვის შეიქმნა პერსპექტიული გრაფენის ელექტროდები
მე ვაგრძელებ ჩემი მეგობრების სურვილების ასრულებას ოქტომბრის შეკვეთის ცხრილიდან. ჩვენ ვკითხულობთ trudnopisaka– ს კითხვას: საინტერესო იქნებოდა ვიცოდეთ ბატარეის ახალი ტექნოლოგიების შესახებ, რომლებიც ემზადებიან მასობრივი წარმოებისთვის. რა თქმა უნდა, მასობრივი წარმოების კრიტერიუმი გარკვეულწილად გაფართოებულია, მაგრამ ...

თემები ›ელექტრო მანქანები› ბლოგი ›ახალი ბატარეები 20 -ჯერ გაზრდილი ტევადობით.

ჩეხმა იან პროჩაზკამ შექმნა ბატარეის რევოლუციური ტიპი, რომლის წარმოებაც ახლა მზადაა დააფინანსოს მსოფლიოს უმსხვილესი ინვესტორებმა.

ახალი 3D ბატარეა განსხვავდება ადრე ცნობილი ნიმუშებისგან წარმოების ფორმით. საქმე იმაშია, რომ ახალ ბატარეაში გალვანური უჯრედები განლაგებულია ჰორიზონტალურად ჩარჩოში ფირფიტების სახით და არა ვერტიკალურად ლითონის ფილმების სახით აქტიური ფენებით, როგორც ეს ლითიუმის ბატარეებთანაა.
ეს ტექნოლოგია ხელს უწყობს წარმოების ხარჯების შემცირებას, შესაბამისად, ფასი ლითიუმთან შედარებით უფრო დაბალი იქნება.

ბატარეების შექმნის ახალი ტექნოლოგია საშუალებას გაძლევთ არა მხოლოდ გაზარდოთ მათი სიმძლავრე მინიმუმ 20 -ჯერ, არამედ უზრუნველყოს ბატარეის უფრო სწრაფად დატენვა.

ახალ ულტრა მაღალი სიმძლავრის ბატარეებს შეუძლიათ ალტერნატიული ენერგიის მთავარი პრობლემის გადაჭრა-დაგროვილი ენერგიის გრძელვადიანი შენახვა. გარდა ამისა, მათი გამოყენება შესაძლებელია ელექტრომობილებში - შედეგად, დიაპაზონი მნიშვნელოვნად გაიზრდება.

3D ბატარეის პატენტი ეკუთვნის HE3DA კომპანიას, რომელსაც ხელმძღვანელობს ახალი ბატარეის შემქმნელი იან პროჩაზკი. ამ დროისთვის, ლეტანიაში, მის სახელოსნოში, მან 160 ეგზემპლარი გამოიმუშავა.

ჩეხეთის გამოგონებამ მიიპყრო დიდი ინვესტორები გერმანიიდან და სლოვაკეთიდან. თუმცა, ყველაზე საინტერესო იყო კერძო ჩინელი მილიარდერი ინვესტორის ჰუ იუანპინის წინადადება.

ჩინელებმა განახორციელეს 5 მილიონი ევროს ანაზღაურება და მზად არიან გადაიხადონ კიდევ 50 მილიონი ევრო HE3DA– ს 49% წილისთვის www.he3da.cz/#!technology/ci26. მაგრამ ჩინელი მილიარდერის სიკეთე არც ამით მთავრდება, მომავალში ის გეგმავს კიდევ 50 მილიონი ევროს ინვესტიციის ჩადებას, თუ პროექტი კარგად დაამტკიცებს.

3D ბატარეების წარმოების პირველი ქარხანა გამოჩნდება მორავიის ჩრდილოეთით, ქალაქ ჰორნა სუჩაში, მოგვიანებით კი მასობრივი წარმოება ასევე მოეწყობა ჩინეთში.

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

* უარყოფითი კონტროლერი შედის კომენტარებისთვის

თემები ›ელექტრო მანქანები› ბლოგი ›ახალი ბატარეები 20 -ჯერ გაზრდილი ტევადობით
ტეგები: 3D ბატარეა, ბატარეის რევოლუციური ტიპი, he3da. ჩეხმა იან პროჩაზკამ შექმნა ბატარეის რევოლუციური ტიპი, რომლის წარმოებაც ახლა მზადაა დააფინანსოს მსოფლიოს უმსხვილესი ინვესტორებმა. ახალი 3D ბატარეა განსხვავდება ადრე ცნობილი ნიმუშებისგან მისი წარმოების ფორმით. საქმე ის არის, რომ გალვანური უჯრედები ჰორიზონტალურად მდებარეობს ახალ ბატარეაში.