Нового поколения аккумуляторы: Аккумуляторы нового поколения помогут электромобилям увеличить длину пробега без подзарядки / Хабр

Аккумуляторы нового поколения помогут электромобилям увеличить длину пробега без подзарядки / Хабр

Компания QuantumScape, которую поддерживают Volkswagen и Билл Гейтс, представила прототип аккумулятора будущего для электромобилей. По заявлению разработчиков, транспортные средства с их батареей могут путешествовать на 80 процентов дальше, чем автомобили, оснащенные литий-ионными аккумуляторами.

Сейчас основными источниками питания ноутбуков, смартфонов и даже электрокаров являются литий-ионные батареи. Они неплохо справляются, когда речь идет о небольших устройствах, но автомобильные версии имеют ряд недостатков: долго заряжаются и содержат компоненты, которые могут воспламениться при аварии. Такие батареи могут замерзнуть при очень низких температурах. Исследователи в течение многих лет тестировали разные материалы, такие как полимеры и керамика, которые помогли бы решить эти проблемы.

Устройство нового твердотельного аккумулятора.

На виртуальной пресс-конференции Battery Day, Джагдип Сингх, основатель и генеральный директор QuantumScape представил концепт литий-металлического аккумулятора, который стал результатом десятилетней работы над твердотельной литиевой батареей, — сообщает techxplore.com

Вместо привычного жидкого электролита в новой батарее применен сухой керамический сепаратор. Он обеспечивает более эффективную передачу энергии при прохождении ионов. Также в аккумуляторе есть гелевый компонент, который не замерзает в холодную погоду и подавляет рост дендритов электролита, которые снижают эффективность литий-ионного аккумулятора.

Согласно результатам тестов QuantumScape, транспортные средства с их батареей могут путешествовать на 80% дальше, чем автомобили, оснащенные литий-ионными аккумуляторами. Также они сохраняют более 80 процентов емкости после 800 циклов зарядки, что намного больше, чем у их нынешних литий-ионных «собратьев». Немаловажно, детище QuantumScape заряжается до 80 процентов от емкости аккумулятора всего за 15 минут.

«Самым сложным в создании работающей твердотельной батареи является необходимость одновременного удовлетворения требований высокой плотности энергии, быстрой зарядки, длительного срока службы и работы в широком диапазоне температур», — сказал лауреат Нобелевской премии 2019 года Стэн Уиттингем, соавтор литий-ионного аккумулятора.

И, по словам Уиттингэма, батарея QuantumScape отвечает всем этим требованиям.

«Если QuantumScape сможет внедрить эту технологию в массовое производство, это может привести к преобразованию отрасли», — добавил Стэн Уиттингем.

«Мы не видим на горизонте ничего близкого к тому, что мы делаем», — сообщил Сингх.
По мнению экспертов, в новой разработке может использоваться соединение лития, известное как LLZO.

Тестирование новой батареи проводилось на однослойных элементах. Окончательная версия батареи потребует до 100 слоев, и по мере увеличения толщины могут возникнуть дополнительные сложности.

В этом направлении активно работает китайский гигант по производству аккумуляторов CATL, LG Chem, Samsung, Panasonic и Tesla. Toyota также должна была представить свой твердотельный аккумулятор на Олимпийских играх в Токио в этом году, пока пандемия не поставила крест на этих планах. Стартап под названием Solid Power начал производство батареи аналогичного типа с электролитом на основе сульфида, который обладает высокой проводимостью. Ford, BMW и Hyundai также присоединились к этому процессу. В России разработками и производством источников питания являются компании участники рынка EnergyNet. Среди ярких представителей этого рынка можно отметить компанию-производителя аккумуляторов «Лиотек». Компания производит аккумуляторы для транспорта, промышленных предприятий и домашних хозяйств.

Будущее: Наука и техника: Lenta.ru

Кадр: JacobsSchoolNews / YouTube

1

Международный коллектив ученых объявил о создании первого в мире комбинированного аккумулятора

В конце сентября международный коллектив ученых под руководством ученого Даррена Хана и с участием инженеров LG рассказал о создании первого комбинированного аккумулятора для автомобилей на электрической тяге. Подобная батарея является твердотельной и построена на базе анода из чистого кремния. По сравнению с аналогами новый аккумулятор является более энергоемким и безопасным и, кажется, превосходит все конкурентные образцы. «Лента.ру» объясняет, почему все автопроизводители не могут перейти на твердотельные батареи и какие перспективы есть у нового комбинированного аккумулятора.

2

Несовершенство литий-ионных батарей давно волновало инженеров

Используемые в современных электрокарах батареи неидеальны. Как правило, автопроизводители используют литий-ионные зарядные элементы. Несмотря на то что аккумуляторы позволяют хранить энергию длительное время и обеспечивать машины запасом хода на полтысячи миль, проблем с ними слишком много. Во-первых, батареи быстро изнашиваются. Во-вторых, они очень капризны: требовательны к температуре эксплуатации и не переносят постоянных или сильных вибраций. Именно поэтому при ДТП электрокар может загореться, а на тушение и локализацию возгорания может уйти несколько часов.

Также почти все батареи — начиная от элементов в пультах к телевизорам и заканчивая фабричными аккумуляторами — состоят из кобальта. Зависимость индустрии от этого материала крайне высока, так как 60 процентов всего кобальта добывают в Демократической Республике Конго.

В теории твердотельные батареи как минимум практичнее и безопаснее. Их конструкция предполагает использование минимума материалов. По словам ученых, чем меньше в аккумуляторе деталей, тем реже он будет ломаться и выходить из строя.

Кадр: Tech Space / YouTube

3

Батареи с кремниевыми анодами тоже неидеальны

Использование кремниевого анода в батареях позитивно описывается Дарреном Ханом и его коллегами. Впервые данную наработку описали в 2002 году. Спустя почти 13 лет основатель Tesla Илон Маск заявил, что применение кремния в аккумуляторах его электрокаров увеличивает запас хода примерно на шесть процентов. Батареи на основе кремния обычно имеют гораздо большую удельную емкость, чем другие, — примерно 3600 миллиампер-часов на грамм материала.

Однако в заряженном состоянии данный тип анода в больших долях является крайне неустойчивым, а следовательно, опасным для применения. При длительном контакте с жидким электролитом кремний плохо держит энергию, что оборачивается значительной потерей мощности электрического двигателя. Поэтому современные аккумуляторы состоят из кремния лишь частично. В этой связи аноды коммерческих батарей могут содержать небольшое количество кремния, что весьма незначительно влияет на производительность. Например, на рынке существуют аккумуляторы, созданные на базе композитного электрода с кремниевой нанопроволокой. Информация о содержании этого материала в батареях производителей обычно не раскрывается, но можно считать, что доля кремния в них не превышает десяти процентов.

4

Преимущество кремния

Учитывая все недостатки батарей на базе классического электролита и кремния, ученые решили синтезировать материал с твердым электролитом на основе сульфида. Использование твердой структуры решило проблему насыщения анодов жидким электролитом во время работы. По словам Хана, отсутствие углерода в аноде значительно снижает межфазный контакт, что приводит к нежелательным побочным реакциям с твердым электролитом.

Сравнительные тесты показали, что кремниевые аноды имеют в десять раз большую плотность энергии, чем графитовые. Пока что новое изобретение удалось воссоздать лишь в лабораторных условиях, но характеристики новой батареи удовлетворяют специалистов. Аккумулятор-прототип сохранил 80 процентов емкости после 500 циклов зарядки, удельная емкость энергии на грамм кремния составила около 2890 миллиампер-часов. Батарея оказалась стабильна и безопасна, что в будущем наверняка позволит использовать ее несколько десятков лет. По словам ученых, аккумуляторы нового типа смогут пережить сам автомобиль.

Кадр: Torque News / YouTube

5

Чего ждать в будущем?

«Принцип твердотельного кремния преодолевает многие ограничения обычных батарей», — говорится в отчете изобретателей. Ученые считают, что созданные по комбинированному принципу аккумуляторы удовлетворят рыночный спрос на безопасные батареи с более высокой емкостью при более низких затратах. Ноу-хау можно использовать при создании как электрокаров, так и стационарных энергохранилищ.

Как было замечено, удачный прототип батареи пока был создан в лабораторных условиях и тестировался при комнатной температуре. Комфортная для аккумулятора работа происходит при температуре около 140 градусов по Фаренгейту (порядка 60 градусов по Цельсию). Даррен Хан признает, что от прототипа до первого коммерческого образца могут пройти годы, и соглашается со скептиками, что его коллегам предстоит много работы. Однако ученый уже зарегистрировал бренд Unigrid battery, под которым надеется выйти на рынок твердотельных аккумуляторов нового поколения.

О «кремниевой революции» все чаще говорят и крупные игроки на рынке электромобилей. Например, в 2020 году представители Tesla обнадежили потребителей и рынок, что планируют удвоить содержание кремния в батареях своих автомобилей.

Новые аккумуляторы, которые заставят вас поверить в электромобили

Эта история является частью Plugged In, центра CNET, посвященного электромобилям и будущему электрифицированной мобильности. От обзоров автомобилей до полезных советов и последних отраслевых новостей — мы обеспечим вас.

Увеличенный запас хода, более быстрая зарядка, меньшее снижение запаса хода и более низкая прейскурантная цена: это все, что новые аккумуляторные технологии привносят в электромобили. И хотя с практической точки зрения я по-прежнему больше воодушевлен разработками в области зарядки, такими как недавнее расширение GM с помощью Pilot и EVgo или нагнетателей Tesla, охватывающих весь мир, вот некоторые новые аккумуляторные технологии, которые являются сильными конкурентами для моего энтузиазма.

Литий-ионный далеко не готов

Sila Nanotechnologies заменяет графитовый анод, составляющий большую часть объема и около 15% веса современных литий-ионных аккумуляторов, на форму кремния, которая, как утверждается, придаст элементам аккумуляторов От 20 до 40% увеличение плотности энергии при более быстрой зарядке. Это изменение было бы примерно аналогично Ford F-150, получающему 25 миль на галлон в этом году, но 35 миль на галлон в следующем модельном году, неслыханный скачок.

Mercedes выглядит первым покупателем, который предложит технологию Sila в качестве элитной опции в новом электрическом EQG в 2025 году. Плотность энергии особенно важна для тяжелых транспортных средств, таких как EQG, потому что их избыточность имеет тенденцию увеличивать недостатки современных аккумуляторов, которые должны быть большим и тяжелым, чтобы переместить что-то большое и тяжелое даже на приличное количество миль, установив определенный порочный круг.

Сила утверждает, что традиционная технология литий-ионных аккумуляторов осталась на прежнем уровне с точки зрения плотности энергии.

Сила

Group14 — еще одна компания, за которой следует следить за сочетанием кремния и лития, выстроив Porsche в качестве ведущего партнера. OneD придерживается стратегии выращивания кремниевых нанопроволок на графитовом аноде литиевой батареи. Все эти подходы используют хорошую производительность и широкое признание технологий литиевых батарей для быстрого выхода на рынок.

Натрий-ионные аккумуляторы

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория недавно объявила о прорыве в технологии натрий-ионных аккумуляторов, который обещает большую устойчивость к требованиям регулирования температуры, с которыми сталкиваются современные аккумуляторы для электромобилей, многократную зарядку без ухудшения характеристик, естественное гашение и меньшее токсической головной боли. PNNL заявляет, что нашла способ укротить нестабильные аспекты технологии натрий-иона, но все еще должна решить проблему ее значительно более низкой плотности энергии по сравнению с литий-ионом. В качестве бонуса исследователи PNNL считают, что они смогут уменьшить или удалить кобальт из формулы, спорный и токсичный элемент в батареях для электромобилей сегодня.

Сара Левин/Pacific Northwest National Lab

Твердотельные батареи

Технология твердотельных батарей названа очень точно: обычно это относится к батареям, изготовленным из плотно сжатых твердых материалов, а не из мягкого влажного материала, из которого состоит типичная литиевая батарея.

Современные аккумуляторные элементы представляют собой полужесткие изделия с влажным раствором электролита внутри. Твердотельные батареи физически различны, что означает материалы, которые делают их значительно более перспективными.

Брайан Кули/CNET

Тот факт, что твердотельная батарея состоит из твердых материалов в жестком корпусе, не делает ее более эффективной, но это простой способ описать конструкцию, которая обещает множество преимуществ:

Большая плотность энергии : это может привести к тому, что электромобиль с гораздо большей дальностью действия от батареи того же размера или с сегодняшним запасом хода от гораздо меньшей и более дешевой батареи завтра. Последнее, на мой взгляд, более трансформационно.

Быстрая зарядка : В то время как полная зарядка менее чем за 30 минут сегодня является довольно элитной, твердотельные батареи нацелены на это как само собой разумеющееся. Короткое время зарядки может полностью изменить представление об электромобилях.

Увеличенный срок службы : Возможно, вы видели мой недавний рассказ о проблеме аккумуляторов электромобилей, которые выбрасываются на пастбище, потому что они теряют значительную часть своей емкости из-за циклического заряда. Твердотельная технология является ключевой частью плана GM по производству аккумуляторов с ресурсом в миллион миль.

Термическая стабильность : Твердотельные конструкции практически не имеют шансов на тепловой выход из строя, что сделало современные литиевые батареи синонимом пожароопасности. Говорят, что кремниевые батареи, подобные упомянутым ранее, также в значительной степени устраняют эту проблему.

Большинство разрабатываемых новых аккумуляторных технологий почти невосприимчивы к тепловому выходу из строя, что сделало литий-ионные аккумуляторы своего рода синонимом пожара.

Брайан Кули/CNET

Кто должен доставить это волшебство?

Solid Power недавно попала в заголовки газет, когда объявила о начале мелкосерийного производства при поддержке Ford и BMW. Примечательно, что производство может осуществляться на линиях, которые сегодня делают обычные литий-ионные батареи, что потенциально является огромным промышленным преимуществом. Массовое производство может начаться уже в 2024 году.

Возможно, самой обсуждаемой компанией была QuantumScape при поддержке VW, который говорит, что технология является не чем иным, как «самым многообещающим подходом к электромобильности будущего». Компания QuantumScape разработала керамический сепаратор между анодом и катодом, который помогает элементам заряжаться от 10% до 80% менее чем за 15 минут, позволяя аккумулятору терять очень небольшую емкость после повторных зарядок.

Nikkei недавно сообщил, что Toyota на сегодняшний день является мировым лидером по патентам на твердотельные батареи, и заявила, что к 2025 году у нее будет ограниченное производство автомобилей, использующих эту технологию. -производитель ProLogium для аккумуляторов, которые могут появиться в электромобилях вьетнамского производителя к 2024 году.

Стоит ли ждать?

Некоторые из намеченных сроков, о которых я говорил выше, кажутся соблазнительно близкими, но относитесь к ним с долей скептицизма: пропущенные даты массового производства любой из этих аккумуляторных технологий никого не удивят. Вдобавок ко всему, автомобильная промышленность, как правило, имеет длительный период времени от появления новой технологии до того, как она станет широко доступной в автомобилях с популярными ценами. Добавьте к этому мое общее отвращение к покупке новой машины, и вы начнете приближаться к более длинному концу в пять-десять лет. Я бы проанализировал электромобиль на основе сегодняшних предложений, поскольку эти захватывающие новые аккумуляторные технологии, вероятно, являются полным циклом владения автомобилем для умного и экономного покупателя.

Тем не менее, эти аккумуляторные технологии появятся достаточно рано на кривой внедрения электромобилей, чтобы внести основной вклад в ее переломный момент.

Зарядка за секунды, в прошлом месяце a

Почему вы можете доверять Pocket-lint

(Pocket-lint) — Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, их мощность все еще ограничена. Батарея не развивалась десятилетиями. Но мы на пороге энергетической революции.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся все более эффективными для энергосбережения, мы по-прежнему рассчитываем на день или два использования смартфона без подзарядки.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем наши телефоны проживут неделю, разработка идет успешно. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от зарядки по воздуху до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки. Надеюсь, вы скоро увидите эту технологию в своих гаджетах.

Маркус Фолино/Технологический университет Чалмерса

Структурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей

Исследования в Технологическом университете Чалмерса в течение многих лет рассматривали возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента. Преимущество, которое это предлагает, заключается в том, что продукт может уменьшить структурные компоненты, поскольку батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, в то время как положительный представляет собой фосфат лития-железа, новейшая батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя еще предстоит пройти определенный путь для увеличения энергоемкости.

NAWA Technologies

Вертикально ориентированный электрод из углеродных нанотрубок

Компания NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, меняет правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает электромобили основным бенефициаром, сокращающим углеродный след и стоимость производства аккумуляторов при одновременном повышении производительности. NAWA заявляет, что запас хода в 1000 км может стать нормой, а время зарядки сократится до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году9.0003

Литий-ионный аккумулятор без кобальта

Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионный аккумулятор, в катоде которого не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89%), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт является наименее распространенным и самым дорогим компонентом в катодах аккумуляторов», — сказал профессор Арумугам Мантирам, директор Департамента машиностроения Уокера и директор Техасского института материалов. «И мы полностью устраняем его». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели распространенные проблемы, обеспечив хорошее время автономной работы и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет аккумуляторы, не содержащие кобальта, для электромобилей

Несмотря на то, что свойства электромобилей снижать выбросы загрязняющих веществ общепризнанны, до сих пор ведутся споры по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. SVOLT, базирующаяся в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых аккумуляторов, предназначенных для рынка электромобилей. Помимо сокращения редкоземельных металлов, компания утверждает, что они имеют более высокую плотность энергии, что может привести к запасу хода до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также увеличить срок службы батареи и повысить безопасность. Где именно мы увидим эти батареи, мы не знаем, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

В поисках решения проблемы нестабильности кремния в литий-ионных батареях исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали гибридный анод с использованием микрочастиц мезопористого кремния и углеродных нанотрубок. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала повышает производительность батареи, а силиконовый материал экологически безопасно производится из золы ячменной шелухи.

Университет Монаша

Литий-серные батареи могут превзойти литий-ионные и оказать меньшее воздействие на окружающую среду

Исследователи Университета Монаша разработали литий-серные батареи, которые могут питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные батареи. Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования электросетей будут продолжаться.

Сообщается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионный, и более низкие производственные затраты, а также дает возможность питать автомобиль на 1000 км (620 миль) или смартфон в течение 5 дней.

Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит литий-ионный

IBM Research сообщает, что они обнаружили новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионный. IBM Research сообщает, что эта химия никогда раньше не использовалась в сочетании в батареях и что материалы могут быть извлечены из морской воды.

Производительность батареи является многообещающей, и IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионную в ряде различных областей — она ​​дешевле в производстве, она может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может иметь более высокую мощность. и плотности энергии. Все это имеется в аккумуляторе с пониженной горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую аккумуляторную технологию подходящей для электромобилей, и она работает с Mercedes-Benz, среди прочего, над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic 

Несмотря на то, что литий-ионные батареи используются повсеместно, и их количество растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда эти батареи достигли конца своего срока службы, затруднено. Компания Panasonic в сотрудничестве с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-иона в них.

Panasonic говорит, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что облегчит мониторинг и оценку батарей с несколькими ячейками, которые вы можете найти в электромобиле. Panasonic, что эта система поможет добиться устойчивого развития, поскольку она сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который делает нас на шаг ближе к экстремально быстрой зарядке — XFC, цель которой — проехать 200 миль электромобиля примерно за 10 минут при зарядке мощностью 400 кВт. Одной из проблем с зарядкой является литий-покрытие в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить покрытие, но ограничивает это циклами до 10 минут, избегая межфазного роста твердого электролита, что может сократить срок службы батареи. Сообщается, что этот метод снижает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея продлевает срок службы батареи в три раза

Этот альтернативный тип литий-ионной батареи использует кремний для достижения в три раза большей производительности, чем современные графитовые литий-ионные батареи. Аккумулятор по-прежнему литий-ионный, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается, и его сложно производить в больших количествах. С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем растереть с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, в результате чего получится чистый кремний. Он пористый и трехмерный, что повышает производительность и, возможно, срок службы батарей. Первоначально мы взялись за это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — это стартап по производству аккумуляторов, который выводит эту технологию на рынок и получил крупные инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение может быть внедрено в существующее производство литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности аккумуляторов на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Получение энергии от сети Wi-Fi

Хотя беспроводная индуктивная зарядка широко распространена, возможность получения энергии от сети Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну для сбора радиоволн), которая состоит всего из нескольких атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы мощность переменного тока можно было собирать от Wi-Fi в воздухе и преобразовывать в постоянный ток либо для подзарядки аккумулятора, либо для непосредственного питания устройства. Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без внутренней батареи (что более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для перезарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования ТЭНов увенчаются успехом. ТЭН или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа Института передовых технологий Суррея и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть его в действии, исследование должно дать разработчикам инструменты, необходимые им для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи из нанопроволоки

Великие умы из Калифорнийского университета в Ирвине взломали батареи из нанопроволоки, которые могут выдержать многократную перезарядку. Результатом могут стать будущие аккумуляторы, которые не умирают.

Нанопровода, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывают большие возможности для будущих батарей. Но они всегда ломались при перезарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были протестированы на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали никакой деградации.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита. В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается о проведенных ими испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходную батарею.

В результате получилась батарея, способная работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает ее идеальной для автомобилей. Поскольку это полупроводниковые батареи, это также означает, что они гораздо более стабильны и безопасны, чем современные батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 градусов по Цельсию и до ста.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в автомобилях в ближайшее время, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжающимся батареям.

Графеновые аккумуляторы Grabat

Графеновые аккумуляторы могут стать одними из самых лучших из доступных. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям дальность пробега до 500 миль без подзарядки.

Компания Graphenano, стоящая за разработкой, говорит, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут, а заряжать и разряжать в 33 раза быстрее, чем литий-ионные. Разрядка также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет ни слова о том, используются ли в настоящее время аккумуляторы Grabat в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, велосипедов и даже для дома.

Лазерные микросуперконденсаторы

Университет Райса

Ученые Университета Райса совершили прорыв в области микросуперконденсаторов. В настоящее время они дороги в производстве, но с использованием лазеров, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания рисунков электродов на листах пластика производственные затраты и трудозатраты значительно снижаются. В результате батарея может заряжаться в 50 раз быстрее, чем современные батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже крепкие, способные работать даже после того, как их согнули более 10 000 раз во время испытаний.

Аккумуляторы из пеноматериала

Прието считает, что будущее аккумуляторов — в 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью батареи, в которой используется подложка из вспененного меди.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию легковоспламеняющегося электролита, но и будут иметь более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.

Компания Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, таких как носимые устройства. Но в нем говорится, что батареи можно увеличить, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складная батарея, похожая на бумагу, но прочная

Аккумулятор Jenax J.Flex был разработан, чтобы сделать возможными сгибаемые гаджеты. Аккумулятор, похожий на бумагу, может складываться и является водонепроницаемым, что означает, что его можно интегрировать в одежду и носимые устройства.

Аккумулятор уже создан и даже прошел испытания на безопасность, в том числе был сложен более 200 000 раз без потери работоспособности.

Ник Билтон/The New York Times

Беспроводная зарядка uBeam

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия превращается в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем, достигнув устройства, преобразуются обратно в энергию.

На концепцию uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или превратить в предмет декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы получать заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, основанный на факультете нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot. Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из встречающихся в природе органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфоны за 60 секунд. Аккумулятор состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, которая предотвращает перенапряжение и нагрев», поэтому не должно быть проблем с его взрывом.

Компания также объявила о планах по созданию батареи для электромобилей, которая заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода в 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда это произойдет, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Компания Alcatel продемонстрировала мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя он вряд ли появится в продаже в ближайшее время, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневную проблему нехватки заряда батареи. Телефон будет работать как при прямом солнечном свете, так и при стандартном освещении, точно так же, как обычные солнечные батареи.

Phienergy

Алюминиево-воздушный аккумулятор позволяет проехать 1100 миль без подзарядки

Автомобиль смог проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в типе аккумуляторной технологии, называемой алюминиево-воздушной, которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные аккумуляторы, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Бристольская лаборатория робототехники

Аккумуляторы, работающие от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться мочой. Этого достаточно для зарядки смартфона, что уже продемонстрировали ученые. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы берут мочу, расщепляют ее и производят электричество.

Звуковое питание

Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться от окружающего звука в атмосфере вокруг него.

Смартфон был построен с использованием принципа, называемого пьезоэлектрическим эффектом. Были созданы наногенераторы, которые улавливают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни реагируют даже на человеческий голос, а это означает, что болтливые мобильные пользователи могут включить питание своего телефона во время разговора.

Двойной углеродный аккумулятор Ryden заряжается в двадцать раз быстрее

Компания Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden Dual Carbon. Он не только прослужит дольше и заряжается быстрее, чем литий, но и может быть изготовлен на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В батареях используются углеродные материалы, что означает, что они более устойчивы и безвредны для окружающей среды, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдерживать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Японские ученые работают над новыми типами аккумуляторов, которым не нужен литий, как в аккумуляторе вашего смартфона. В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натрий-ионных аккумуляторов ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, батареи можно сделать намного дешевле. Ожидается, что коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и многого другого начнется в ближайшие 5-10 лет.

Upp

Зарядное устройство Upp для водородных топливных элементов

Портативное зарядное устройство Upp для водородных топливных элементов уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, защищая вас от сети и оставаясь безвредным для окружающей среды.

Одна водородная ячейка обеспечивает пять полных зарядок мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственным побочным продуктом является водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходным напряжением 5 В, 5 Вт и 1000 мА.

Аккумуляторы со встроенным огнетушителем

Литий-ионные аккумуляторы нередко перегреваются, загораются и даже взрываются. Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные аккумуляторы со встроенными огнетушителями.

Батарея содержит компонент, называемый трифенилфосфатом, который обычно используется в качестве антипирена в электронике. Он добавляется к пластиковым волокнам, чтобы разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов Цельсия, пластиковые волокна плавятся и высвобождается химическое вещество трифенилфосфат. Исследования показывают, что этот новый метод может остановить возгорание батарей за 0,4 секунды.

Mike Zimmerman

Взрывобезопасные батареи

Литий-ионные батареи имеют слой пористого материала с довольно летучим жидким электролитом, зажатый между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал аккумулятор, емкость которого вдвое превышает емкость литий-ионных, но без присущих ему опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, чуть толще двух кредитных карт, а жидкий электролит заменяется пластиковой пленкой с аналогичными свойствами. Он может выдержать прокалывание, измельчение и может подвергаться воздействию тепла, поскольку не воспламеняется. Предстоит провести еще много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но приятно знать, что существуют более безопасные варианты.

Батарейки Liquid Flow

Гарвардские ученые разработали батарею, которая накапливает энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с текущими литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим технологию в смартфонах и т.п., так как жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, удвоив напряжение по сравнению с обычными проточными батареями. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнечная энергия, для быстрого включения в сеть по требованию.

IBM и ETH Zurich и разработали жидкостную батарею гораздо меньшего размера, которую потенциально можно использовать в мобильных устройствах. Утверждается, что эта новая батарея способна не только питать компоненты, но и одновременно охлаждать их. Две компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.

Углеродно-ионный аккумулятор Zap&Go

Компания ZapGo из Оксфорда разработала и произвела первый углеродно-ионный аккумулятор, готовый к использованию потребителем. Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе возможности сверхбыстрой зарядки суперконденсатора с производительностью литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригоден для вторичной переработки.

У компании есть зарядное устройство для внешних аккумуляторов, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Воздушно-цинковые батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей намного дешевле, чем существующие методы. Воздушно-цинковые батареи можно считать более совершенными, чем литий-ионные, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты для работы.

Сиднейскому университету удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а вместо этого использовать более дешевые альтернативы. На подходе более безопасные и дешевые аккумуляторы!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ, с помощью которого вы сможете использовать свою одежду в качестве источника энергии. Батарея называется трибоэлектрическим наногенератором (ТЭНГ), который преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эту технологию можно применять не только к одежде, ее можно интегрировать в тротуар, чтобы, когда люди постоянно ходят по нему, он мог накапливать электричество , которое затем можно было бы использовать для питания уличных фонарей или в автомобильных шинах, чтобы оно может привести автомобиль в действие.

Растяжимые аккумуляторы

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растягиваемый биотопливный элемент, который может генерировать электричество из пота. Говорят, что вырабатываемой энергии достаточно для питания светодиодов и Bluetooth-радио, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Компании Samsung удалось разработать «графеновые шарики», которые способны повысить емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжать их в пять раз быстрее, чем современные батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung говорит, что ее новый аккумулятор на основе графена можно полностью зарядить за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что его можно использовать не только для смартфонов, но и для электромобилей, поскольку он может выдерживать температуры до 60 градусов по Цельсию.