logo

Wednesday, 14 December 2016 09:02

ДОВГОВІЧНІ АЛЬТЕРНАТИВИ ЛІТІЙ-ІОННИМ БАТАРЕЯМ

Доктор Немо,RadioLemberg,14.12.2016

 

Велика вага, недостатня ємність та вибухонебезпечність традиційних сьогодні джерел акумуляції енергі ї стали вже перешкодою для подальшого розвитку техніки й одночасно стимулом розробки нових технологій.

Про ці елементи пристроїв ми згадуємо хіба що в випадках, коли в незручний момент гасне екран смартфону чи на морозі перестає заводитися автомобіль. Вони завжди залишаються в тіні поруч з іншими складовими оточуючої нас техніки. Скоріш за все ми звернемо увагу на діагональ екрану ґаджету, якість камери чи (в випадку авто) на потужність двигуна чи його економність…

Але чим далі, тим сильніше відчувається залежність технічного прогресу від властивостей акумуляторів електричної енергії.

 

ФІНАЛ ЕПОХИ ЛІТІЙ-ІОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

В сучасній техніці в більшості випадків використовуються накопичувачі електричної енергії, збудовані по єдиному принципу: в непроникному корпусі розміщується пара електродів з різних матеріалів, занурених в електроліт — розчин спеціально підібраних речовин. Вже сотню років тому акумуляторні батареї перестали виглядати, як на картинках з старовинних підручників — вузькі циліндри в банці з соляним розчином. Тепер вони представляють собою тоненькі смужки, перекладені пористим матеріалом, просоченим електролітом і запаковані в компактний корпус.

Остання чверть століття найбільш розповсюдженим типом акумуляторів стали літій-іонні (розроблені 100 років тому, але в промислових масштабах почали вироблятися лише з 1991 р.). В них один з електродів виготовлено з літійвмісної речовини, другий  — з графіту. Широке розповсюдження цих батарей було зумовлено солідним набором переваг: заряджаються значно швидше своїх попередників, більш ємні, служать довго. В останні роки вдалося пристосувати їх (збільшити максимальний струм розряду і ємність) для роботи з потужним устаткуванням — наприклад, електродвигунами. Тому літій-іонні акумулятори використовуються майже повсюди — вони живлять і дрябну побутову електроніку, і все активнішу галузь автопрому електрокарів. Однак все йде до того, що настав час шукати заміну цій доволі продуктивній технології.

Віддати належне, що в автомобілебудуванні дотепер незамінними залишаються свинцево-кислотні акумулятори: велика потужність в сукупності з дешевизною і надійністю перекривають їх недоліки (наприклад, значні габарити і вага).

 

ТЕХНОЛОГІЇ, ЯКІ ПРИХОДЯТЬ НА ЗМІНУ БАТАРЕЙЦІ

Отже, літій-іонні акумулятори при всіх їх плюсах вже не справляються зі зростаючими запитами людства, і особливо це помітно в автомобілебудуванні. Такі накопичувачі доволі важкі (вага Теслівського акумулятора 450 кг, хоч в ємнісному порівнянні вони значно легші свинцево-кислотних аналогів) і, що значно серйозніше,  — не мають ємності,потрібної для достатньо великого пробігу авто без підзарядки. Така особливість примушує компанії витрачатися на дорогу інфраструктуру в вигляді щільної мережі зарядних станцій. Нарешті, хоч і доволі рідко, але такі акумулятори можуть загоратися і вибухати при перезаряді. Пошуки альтернатив цьому типу батарей сьогодні інтенсивно ведуться в багатьох країнах.

 

ГРАФЕН

Один із самих перспективних (і розрекламованих в ЗМІ) напрямків в техніці — розробка нових матеріалів з атомів вуглецю. На подобні наноматеріали покладаються особливі сподівання із-за недосяжних в інших речовинах міцності, ваги, електричних властивостей і ще з добрий десяток покращених параметрів. Так, надзвичайно перспективним вважається графен, представляючий собою плоску сітку товщиною в атом з шестикутників, в вершинах якої знаходяться атоми вуглецю.

Зовсім недавно іспанська компанія Graphenano представила один з перших повноцінних, готових до виходу на ринок графенових акумуляторів, і цю батарею вже можна вважати дуже серйозним конкурентом літій-іонним аналогам. Адже новинка в 2 рази легша, майже на 80% дешевша, а заряджається на третину швидше. Нарешті, графеновий акумулятор не виділяє жодних газів і не вибухонебезпечний.

Невдовзі після повідомлення іспанців на презентації в Пекіні публіці представили китайський графеновий акумулятор для побутової електроніки. Дітище компанії Dongxu Optoelectronics має ємність в 4800 мАч (в iPhone 7 батарея ємністю 1960 мАч), повністю заряджається це китайське чудо за чверть години і витримує 3,5 тис. циклів зарядки-розрядки. Ці показники в 5—7 раз перевищують показники літій-іонної батареї. Правда, китайці нічого не сказали про дату виходу батареї на ринок. В будь-якому випадку, ці два анонси свідчать, що чекати масової появи графенових накопичувачів залишилося недовго.

Grafen

Перспектива. Акумулятори з графену ось-ось вийдуть на ринок.

 

ВОДНЕВІ ЕЛЕМЕНТИ

В цих пристроях генерація електроенергії здійснюється за рахунок з’єднання іонів водню з електронами металевих електродів. Однак окрім габаритів найскладнішою перешкодою для широкого впровадження цього типу акумуляторних батарей є відсутність компактних і безпечних способів зберігання водню (суміш водню з киснем повітря є вибухонебезпечна). Зараз у світі йде енергійний пошук полімерів, які б могли безпечно накопичувати водень, як губка, і віддавати його в міру необхідності. В 2015 р. британська компанія IntelligentEnergyанонсувала конструкцію водневого акумулятора, здатного прийти на зміну літій-іонному. На ринку нова батарейка повинна з’явитися через кілька років. Розробники стверджують, що форм-фактор нових джерел енергії дозволить встановлювати їх у вже існуючі ґаджети, хіба що кришка знадобиться вдосконалена — адже при роботі водневого акумулятора виділяється водяний пар, і його потрібно відводити з корпусу. Зате працювати такий паруючий смартфон зможе неділю без підзарядки.

Hydrogen

Водневі батареї. Сумісні з існуючими ґаджетами.

 

ПРОТОЧНІ СИСТЕМИ

В цьому типі перезаряджаємих джерел живлення енергія генерується при взаємодії двох рідин, розділених мембраною, здатною пропускати заряджені частки. Рідкі електроліти зберігаються в двох зовнішніх ємностях. Якщо прокачувати рідини через стільник з мембраною, то при руху вони почнуть обмінюватися іонами і виробляти електричний струм. Обернений процес дозволяє накопичувати енергію в електролітах. Найвагоміша перевага проточних акумуляторів є в можливості зберігання електролітів в ємностях, окремо від електродів (в звичних нам джерелах енергії всі складові втиснуті в один корпус). Для збільшення потужності батареї потрібно просто взяти бочки побільше, збільшивши об’єм контейнера. Це робить акумулятор ідеально пристосованим для зберігання великих запасів енергії. Правда, поки що цей вид накопичувачів не може конкурувати з популярними літій-іонними батареями.

Проточні акумулятори зможуть знайти застосування там, де немає обмежень в розмірах приладу, але важлива вартість енергії. Наприклад, їх можна розміщати в підсобних приміщеннях жилих домів чи на електростанціях — для згладжування піків споживання. Дуже перспективно виглядає робота проточних акумуляторів в дуеті з сонячними батареями і вітрогенераторами. Коли об’єм резервуару з електролітами зробити більше 2 тис. літрів, то за день можна вдосталь накопичити енергію для забезпечення добових потреб цілого дому.

Є й серйозний недолік, стримуючий розвиток проточних акумуляторів: висока токсичність речовин в електролітах. (DN кислотні теж не особливо екологічні)

 

Protok

Об’ємна річ. Проточні акумулятори громіздкі, але дуже ємкісні.

Результат пошуку зображень за запитом "ядерные батарейки"

 

ЯДЕРНІ БАТАРЕЙКИ

При дії радіоактивного випромінення на алмаз, цей мінерал генерує слабкий електричний струм. А алмаз — той же графіт, лиш з інакшою кристалічною ґраткою. Вчені Бристольского університету запропонували виготовляти штучні алмази з радіоактивного графіту. Тоді кристал стане й джерелом випромінення і стільником для генерації енергії. Навіть джерело потрібної сировини знайдено: ним може стати радіоактивний графіт-14, в величезних кількостях як проблемний відхід утворюється в процесах роботи ядерних реакторів.

Хоч значною потужністю така ядерна батарейка не володіє (для порівняння стандартна 20-грамова АА алкалінова батарея містить 13000 джоулів енергії, тоді як графітна може виділити 15 джоулів на день), але зможе забезпечувати стабільну напругу і струм протягом тисяч років (продовживши порівняння: АА розрядиться за 24 години безперервного навантаження, а графітна — через 5,7 тис. років, сумарно вивільнивши 20 млн. джоулів енергії). Для того, щоби екранувати небезпечне радіоактивне випромінення, пропонується покрити його оболонкою з того ж алмазу, але вже нерадіоактивного. Таким чином, радіоактивні ізотопи виявляться абсолютно ізольованими від навколишнього оточення в надтвердому непроникному футлярі. Застосування ядерним батарейкам можна знайти повсюди, де потребується дуже стабільне електропостачання невеликої потужності протягом тривалого часу. Наприклад, вживлені в тіло людини пристрої (кардіостимулятори, мікродефібрилятори, слухові протези, стимулятори зорового нерву). Додаткова вигода від широкого впровадження таких елементів живлення — можливість утилізації гори небезпечних радіоактивних відходів.

 

 

 

Nuklear

ПОЛІМЕРНІ БАТАРЕЇ

Цей напрям активно розвивається Японськими науковцями і є вже цілі класи енергогенеруючих полімерів з надщвидкою перезарядкою та безмежністю її циклів, які перевищують за ефективними показниками все що було написане вверху. Проте глибока секретність майбутнього технологічного «удару білого дракону» дозволяє лиш припускати величезну перспективу цього напрямку. Концептуальний критерій полімерних батарей – не менше місяця без підзарядки любого пристрою.

Polymere

 

DN Є дуже багато повідомлень а про енергогенеруючі ізотопи алюмінію, нікелю, холодний термояд, це все лиш відголоски високої потреби в вирішенні нової енергетичної ери людства. Працюйте та винайдете!

 

Схоже в даній категорії: « PREVIOUS Статті NEXT »

100 LATEST ARTICLES

AUTHORS & RESOURCES

Archive of articles