Содержание
Аккумуляторы будущего: заряд за несколько секунд и работа на протяжении месяца
Смартфоны, планшеты и прочие гаджеты работают от батарей. От батарей зависит не только время работы устройства, но и время, необходимое для зарядки аккумулятора. В данной статье мы собрали последние разработки и инновации из области аккумуляторов. От источников питания, которые заряжаются за 30 секунд, до технологий передачи заряда по воздуху. Возможно, некоторые из описанных технологии скоро появятся в наших устройствах.
По сравнению со смартфонами, батареи развиваются достаточно медленно.
Исследованиями аккумуляторов занимаются крупнейшие производители электроники и автомобильные корпорации. Современные электронные компоненты и оптимизация программного обеспечения позволяют несколько увеличить время работы устройства от батареи. Тем не менее, обычно мобильное устройство работает от аккумулятора не более двух дней.
Итак, давайте перейдем непосредственно к рассмотрению наиболее интересных разработок в сфере аккумуляторных батарей.
Биологическое зарядное устройство Bioo
Известно, что растения используют солнечную энергию для накопления веществ, богатых энергией. Новое зарядное устройство Bioo позволяет использовать продукты фотосинтеза для зарядки мобильных устройств, планшетов и смартфонов. Это не прототип, устройство уже в продаже.
Заряжать можно 2-3 раза в день, сила тока на выходе составляет 5 ампер, напряжение — 3,5 вольт. Выделение электроэнергии происходит за счет химического взаимодействия органических веществ и воды. USB порт замаскирован под камень.
Батареи на золотых нанопроводниках
Емкость обычного аккумулятора снижается с увеличением количества зарядок. Ученые из калифорнийского университета разработали батареи с золотыми нанопроводниками, которые можно перезаряжать сколько угодно раз.
Нанопроводники, толщина которых в тысячи раз тоньше человеческого волоса, открывают огромные возможности аккумуляторов будущего. Однако в процессе повторных зарядок они постепенно разрушаются.
Золотые нанопроводники в гелевом электролите лишены этого недостатка. В процессе тестирования батареи перезаряжали 200 000 раз в течении трех месяцев и даже после такой значительной нагрузки их емкость осталась прежней.
Твердотельные литий ионные батареи
Твердотельные батареи отличаются высокой надежностью. В статье, опубликованной исследователями из компании Toyota, описаны тесты твердотельных аккумуляторов, в которых используется сульфидные супер ионные проводники. Проще говоря, они разработали хорошие батареи.
Батареи, которые могут работать как супер конденсаторы, полностью заряжаясь и разряжаясь за семь минут — идеальны для электроавтомобилей. То, что батареи твердотельные, также означает высокую надежность и безопасность работы. Такие батареи могут работать при температурах от -30 до +100 градусов Цельсия.
На данном этапе основной проблемой для ученых является электролит, так что на прилавках такие аккумуляторы появятся еще не скоро. Однако это верных шаг на пути к безопасным и быстро заряжающимся аккумуляторам.
Топливные аккумуляторы для смартфонов и дронов
Ученые из университета Южной Кореи создали топливные батареи из пористой нержавеющей стали, пленочного электролита и электродов с минимальной теплоемкостью. Получившиеся в результате батареи, могут работать значительно дольше, чем литий ионные. От новых топливных аккумуляторов смартфоны смогут работать в течение недели, а дроны оставаться в воздухе более часа.
Графеновые автомобильные аккумуляторы
За графеновыми батареями будущее. В компании Graphenano были разработаны батареи Grabat. Электроавтомобиль с таким аккумулятором может проехать до 800 километров от одной зарядки.
Как утверждают представители компании, батареи полностью заряжаются всего за несколько минут. Они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее литий ионных аккумуляторов. Емкость графеновых батарей 2,3 В огромная — 1000 Wh/kg. Емкость аналогичной литий ионной батареи составляет всего 180 Wh/kg.
Микросуперконденсаторы, изготовленные по лазерной технологии
Ученые из Rice University совершили прорыв в области микросуперконденсаторов.
Сейчас изготовление этих устройств очень дорого, однако использование лазеров может коренным образом изменить ситуацию.
Использование лазера для прожига электродов на пластиковой подложке позволяет значительно сократить стоимость и затраты труда при производстве. В результате получаются батареи, которые могут заряжаться в 50 раз быстрее, а разряжаться значительно медленнее современных суперконденсаторов. Кроме того, новые батареи очень износостойкие, в процессе тестирования они выдерживают 10000 нагрузок на изгиб.
Натрий ионные батареи
Натрий ионные батареи были созданы исследователями французской компании RS2E и использовались в ноутбуках. Стандарт, по которому были изготовлены батареи, позволяет использовать их не только в ноутбуках, но и в автомобилях типа Tesla Model S.
Технология изготовления аккумуляторов держится в строжайшем секрете. Батарея размером 6,5 сантиметров может выдавать 90 Ватт в час на килограмм.
Пенные батареи
В компании Prieto верят, что батареи будущего будут изготавливать по технологии 3D.
Исследователи компании занимаются разработкой аккумуляторов на основе пористой меди.
Благодаря использованию не воспламеняющегося электролита такие батареи будут не только безопаснее, но смогут дольше функционировать, быстрее заряжаться, иметь большую емкость при меньшем объеме и более высокую плотность.
Батареи Prieto предназначены для небольших устройств, таких как носимая электроника. Однако, размер батарей можно увеличить для применения в смартфонах и электроавтомобилях.
Твердотельные батареи
Исследователи из MIT совместно с Samsung разработали твердотельные батареи, которые по многим показателям значительно превосходят современные литий ионные аккумуляторы. Новые батареи безопаснее, мощнее и работают дольше.
В литий ионных аккумуляторах используется жидкий электролит, через который происходит передача заряда между электродами. Жидкий электролит пожароопасный и ограничивает продолжительность жизни батареи.
Согласно сообщению из MIT, новые батареи могут выдерживать сотни тысяч перезарядок, перед тем как их емкость начинает снижаться.
Емкость новых батарей на 20-30 % выше современных аналогов. Использование твердого электролита исключает воспламенение, что делает их идеальными для использования в электроавтомобилях.
Нано «желток» увеличивает емкость в три раза и заряжается за 6 минут
Новая разработка ученых из MIT, в которой используется так называемый нано «желток», позволяет увеличить емкость аккумулятора в три раза. Заряжается такой аккумулятор всего за 6 минут. Кроме того, время жизни такой батареи дольше, чем у обычной. Изготовление батарей относительно недорого и технология скоро пойдет в производство.
Графитно-алюминиевая батарея заряжается всего за минуту
Исследователи из Стенфордского университета разработали графитно-алюминиевую батарею для смартфонов. Время зарядки такой батареи составляет всего одну минуту. Однако, емкость батареи составляет лишь половину емкости современных аналогов. Но, учитывая необычайно быстрое время зарядки, это не должно быть большой проблемой.
Гибкие батареи
Исследователи из университета Аризоны разработали эластичную батарею.
Такую батарею можно размещать в ремешке умных часов, что означает большую емкость, а следовательно и время работы от одной зарядки. Гибкие батареи также хорошо подойдут для установки интегрированных в одежду гаджетов для спорта и мониторинга состояния здоровья.
Энергия кожи
Известно, что электроэнергия может выделяться при трении. Было создано устройство, которое получает электроэнергию от кожи человека. Энергии достаточно для питания 12 LED лампочки. В будущем эта технология позволит создавать носимую электронику и умную одежду без батарей.
Как это работает? Электроэнергия собирается электродом, который представляет из себя золотую пленку толщиной 50 нанометров. Золотая пленка находится на силиконовой подложке и имеет достаточно большую площадь контакта. И так как кожа обладает трибоэлектрическими свойствами, устройство может быть достаточно миниатюрным. Ученые уже продемонстрировали гаджет, который может работать от данного источника энергии.
Lumopack заряжает аккумулятор iPhone 6 за 6 минут
Lumopack — это портативный аккумулятор, который был специально разработан для быстрой зарядки.
Аккумулятор может полностью зарядить батарею смартфона iPhone 6 всего за шесть минут.
Портативный аккумулятор Lumopack — это разработка компании Lyte Systems. Сам портативный аккумулятор полностью заряжается всего за 30 минут, что в два раза быстрее ближайшего конкурента.
Батарея, которую можно складывать как бумагу
Батарея Jenax J.Flex разрабатывалась специально для использования в гибких устройствах. Батарея не только гибкая как бумага, но и водонепроницаемая. Ее можно использовать в умной одежде и в других носимых устройствах.
Зарядка по воздуху uBeam
В устройстве uBeam для передачи электроэнергии используется ультразвук. Электричество преобразуется в ультразвук, передается и преобразуется обратно в электричество на заряжающемся устройстве.
Концепция была разработана аспиранткой астробиологом Мередис Перри. Она основала стартап по производству подобных зарядных устройств. Трансмиттер, который представляет из себя 5-ти миллиметровую пластину, вешают на стену.
Ресивер, который преобразует ультразвук в электричество размещают на ноутбуке или смартфоне.
Создан аккумулятор будущего: долгоиграющий, взрывобезопасный и без лития
Техника
|
Поделиться
Американские исследователи заменили литий в батареях на особый материал на основе магния, и получили более надежные и долговечные аккумуляторы. В будущем их разработка может лечь в основу всех перезаряжаемых батарей.
Хаос на страже электрического заряда
Ученые Иллинойского университета в Чикаго разработали новую технологию производства аккумуляторных батарей для мобильных устройств, в основе которой лежит принцип использования неупорядоченных частиц оксида магния и непосредственно магниевого анода.
Эту идею до них никто не развивал, поскольку неупорядоченные (или беспорядочные, движущиеся хаотично) частицы теоретически и практически могут стать препятствием при производстве и эксплуатации элементов питания.
Несмотря на то, ранее технология нигде и никем не применялась, американские ученые уже добились определенных успехов в выбранном направлении. К главным преимуществам магниевых АКБ авторы технологии отнесли их повышенную безопасность в сравнении с литиевыми батареями, а также способность гораздо дольше держать заряд.
По словам исследователей, если литий-ионные аккумуляторы уже достаточно давно достигли пика своего развития, то магниевые лишь только начинают свой путь, имея в запасе внушительный потенциал.
Суть и потенциал технологии
В аккумуляторе, созданном учеными Иллинойского университета, используется созданный ими на основе оксида магния и хрома (MgCr2O4) неупорядоченный материал толщиной порядка 5 нанометров. Его характеризует в первую очередь низкая температура реакции при высокой скорости этой самой реакции.
На практике это даст возможность не опасаться перегрева аккумулятора в мобильном устройстве в жаркий летний день или в процессе подзарядки. Литий-ионные батареи, отметим, очень чувствительны к изменению температуры и могут воспламениться и даже взорваться прямо в руках у владельца смартфона.
Преследуя цель убедиться в своей правоте, ученые провели сравнительный эксперимент, в ходе которого сопоставили 5-нанометрвоый неупорядоченный материал с 7-нанометровым упорядоченным оксидом магния и хрома. Оба материала подвергались различным испытаниям и тестам, включая рентгеновскую абсорбционную спектроскопию и современные электрохимические методы тестирования.
Тестирование первой в мире батареи на неупорядоченных частицах оксида магния в лабораторных условиях
Специалисты исследовали структурные и химические изменения в материалах в процессе их тестирования и увидели, что они ведут себя совершенно по-разному. Неупорядоченные частицы оксида магния могут перетекать от анода к катоду, тогда как упорядоченные – нет.
На основе полученных результатов ученые сделали вывод о пригодности их новой технологии для создания нового вида аккумуляторных батарей. По состоянию на декабрь 2018 г. технология требовала доработки и не могла быть использована в серийном производстве.
Магний лучше лития, никеля и кадмия?
О применении магния в перезаряжаемых элементах питания специалисты стали задумываться еще в начале века, даже когда литиевые батареи еще не получили столь широкого распространения. В 2003 г. израильские ученые из университета в Рамат-Гане даже разработали прототип нового магниевого аккумулятора, который практически не уступал по своим энергетическим свойствам популярным тогда никель-кадмиевым АКБ. Он тоже выдавал напряжение до 1,2 В, но при этом характеризовался меньшей степенью деградации спустя несколько сотен циклов зарядки и разрядки и в целом был намного более экологичным. В серию аккумуляторы, выполненные по израильской технологии, не пошли.
Конкурирующие разработки
Существуют и другие технологии, способные заменить собой литиевые АКБ и положить конец их далеко не самым экологичным производству и утилизации.
К примеру, еще одна группа американских ученых, на этот раз из Калифорнийского технологического университета, создала аккумулятор на основе фторидов – химических соединений фтора с другими элементами таблицы Менделеева. Подобные АКБ в теории характеризуются способностью держать заряд до восьми раз дольше в сравнении с литий-ионными и литий-полимерными. Опять же, они намного безопаснее оных ввиду неподверженности влиянию повышенной температуры окружающей среды или нагреву во время подзарядки.
Юрий Востриков: Компании все активнее применяют data-driven-подход из-за высокой конкуренции и непростой ситуации на рынке
Цифровизация
В целом, многие страны сейчас ищут замену не самым дешевым в производстве литий-ионным АКБ. К примеру, Китай отдал предпочтение аккумуляторам на твердых электролитах – такие батареи надежнее, безопаснее и производительнее литиевых. Их также характеризует сравнительно малый вес, что позволит уменьшить массу мобильных устройств.
Твердотельные аккумуляторы имеют большой потенциал в автомобилестроении – при идентичной емкости они компактнее литиевых, что позволит увеличить запас хода гибридных и электрических транспортных средств без прироста их массы.
- В каком ЦОД разместить оборудование Colocation? Найти ответ на ИТ-маркетплейсе Market.CNews
Эльяс Касми
Какими будут батареи будущего?
В последние годы технический магнат Илон Маск пообещал покорить космос, сделать возможным путешествие из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско всего за 35 минут благодаря вакуумному транспорту и заполнить дороги электрическими и беспилотными автомобилями. , среди других амбициозных схем. Некоторые из этих проектов все еще живы и здоровы; другие, не очень. Но будущее, к которому стремится основатель PayPal, Tesla и SpaceX , связано с огромными потребностями в энергии, которые сегодня как никогда требуют новых, более эффективных и экологически чистых решений.
Это требование является общим для всех аспектов технологического рывка, в который мы вовлечены: от маленького смартфона до огромной солнечной электростанции нам нужны новые системы хранения энергии, и именно поэтому 9Аккумуляторы 0003 стали большой навязчивой идеей технологических компаний . Идет поиск батареи будущего: более мощной, долговечной, безопасной и экологичной.
Илон Маск сочетает солнечную энергию с перезаряжаемыми батареями. Кредит: Blickpixel/Pixabay
В наш технологический век литий-ионные аккумуляторы стали общим отраслевым стандартом, используемым во всем, от мобильных телефонов до электромобилей, и сделали возможными все наши портативные устройства. Но у них есть свои ограничения. Один из них, наделавший немало шума, касается безопасности. В сентябре 2016 года Samsung Galaxy Note 7 взорвался и поджег джип, в котором он заряжался. Менее чем через месяц коммерческий авиалайнер пришлось эвакуировать, когда телефон той же модели начал дымиться.
К тому времени уже были зарегистрированы десятки случаев сжигания телефонов, и южнокорейская компания остановила производство. Сегодня мы знаем, что причиной этих взрывов была неисправная конструкция батареи, и что проблема коснулась и других устройств. И хотя это анекдотические и очень редкие случаи, они вызвали большое беспокойство у пользователей.
Взрыв аккумуляторов выдвигает на первый план проблему: уменьшение размеров аккумуляторов и в то же время увеличение их емкости сопряжено с большими рисками . По этой причине компании теперь используют нестандартный подход к проблеме и изменили направление своих усилий. Сегодня ближайшее будущее для аккумуляторов не в том, что они служат дольше, а в том, что их можно будет заряжать намного быстрее . Цель состоит в том, чтобы получить часы использования всего за несколько минут зарядки.
Samsung Note 7 после взрыва, вызванного неисправной конструкцией батареи. Кредит: Ева Далер
Компании и университеты в поисках золотой батареи
В последние годы компании и исследователи сосредоточились на быстрой зарядке.
Компания Qualcomm , производящая «мозги» большого количества устройств, выпустила очередные версии своей системы зарядки Quick Charge. Последняя на сегодняшний день версия 5 обещает зарядку на 50% за пять минут с повышением эффективности на 70%. Samsung и Huawei предлагают свои системы Super Fast Charging и Supercharge соответственно с той же целью.
Тем временем исследователи изучают новые способы ускорения процесса зарядки, который зависит от скорости транспорта лития внутри электродов. На это, в свою очередь, влияет множество факторов, включая конструкцию элемента батареи и материалы анода, катода и электролита. В некоторых исследованиях были найдены методы ускорения движения лития, например, путем добавления ионов крупных металлов, таких как калий. Более быстрая зарядка представляет особый интерес для электромобилей, использование которых ограничено временем перезарядки. Однако недостатком систем быстрой зарядки является то, что литий имеет тенденцию легче иммобилизоваться между углеродными слоями графита на аноде, что, в свою очередь, ухудшает качество этого электрода.
Это приводит к потере функции батареи.
Технологические фирмы ищут батарею будущего. Кредит: Том Россия
Противодействие деградации
Этот прогрессирующий износ является еще одной серьезной проблемой современных литий-ионных аккумуляторов. Многократная зарядка, особенно в мобильных телефонах, приводит к быстрой деградации и потере части их эффективности примерно через год использования. Срок службы батарей составляет около 1000 полных циклов зарядки/разрядки , и до сих пор не найдено возможности его увеличения. Ученые изучают методы и конструкции новых батарей, чтобы продлить срок службы за счет быстрой зарядки и предотвращения отложения лития на аноде. Они также изучают возможные новые возможности, такие как замена аккумуляторов гибкими или кабельными суперконденсаторами, которые обещают полную зарядку за секунды и срок службы 30 000 циклов заряда/разряда и будут занимать гораздо меньше места, чем сегодняшние аккумуляторы.
С другой стороны, новые предложения включают различные решения для различных целей.
Одним из примеров являются проточные батареи , которые хранят энергию во внешних резервуарах для жидкости, которые могут работать более десяти лет без деградации . В одном из таких аккумуляторов, разработанном в Гарвардском университете, используются органические молекулы, растворенные в воде с нейтральным pH, состав настолько стабилен, что аккумуляторы теряют только 1% своей емкости за каждые 1000 циклов. Они также значительно безопаснее, так как этот раствор не содержит коррозионных или токсичных элементов. Такие батареи подходят для хранения энергии, вырабатываемой солнечными или ветряными электростанциями, но также могут быть адаптированы для использования в домашних условиях.
Твердотельные батареи обеспечивают больший запас энергии, более длительный срок службы и большую безопасность при меньшей токсичности. Кредит: IREC
Такие батареи могут помочь смягчить еще одну проблему с существующими батареями: их воздействие на окружающую среду. В дополнение к использованию токсичных и коррозионных соединений, литий-ионные батареи имеют такие высокие экологические издержки — в основном из-за извлечения металлов и редкоземельных элементов, используемых в их производстве, — что производство электромобиля имеет больший экологический след и выбросы, чем производство электромобиля.
обычный. Однако это компенсируется в течение всего срока службы.
Но на пути к более экологичным батареям текущая тенденция заключается в изучении твердотельных батарей, которые заменяют жидкий или гелевый электролит твердым электролитом, обеспечивая больший запас энергии с более длительным сроком службы и большей безопасностью с меньшей токсичностью, но с более низкой токсичностью. от более медленной зарядки. Эта технология в настоящее время применяется к литий-ионным батареям и уже рассматривается для коммерческого использования в автомобилях, хотя на данный момент цена высока.
Короче говоря, в поисках новых батарей, которые являются более функциональными, быстрыми, безопасными и более устойчивыми, используется множество альтернативных материалов, таких как марганец, натрий, кремний или ванадий, и обходятся без других все более дорогих и дефицитные материалы, такие как кобальт (присутствующий в литий-ионных батареях), и применение конструкций, основанных на нанотехнологиях.
На данный момент подавляющее большинство этих предложений все еще находятся на стадии исследований, разработок или экспериментального использования, и пока нет явного победителя, который обещает сделать наши старые, привычные литий-ионные батареи устаревшими. Таким образом, кажется вероятным, что мы все еще будем зависеть от них в обозримом будущем. Но поскольку эксперты предупреждают об ожидаемой нехватке лития всего через несколько лет, батареи будущего должны будут заряжаться, чтобы быстро перейти из лаборатории в наши устройства.
Por Beatriz Guillén
@beagtorres
Редактор Примечание: статья, обновленная 9 сентября года. то, как мы производим, передаем и используем энергию, в значительной степени зависит от технологий хранения энергии.
Нынешняя электросеть в США нестабильна, недостаточно финансируется и не способна продвинуть страну к будущему чистой энергии. Чтобы использовать новые технологии возобновляемых источников энергии, исследователи нацелились на разработку устройств накопления энергии, способных использовать огромное количество энергии для приложений, начиная от энергосистемы и заканчивая электромобилями.
Ю. Ширли Менг, член ECS и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, ученый, работающий в авангарде энергетических технологий, пионер передовых фундаментальных достижений, способных вывести большие прорывы в области хранения энергии из лаборатории на рынок. .
В погоне за страстью
Страсть Мэн к энергии подпитывалась ее любопытством к самолетам в детстве. Стремление понять, как некоторые металлы могут быть такими легкими, но такими прочными, поначалу привело ее к материаловедению. По мере того, как Мэн продолжала свое образование, она начала исследовать сверхпроводящие оксиды и разрабатывать сложные оксиды для хранения энергии.
«После этого я узнал об электромобилях, — говорит Мэн, лауреат премии ECS Charles W. Tobias Young Investigator Award 2016 года. «Для меня они просто очаровательны. Я тот, кто не любит чайные сервизы; Мне нравятся машины».
Борьба с изменением климата
Хотя интерес к энергетике и автомобилям, возможно, изначально подтолкнул Мэн к электромобилям и решениям в области устойчивой энергетики, вскоре у нее появилось другое увлечение, которое побудило ее провести фундаментальное исследование, которое могло бы помочь преобразовать энергетический и транспортный секторы: климат. изменение.
Глобальное развитие промышленности и технологий в 20 -м -м веке привело к значительному росту транспортного сектора, что привело к массовому потреблению ископаемого топлива. По данным Агентства по охране окружающей среды США, выбросы в транспортном секторе составляют около 26 процентов всех парниковых газов в США.
«Я понял, что использование электромобилей — один из ключей к решению проблем экологической устойчивости, — говорит Мэн. «Нет причин, по которым мы должны сжигать все это ископаемое топливо на миллионах автомобилей».
Создание крупномасштабного хранилища
Для Мэн неоспоримы данные о последствиях изменения климата. В Калифорнийском университете в Сан-Диего она видит, как Океанографический институт Скриппса измеряет кривую киля, создавая график, отображающий постоянное изменение концентрации в атмосфере Земли, демонстрируя важные доказательства быстрого увеличения выбросов парниковых газов в атмосфере Земли.
«Через 55 лет вы увидите это огромное увеличение уровня CO2, и ученые уже заявили, что повышение глобальной температуры на два градуса неизбежно, даже если мы внесем изменения сегодня», — говорит Мэн.
Несмотря на эти факты, Мэн по-прежнему уверен, что электромобили и чистая, возобновляемая сеть будут более широко приняты обществом по мере развития науки, лежащей в основе накопления энергии.
«Солнечный свет бесплатен для всех нас, — говорит Мэн. «Если мы хотим сделать его незаменимым ресурсом для людей, нам нужно выяснить, как реализовать крупномасштабное хранение энергии».
Nissan LEAF может проехать 100 миль на одной зарядке и стоит от 29 000 долларов.
Изображение: Майкл Гил
Социальные барьеры
Технологические прорывы в области накопления энергии превратили электромобили из простого любопытства в доступные и эффективные транспортные средства. Тем не менее, технологические и социологические барьеры все еще существуют, не позволяя электромобилям оказывать еще большее влияние на рынок.
«Есть определенные проблемы, которые можно решить с помощью технологий — с помощью науки — и у меня есть возможность убедить людей, что эти электромобили — это очень эффективные системы», — говорит Мэн. «Но есть вопросы. Например, мы называем это тревогой диапазона».
Аккумуляторная технология, которая в настоящее время используется в электромобилях, не может превышать 300 миль пробега на одном заряде. Поскольку вы не можете подъехать к зарядной станции так же, как к заправочной станции, водители, как правило, испытывают беспокойство, особенно при поездках на большие расстояния.
Тем не менее, недавно опубликованное исследование показывает, что тревога по поводу запаса хода может быть скорее умственной, чем технической проблемой, утверждая, что 87 процентов транспортных средств на дорогах сегодня могут быть заменены электромобилями и удовлетворять или превышать ежедневные потребности среднего водителя без подзарядки во время движения. день.
Преобразование сети
В то время как транспортный сектор может занимать второе место по выбросам парниковых газов, энергетический сектор претендует на первое место. Для Мэн электромобили и зеленая энергетическая сеть идут рука об руку в содействии устойчивости планеты, и оба они имеют основной общий знаменатель необходимых достижений в области хранения энергии.
Энергетическая сеть является центральным компонентом производства и использования энергии. Изменяя способ производства энергии (т. е. переходя от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии), меняется сама сеть. Нынешняя электрическая сеть в США должна производить именно то, что потребляется в данный момент. Природа этой инфраструктуры создает огромные проблемы для прерывистых источников энергии, таких как солнечная энергия или ветер, которые нельзя контролировать, как ископаемое топливо. Если солнце зайдет или ветер перестанет дуть, это может привести к крупномасштабным отключениям электроэнергии. С другой стороны, очень солнечные или ветреные дни могут производить избыток энергии, что может привести к подгоранию сети, которая не приспособлена для накопления колебаний энергии.
Именно здесь фундаментальные исследования в области накопления энергии играют ключевую роль.
Недавно Мэн и группа международных исследователей продемонстрировали увеличение плотности энергии в материале катода батареи на 30-40 процентов за счет контроля активности кислорода. Новые достижения на фундаментальном уровне помогают разрабатывать более качественные батареи и приближают общество на один шаг к разработке доступных и эффективных крупномасштабных решений для хранения данных.
Но Мэн не ставит все свои фишки на одну конкретную батарею, вместо этого она исследует все, от литий-ионных и натриевых до проточных батарей на водной основе и т. д., используя все преимущества приложений, которые могут иметь эти совершенствующиеся и новые батареи.
Новые аккумуляторные технологии
Например, литий-ионный аккумулятор в новейшей истории стал золотым стандартом для хранения энергии во всех устройствах, от смартфонов до автомобилей Tesla. Эта технология, которой только что исполнилось 25 900 64 900 65 годов с момента коммерциализации, неизменно демонстрировала перспективность даже для крупномасштабных сетевых хранилищ благодаря своей долговечности и эффективности. Тем не менее, существуют и другие многообещающие аккумуляторные технологии, которые, по словам Мэн, даже несмотря на то, что в настоящее время они не имеют рынка, стоят затраченных усилий.
Первая литий-ионная батарея была выпущена на рынок компанией Sony в 1991 году.
«Всегда раздается голос, говорящий: «Рынка еще нет», — говорит Мэн. «Возможно, рынка здесь нет, но как ученый я думаю, что это прекрасная возможность, потому что наша работа как ученых состоит в том, чтобы исследовать то, что промышленность не может рисковать, чтобы исследовать».
По словам Мэн, еще одной многообещающей новой технологией аккумуляторов являются натрий-ионные аккумуляторы.
«Мы хотим посмотреть, есть ли альтернативное решение для лития, потому что что-то вроде натрия будет более распространено», — говорит Мэн. «Натрий-ионные батареи работают с немного более низким потенциалом, что делает их практичными для хранения в сети, но не для электромобилей, потому что их плотность энергии будет относительно низкой».
Альтернатива литию также была бы выгодна, поскольку она позволила бы создать многогранную энергетическую инфраструктуру. В настоящее время многие страны зависят исключительно от ископаемого топлива для производства большей части энергии. В политической сфере некоторые задаются вопросом, хотим ли мы перейти от полной зависимости от ископаемого топлива к полной зависимости от лития, если есть возможность разработать более разнообразный способ обеспечения страны энергией.
Литий-кислородные аккумуляторы рассматривались как еще одна потенциальная альтернатива литий-ионным технологиям.
«Существует множество поляризованных мнений о том, может ли литий-кислород быть многообещающим, но я всегда помню, что ученым позволено мечтать», — говорит Мэн.
По словам Мэн, вам просто нужно взглянуть на периодическую таблицу, чтобы увидеть, что и литий, и кислород являются очень легкими элементами, а это означает, что их комбинация в одном единственном устройстве хранения энергии может привести к чрезвычайно высокой плотности энергии.