Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Как появились Литий─Ионные батареи?реакции, происходящие в Li─Ion аккумулятореУстройство Литий─Ионных аккумуляторовпараметры Li-Ion аккумуляторовЗащита Литий─Ионных батарейДеградация Li─Ion аккумуляторовПерспективы Развития Литий─Ионных аккумуляторных батарейСамые первые аккумуляторные элементы с анодом из лития были выпущены в семидесятых годах прошлого столетия. У них была высокая удельная энергоёмкость, что сразу сделало их востребованными. Специалисты давно стремились разработать источник на основе щелочного металла, который имеет высокую активность. Благодаря этому было достигнуто высокое напряжение этого типа батарей и удельная энергия. При этом сама разработка конструкции такиУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Количество циклов для свинцово-кислотных аккумуляторов снижается в 2 разар, в то время как для литий-ионных оно сохраняется стабильным до 45°С.

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Для литий-ионных аккумуляторов повышенные температуры являются губительными. Именно поэтому устройство рекомендуется хранить подальше от прямых солнечных лучей и

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Kusumoto Chemicals, одна из ведущих химических компаний в Японии, первой запустила местное производство TUBALL™ BATT инновационного аддитива на основе одностенных углеродных нанотрубок для литий-ионных аккумуляторов.

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Высокая плотность энергии при малых размерах и весе (энергетическая плотность приблизительно на 40% меньше литий-ионных аккумуляторов; объем и вес аккумуляторов в 2-4 раза меньше

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Методом механоактивации получены перспективные анодные композитные матрицы системы «углерод-нанодисперсный кремний» для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов, достигнута высокая дисперсность и удельная

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

верхности) и являющиеся перспективными материалами для литий-ионных аккумуляторов. Моделирование проводится в том числе с использованием создаваемого авторами вычисли-

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Для начала я из двух батарей собрал одну выбрав рабочие «банки», но и этой модернизации хватило ненадолго. Начну с литий ионных аккумуляторов 18650. Но у литий ионных

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Libox литий-ионные батареи для погрузчиков и складской техники, замена для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, внедрение и обслуживание

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Производство батарей на базе «двойного углерода» не связано с изменением уже работающих линий для литий-ионных батарей, причем за счет отсутствия редких металлов в списке компонентов, исключается зависимость от

Chat NowУглеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

В 2015 году американские физики создали более стабильный катод для натрий-ионных аккумуляторов на основе эльдфеллита, а недавно другая группа американских ученых разработала другой катод

Chat Now

В этом году исполнилось 25 лет с момента выхода в продажу первых литий-ионных аккумуляторов, которые изготовила корпорация Sony в 1991 году. За четверть века их ёмкость практически удвоилась с 110

Chat Now

Что такое графеновые аккумуляторы. Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов

Chat Now

Литий-титанатные аккумуляторы это разновидность привычных всем литий-ионных батарей. Рассмотрим их отлчительные черты и особенности.

Chat Now

Углеродные анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов Изделия на основе углерода. Троллейбусные вставки Сборка литий ионных аккумуляторов в батарею

Chat Now

В этом году исполнилось 25 лет с момента выхода в продажу первых литий-ионных аккумуляторов, которые изготовила корпорация Sony в 1991 году. За четверть века их ёмкость практически удвоилась с 110

Chat Now

Что такое графеновые аккумуляторы. Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов

Chat Now

Углеродные анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов Изделия на основе углерода. Троллейбусные вставки Сборка литий ионных аккумуляторов в батарею

Chat Now

Для начала ознакомимся с платой зарядки и защиты для литий-ионных аккумуляторов. Три ее важных функций это зарядка, защита от превышения

Chat Now

При выборе литий-ионных аккумуляторов для устройства ИБП важно учесть несколько факторов в зависимости от того, переоснащаете вы имеющийся ИБП или покупаете новый.

Chat Now

TradeOff Tool, калькулятор для сравнения литий-ионных аккумуляторов со свинцово-кислотными, позволяет изменять различные исходные данные и смотреть, какой эффект они оказывают на совокупную

Chat Now

Как уже было сказано, нельзя допускать перегревания литий-ионных аккумуляторов, например, оставлять гаджеты с ними на солнце или в местах, где возможно воспламенение.

Chat Now

Интересно то, что при глубоком разряде окисление пластин источника не происходит. Но не все типы литий ионных аккумуляторов переносят процесс глубокой разрядки.

Chat Now

home >Литий-ионные аккумуляторы >анодные материалы > литий никель кобальт оксид алюминия (NCA) для литий-ионных аккумуляторов

Chat Now

Литий-титанатные аккумуляторы это разновидность привычных всем литий-ионных батарей. Рассмотрим их отлчительные черты и особенности.

Chat Now

После многолетнего затишья в 2015 году мировой рынок литий-ионных аккумуляторов взорвался рекордным числом новых инвестиционных проектов, слияний, поглощений и сообщений о технологических прорывах.

Chat Now

Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов графеновый. Так давайте познакомимся с графеновыми аккумуляторами поближе

Chat Now

Усилия по созданию анодов для натрий-ионных аккумуляторов сводятся к разработке материалов на основе углерода, металлов, сплавов и оксидов переходных металлов.

Chat Now

Легкие литий-ионные аккумуляторы давно стали нормой для современной электроники и не спеша переходят в сферу промышленности в основном из за высоких первоначальных затрат.

Chat Now

После многолетнего затишья в 2015 году мировой рынок литий-ионных аккумуляторов взорвался рекордным числом новых инвестиционных проектов, слияний, поглощений и сообщений о технологических прорывах.

Chat Now

Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов графеновый. Так давайте познакомимся с графеновыми аккумуляторами поближе

Chat Now

Усилия по созданию анодов для натрий-ионных аккумуляторов сводятся к разработке материалов на основе углерода, металлов, сплавов и оксидов переходных металлов.

Chat Now

Легкие литий-ионные аккумуляторы давно стали нормой для современной электроники и не спеша переходят в сферу промышленности в основном из за высоких первоначальных затрат.

Chat Now

Некоторые пользователи литий-ионных аккумуляторов отмечают, что они могут заменить свинцово-кислотные аккумуляторы на литий-ионные с емкостью не менее 60% от той же емкости.

Chat Now

Работы по проблемам литий-ионных аккумуляторов проводятся в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук с 1992 г., т.е. практически с самого

Chat Now

Виды и особенности литий ионных аккумуляторов. Принцип работы и конструкция литий-ионных аккумуляторных батарей. Проверка литиевой АКБ.

Chat Now

12 Для большинства типов литий-ионных систем отсечка происходит, если напряжение меньше чем 2,20В и больше чем 4,30В, другие значения напряжения применяются для литий-феррофосфатных

Chat Now

Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт⋅ч/кг. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается

Chat Now

Исследователи из Стэнфордского университета разработали новый катод для натрий-ионных аккумуляторов, который позволит достичь емкости, сравнимой с литий-ионными аккумуляторами при гораздо меньшей стоимости

Chat Now

Литий-ионные аккумуляторы Конструкция и применяемые материалы. Основой для отрицательного электрода в Li-ion аккумуляторах служит углеродная матрица.Она может изготавливаться из природного или синтетического

Chat Now

Недостатком литий-титанатных аккумуляторов является более низкое рабочее напряжение (2,4 В), что приводит к меньшей удельной энергии около 30-110 Вт×ч/кг [1], чем у обычных литий-ионных батарей

Chat Now

Полимерные электролиты, способные внедрять в свой состав соли лития, в силу своей пластичности делают возможным изготовление литий-ионных аккумуляторов с большой внутренней поверхностью и почти любой формы, а это

Chat Now

Будь на пике технического прогресса. компания Shin-Etsu Chemical создала новую технологию производства литий-ионных аккумуляторов для мобильных устройств. Новая разработка поможет продлить

Chat Now

Новейшие разработки аккумуляторов для электровелосипедов и другого электротранспорта

Так сложилось, что процесс совершенствования аккумуляторов проходит гораздо медленнее, чем совершенствование технических и электронных устройств, для питания которых используются аккумуляторы.

И хотя термин «аккумулятор» у нас устойчиво ассоциируется с автомобилями, в автономном источнике питания нуждается огромное количество мобильных устройств. Каждый тип из них имеет технологические предпочтения  и специфику применения автономного источника питания.

Поэтому, идеального, универсального аккумулятора на сегодняшний день не существует и быть не может.  

Читайте также:  Как рассчитать кабель для удлинителя

   Если от автомобильного аккумулятора требуется подача мощного тока в короткое время, то от аккумуляторов, питающих мобильное устройство, или от тяговых аккумуляторов электровелосипеда требуется подача небольшого тока в протяжении длительного времени.

От любого аккумулятора (аккумулятора для электровелосипеда — в том числе) требуется хранить электроэнергию, соответственно требуемым  параметрам  потребителя;  отдавать ее в нужном объёме при минимальных потерях и иметь длительный срок службы (количество циклов зарядки-разрядки, без существенного ухудшения основных параметров). Следует отметить, что длительность службы аккумулятора зависит от устройства и типа  химических реакций, которые в нём протекают, рабочей температуры, методов его зарядки и глубины разрядки, скорости саморазряда. 

   Среди современных аккумуляторов можно выделить следующие основные типы:  свинцово-кислотные различных конструкций, NiCd – никель-кадмиевые, NiMH – никель-металлгидридные, Li-ion – литий-ионные, которые подразделяются на  литий марганцевые,  Li-Pol – литий полимерные и литий железофосфатные. Выпуск перечисленных типов аккумуляторов  различных  размеров,  номинального напряжения и емкости дает возможность удовлетворить самые разнообразные потребности современных пользователей. Добавьте к этому специфические свойства некоторых аккумуляторов, которые обеспечивают высокие характеристики в особых режимах и специфических условиях эксплуатации. Международные стандарты дают возможность использовать аккумуляторы различных производителей, так как обеспечивают их взаимозаменяемость. Основными конструктивными вариантами современных аккумуляторов являются цилиндрические, плоские и в форме прямоугольного бокса.

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

  Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы являются  самыми старыми перезаряжаемыми аккумуляторами. Это самые дешевые автономные источники энергии для электровелосипедов и всевозможных «бесперебойников». Главным недостатком SLA является выделение газов, характерное для всех типов  свинцово-кислотных батарей.

Чем он грозит? — Преждевременным выходом аккумулятора из строя из-за отсутствия электролита. Уменьшить выход газов можно, понизив напряжение при зарядке. Но, в этом случае аккумулятор не зарядится до номинального напряжения.

 Однако, при этом следует отметить значительные плюсы SLA:  даже при низком напряжении они удерживают номинальную силу тока, обеспечивают питание без сбоев, имеют относительно низкую цену (дешевле — только свинцово-кислотные аккумуляторы стартерного типа).

Поэтому, если вес и габариты аккумулятора несущественны и при низкой стоимости требуется значительная мощность, то использование SLA аккумулятора  для электровелосипеда вполне оправдано. Низкий саморазряд, простота в обслуживании и отсутствие эффекта памяти делает SLA во многих  областях  оптимальным решением.

 К недостаткам SLA аккумуляторов можно отнести длительность их зарядки (6 — 8 часов). Они не любят  глубокой  разрядки, а пребывание длительное время в разряженном состоянии может привести к сульфатации. Типичное SLA устройство рассчитано на 300-500 рабочих циклов, что не является  желаемым  показателем для потребителей. 

    Никель-кадмиевые аккумуляторы выгодно отличает простота в обслуживании и отсутствие выделение газа. 

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Эти аккумуляторы хорошо выдерживают длительные нагрузки, существенно не меняют функциональных свойств  при сниженных температурах. При аналогичных габаритах и весе NiCd устройства несколько уступают по емкости другим аккумуляторам. С появлением новых технологий использование NiCd аккумуляторов резко сократилось.

Но, со временем, были выявлены значительные недоработки новых моделей аккумуляторов  и спрос на NiCd устройства снова возрос.  В настоящее время, из всех выпускаемых в мире аккумуляторов для переносного оборудования, около половины составляют NiCd устройства. Но наряду с плюсами данный тип аккумуляторов имеет и определенные минусы.

NiCd аккумуляторы обладают максимальной емкостью, не превышающей 3000 mA/ч и обладают эффектом памяти. Для зарядки NiCd предпочтительнее использовать импульсный заряд и быстрый режим с увеличенным током. Постоянное совершенствование технологии помогает свести к минимуму минусы NiCd аккумуляторов.

Новые  технологии позволили  избавиться от эффекта памяти и значительно продлила срок службы NiCd аккумуляторов. 

   Никель-металл-гидридные аккумуляторы появились, как альтернатива NiCd. 

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Благодаря аноду, на основе абсорбирующего водород сплава удалось значительно увеличить плотность энергии и удельную емкость аккумулятора. Это позволило NiMH устройствам найти применение в тех областях, где на первый план выходит длительность непрерывной работы, а не высокий ток.

При высокой удельной энергии и механической прочности NiMH аккумуляторов, им присущ целый ряд недостатков.

Сравнительно небольшое число циклов зарядки-разрядки (около 500), предпочтительность поверхностного разряда, значительное выделение тепла при зарядке, продолжительное время зарядки, высокий саморазряд, небольшой диапазон рабочих температур – основные минусы данного типа аккумуляторов.

   Литий-ионные аккумуляторы уверенно приходят на смену традиционным батареям. 

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Они обладают большей емкостью и дают на одном элементе более высокое напряжение.

К заявленному производителями количеству рабочих циклов Li-ion аккумуляторов стоит отнестись критически, так как реальной статистики  по этому параметру еще мало, а декларируемым характеристикам можно верить  не всегда, а скорее, — при идеальных условиях эксплуатации.

Стоимость Li-ion аккумуляторов достаточно высока, так как высокая химическая активность лития значительно осложняет процесс изготовления данных аккумуляторов.

Чтобы обезопасить потребителей  при нештатных режимах эксплуатации аккумуляторов,  производители Li-ion батарей для электровелосипедов, электромобилей и другого электротранспорта,  предприняли ряд попыток заменить металлический  литий  на его соединение с другими металлами в оксидах.

Теперь «литиевые батареи» включают источники питания с различной химической начинкой: SO Cl2,  SO,  NiO2,  MnO2 и другие.  Аккумуляторы стали более безопасными в процессе зарядки-разрядки. На сегодняшний день главным «минусом» Li-ion аккумуляторов является их высокая цена.

К неоспоримым преимуществам следует отнести самый высокий на сегодняшний день уровень удельной емкости и самую высокую плотность разрядного тока. Саморазряд Li-ion аккумуляторов не превышает 3% в месяц, количество рабочих циклов  может достигать  2000, широкий диапазон рабочих температур, продолжительный (до 10 лет) срок службы – все это составляет основные преимущества Li-ion аккумуляторов, в сравнении с традиционными. Li-Pol аккумуляторы не имеют принципиальных отличий с технологией Li-ion. Однако, они могут иметь самую разную геометрическую форму. Это позволяет аккумулятору заполнить свободное пространство миниатюрных портативных устройств. 

На сегодняшний день литий ионные, литий полимерные  и литий железофосфатные аккумуляторы являются наиболее перспективными. Хотя, каждая из  электрохимических систем имеет свои неоспоримые преимущества.

Новых разработок в области электрохимических технологий довольно много.

Справедливости ради стоит сказать, что, зачастую появившись и нашумев, эти новинки быстро исчезают, не выдержав испытание временем или даже не дойдя до стадии серийного производства. 

   Однако, в последнее время появились экспериментальные образцы, о которых стоит сказать подробнее. 

   В настоящее время учеными Массачусетского института технологий разрабатывается катод для литиевых аккумуляторов  на основе углеродных нанотрубок. Эта технология поможет хранить и высвобождать значительно больше положительных ионов, в сравнении с традиционными литиевыми аккумуляторами.

Новый катод способен увеличить количество энергии электрической батареи и увеличить скорость электрического потока в 10 раз. Перспектива развития новых катодов будет способствовать улучшению твердотелых конденсаторов и приведет к комбинации аккумулятор-конденсатор.

Это позволит хранить и поставлять большее количество электроэнергии, в сравнении с существующими устройствами. 

    Разработка ученых Университета штата Колорадо носит название 3D блок. Здесь графитовый электрод заменен микроскопически тонкими медными проводами. Они накапливают ионы по всей поверхности. Нанопроволока позволит литиевому аккумулятору вмещать и производит значительно больше энергии. Частичное финансирование этого перспективного проекта осуществляет Министерство энергетики США. 

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

   Целью разработок технологий аккумуляторов нового поколения специалистами компании IBM является увеличение диапазона пробега автомобиля на батарейном питании до 800 км.

Литий-воздушные батареи, разрабатываемые компанией, будут обладать значительно большей плотностью энергии в сравнении с Li-ion аккумуляторами. Разработчики утверждают, что карбоновые электроды новых аккумуляторов обеспечат более длительный период работы на одной подзарядке.

Технология контроля над кислородом разработана специалистами IBM на молекулярном уровне и держится в секрете. 

   Группой ученых Северо-Западного университета под руководством Гаральда Х Куна изучается возможность использования в аккумуляторах кремневых электродов. Это, по мнению разработчиков, позволит достичь большей емкости и диапазона работы аккумулятора.

Тенденция кремния к расширению и сокращению при поглощении и высвобождении  ионов дает возможность  литиевому  аккумулятору хранить в несколько раз больше ионов и перемещать их с большей скоростью. Это значительно сократит время зарядки аккумуляторов.

Читайте также:  Высокотемпературная сверхпроводимость

 

   Ученая группа из Мичиганского технологического университета занимается разработкой устройства накопления энергии, объединяющего  аккумулятор  с конденсатором.

Особенностью устройства является использование в качестве катода уникальной углеродной пены. Это увеличит емкость гибрида, уменьшит его вес, даст возможность производить больший заряд, в сравнении с обычным конденсатором.

Устройство рассчитано на 1000 циклов, без снижения производительности. 

   Учеными из Калифорнийской Национальной лаборатории разрабатывается литий-кремневый полимерный аккумулятор, сохраняющий больший уровень энергии и структуру кремневых электродов во время заряда и разряда. 

Способность кремния к аккумулированию большого количества ионов лития заинтересовало и ученых Стенфордского университета. Значительное расширение кремния при поглощении ионов способствуют разрушению проводимости анода.

Поэтому, учеными были изготовлены кремниевые нановолокна, снижающие этот эффект. Кроме того, покрытая слоем серы внутренняя поверхность углеродных нанотрубок позволяет аккумулятору в 10 раз больше производить энергию.

Добавим, что сера – более дешевая и экологически чистое покрытие для электродов.

   Компания Envia Systems занято разработкой нового катодного материала на основе марганца. Этот металл достаточно устойчив при использовании в изготовлении аккумуляторных батарей и относительно дешев. Разработчики утверждают, что благодаря новым аккумуляторам диапазон пробега электромобилей будет составлять 500 км. 

Как видим, во всем мире ведутся интенсивные поиски и разработки новых экспериментальных аккумуляторов, которые в будущем придут на смену ныне существующим.

ТМ «Volta bikes»

* Перепечатка без ссылки на сайт www.e-bike.com.ua  запрещена и преследуется по Закону о защите авторских прав 

Облако тэгов:аккумуляторы для электротранспорта Чернигов, гелевый аккумулятор цена в Чернигов

Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

Литий-ионные батареи сегодня широко используются во многих электронных устройствах. Они устанавливаются в сотовых телефонах, компьютерах, видеокамерах и даже в электромобилях.

На сегодняшний день у этого источника энергии появился достойный конкурент, который обладает неоспоримыми преимуществами.

Батареи, созданные на базе так называемых «двойных углеродов», имеют емкость заряда, которую можно сравнить с литий-ионными аккумуляторами, хотя работают значительно дольше и очень быстро перезаряжаются.

Принцип работы

Производитель этой новинки держит технологию их изготовления в секрете.

Известно только то, что анод и катод в батарее изготавливается из простого углерода и что между ними происходит некий уникальный химический процесс.

Также говориться, что батарея обладает абсолютной химической устойчивостью и не представляет, в отличие от литий – ионной, никакой опасности для людей и для окружающей среды.

Тесты, проведенные производителем, установили, что скорость, с которой новая батарея заряжается, значительно выше скорости зарядки литий-ионных батарей, которые имеют аналогичную емкость, в 20 раз.

Новый тип батарей обладает рабочим ресурсом до 3000 циклов зарядки – разрядки, что на 50% больше, чем у литий-ионных батарей.

Это позволит проводить и обслуживание систем умного дома, и поддержать работу электронных приборов с большей эффективностью.

Экология

Большим плюсом является то, что в составе батарей из «двойного углерода» нет редких металлов. Это дает этим новым устройством полную независимость от колебаний рыночных цен на эти материалы. Как известно, утилизация литий-ионных батарей представляет собой большую проблему из-за токсичных материалов (например, лития), входящих в их состав, а новые батареи на 100% экологически чистые.

В процессе исследований был найден нужный химический компонент, который, как предполагается, произведет реальную революцию на рынке электрических источников питания.

Концепция, позволяющая использовать повторно материалы, которые были произведены в процессе деятельности человека, имеет название Cradle to Cradle. Она предполагает полное воссоздание нового материала из старого.

Утилизация вредных отходов происходит путем их вторичного использования.

Исследователи нашли возможность для производства батарей, отличающихся надежностью и дешевизной, из ПАУ-полициклических ароматических углеводородов, которые получаются от сжигания углеводородов и распространены в окружающей среде. Переработка ПАУ выполняет минимум две задачи:

  • создать эффективные батареи;
  • очистить окружающую природу.

Используемый в батареях коронин абсолютно безопасен в кристаллической форме. Структура батареи химически стабильна и в будущем ожидается получение великолепных батарей

Наши тел.: (812) 642-05-98 или (812) 982-45-73

Плотность энергии новой твердотельной батареи в 3,5 раза выше, чем у Tesla

Инженеры компании Samsung сообщили о создании твердотельного литий-металлического аккумулятора с плотностью энергии 900 Вт*ч/л. Это минимум в 3 раза превосходит плотность энергии лучших на сегодняшний день литиевых аккумуляторов.

При этом новый аккумулятор намного безопаснее аналогов.

Его появление совершит революцию в электромобилях — позволит снизить на 50% размер аккумуляторов (это половина веса и треть стоимости электрокаров), увеличив при этом пробег машин вдвое.

Исследователи из компании Samsung опубликовали работу с описанием твердотельной литий-металлической батареи нового поколения. Как сообщает Clean Technica, плотность энергии у нее намного выше, чем у традиционных литий-ионных аккумуляторов. К тому же, за счет отсутствия электролита, такая конструкция более безопасна.

Долгое время основной проблемой литий-металлических аккумуляторов оставалось нарастание дендритов на анодах. В Samsung нашли способ справиться с ней — серебряно-углеродное напыление на поверхности анода. Слоя толщиной 5 микрометров оказалось достаточно, чтобы защитить батарею от разрушения.

Новый подход позволил довести плотность энергии в аккумуляторах до 900 Вт*ч/л.

Для сравнения: лучшие литий-ионные батареи сегодня имеют плотность энергии в районе 250 Вт*ч/кг.

Ежегодно за счет совершенствования технологий удается улучшать этот показатель примерно на 5%. Еще несколько лет назад плотность энергии аккумуляторов Tesla была 180 Вт*ч/кг.

Прорыв инженеров Samsung приведет к революции в аккумуляторах для всех вариантов их использования — от электромобилей и смартфонов до промышленных систем хранения энергии.

Плотность хранения энергии, достигнутая инженерами Samsung, резко приблизила аккумуляторы к такому традиционному источнику энергии, как бензин — у него этот показатель 2 900 Вт*ч/кг.

Разумеется, прежде чем технология станет основой для коммерческих устройств, необходимо будет провести множество дополнительных исследований.

Однако если учесть, что разработкой занимается одна из крупнейших технологических компаний в мире, путь из лаборатории в производственные цеха может занять не годы, а месяцы.

В случае успеха литий-металлические батареи можно будет использовать во всех видах электроники. В частности, они позволят ускорить распространение электромобилей: можно будет одновременно уменьшить вес батарей и в тоже время существенно увеличить дальность пробега на одной зарядке.

Например, можно будет без проблем уменьшить объем батарей на 50%, увеличив при этом почти в 2 раза их мощность и соответственно дальность пробега.

Применение таких батарей в смартфонах, планшетах и прочих гаджетах позволит также уменьшить их вес за счет более компактного аккумулятора, но при этом они смогут работать без подзарядки в разы дольше.

Исследователи из США разработали литий-ионную батарею, которая сочетает стабильность и высокую плотность энергии. При этом число циклов заряда и разряда превысило 4000 — этого хватит, чтобы электромобиль с такой батареей проехал 1,6 млн км.

Эпоха новых аккумуляторов — Будущее на vc.ru

Конспект статьи журнала Wired о том, почему учёные во всём мире ищут замену литий-ионному аккумулятору и какие альтернативы есть сегодня.

Современный смартфон — бомба замедленного действия, пишет Wired. Литий, который содержится в аккумуляторе, настолько взрывоопасен, что может воспламениться при контакте с водой. Лёгкий и энергоёмкий, он подходит для портативной электроники, но не справляется с большой нагрузкой.

В течение последних пятидесяти лет производители аккумуляторов и учёные со всего мира вынуждены искать баланс между мощностью аккумулятора и безопасностью его использования: при превышении допустимой нагрузки литий может взорваться.

Ожидается, что объём рынка внешних аккумуляторов достигнет $25 млрд к 2022 году. Тем не менее, большинство потребителей считают, что время работы внутреннего аккумулятора — одна из главных характеристик смартфона.

Десятки компаний пытаются создать новый тип аккумулятора: улучшить его энергоёмкость, срок службы. Сделать так, чтобы он заряжался в течение нескольких секунд и ему хватало заряда на целый день.

Как работает аккумулятор

В основе работы аккумулятора лежит химическая реакция. Его главные компоненты — отрицательно заряженный анод и положительно заряженный катод, разделённые электролитом.

Когда аккумулятор подключен к цепи, происходит окислительно-восстановительная реакция. Атомы металла теряют электроны и становятся положительно заряженными ионами, которые притягиваются к катоду.

Электроны, являясь отрицательно заряженными частицами, тоже притягиваются к катоду. В отличие от атомов металла, электроны притягиваются к катоду не через электролит, а по внешнему участку замкнутой электрической цепи.

Когда атомы металла больше не могут отдавать электроны, аккумулятор разряжается. Однако его можно снова использовать после подзарядки: электрический ток перемещает ионы и электроны обратно к катоду.

Электроды из чистого метала не выдерживают постоянного перемещения атомов и электронов, поэтому аккумуляторы делаются из различных смесей.

Читайте также:  Короткозамкнутый и фазный ротор - в чем различие

Создание литий-ионного аккумулятора

В 1977 году британский учёный Стэн Уиттингэм создал анод из алюминия и лития. При зарядке батареи ионы лития занимали пустые места между атомами алюминия. Уиттингэм создал первый в мире заряжаемый аккумулятор, однако при повышении напряжения он воспламенялся.

В 1980 году Джон Гуденаф, специалист по оксидам металла, вместо алюминия и лития использовал оксид лития-кобальта, который позволял «вытягивать» в два раза больше атомов лития.

В 1991 году компания Sony начала использовать катод Гуденафа и углеродный анод для аккумуляторов в видеокамере CCD-TR1. Это был первый потребительский товар с заряжаемым литий-ионным аккумулятором.

В течение 2000-2010 годов производители постоянно улучшали энергоёмкость аккумуляторов, но начиная с 2007 года даже минимальное увеличение энергоёмкости давалось всё сложнее.

Несмотря на тысячи опубликованных исследований, миллиарды потраченных долларов и десятки стартапов технология работы аккумулятора не сильно изменилась с 1991 года. Аккумулятор IPhone X по составу практически идентичен аккумулятору видеокамеры Sony.

Альтернативы литий-ионному аккумулятору

На основе кремния

В 2011 году бывший сотрудник Tesla Джин Бердичевский вместе с Алексом Джейкобсом и Глебом Юшиным основал компанию Sila Nanotechnologies. Они решили использовать кремний как наиболее перспективный материал для производства аккумуляторов: атом кремния способен захватывать до четырёх ионов лития.

Эксперименты с кремнием проводились до 2011 года, однако безуспешно. При зарядке анод поглощает ионы лития и увеличивается в объёме, а при разрядке возвращается к прежнему размеру.

Расширение и сжатие анода — одна из причин, почему аккумулятор смартфонов теряет ёмкость со временем. Графитовый анод может служить около двух лет (1000 циклов разрядки), однако кремния хватает на пару циклов.

Компании Sila потребовалось пять лет, чтобы создать материал, позволяющий кремнию расширяться без изменения внешней структуры анода. По словам Бердичевского, материал будет доступен для производства в 2019 году и сможет повысить уровень безопасности использования аккумуляторов и увеличить энергоёмкость на 20% (а в будущем, возможно, до 40%).

Энергоёмкость современных аккумуляторов постоянно увеличивается, но вместе с ней увеличиваются и риски, потому что слои анода и катода становятся тоньше и располагаются всё ближе друг к другу. Даже маленькая ошибка может привести к катастрофе. Ярким примером тому служит Galaxy Note 7.

Так как литий опасен, то его количество в литий-ионном аккумуляторе не превышает 2%. Если бы можно было использовать чистый литий, энергоёмкость аккумулятора увеличилась бы в десятки раз. Основатель и генеральный директор Ionic Materials Майк Циммерман, возможно, нашёл способ использовать чистый литий в аккумуляторах.

По его мнению, проблема заключается в электролите. В последнее время заметна тенденция использования гелей и полимеров вместо жидких электролитов, однако они в основном огнеопасны.

Ionic Materials создала недорогой, гибкий и прочный полимер с электропроводностью при комнатной температуре.

Компания вбивала гвозди в аккумуляторы, стреляла в них из огнестрельного оружия и разрезала ножницами, но аккумуляторы не горели.

Циммерман считает, что новый полимер позволит использовать чистый литий и ускорит появление литий-серных и литий-кислородных аккумуляторов на рынке. Но будущее, возможно, не за литием.

На основе углерода

В 2013 году инженер-разработчик в Netscape Стивен Воллер основал компанию ZapGo, занимающуюся разработкой аккумуляторов на основе углерода. Эти аккумуляторы должны заряжаться так же быстро, как суперконденсаторы, сохранять заряд так же долго, как литий-ионные аккумуляторы.

Если аккумуляторы накапливают энергию благодаря химическим реакциям, то суперконденсаторы запасаются ею в электрическом поле. Однако они не могут накопить столько же энергии, как аккумуляторы, и теряют её очень быстро.

Некоторые учёные считают, что объединение суперконденсаторов с аккумуляторами может стать решением всех проблем. Суперконденсаторы могут лечь в основу гибридного телефона, который заряжается за пару минут и у которого есть запасной литий-ионный аккумулятор.

ZapGo разработала аккумулятор с твёрдым невзрывающимся электролитом и двумя электродами из тонких слоёв алюминия, покрытых наноуглеродным материалом.

В аккумуляторе не протекает никаких химических реакций, поэтому он может выдержать до 100 тысяч циклов разрядки (30 лет каждодневного использования), что невыгодно производителям техники.

Однако Воллер утверждает, что ZapGo может искусственно уменьшить его срок службы.

Аккумуляторам, разработанным ZapGo, ещё не хватает мощности, чтобы питать смартфоны, Воллер планирует решить эту проблему к 2022 году. Для этого придётся изменить способ зарядки смартфонов. Современное зарядное устройство замедляет количество электрического тока, поступающего в аккумулятор, чтобы он не износился раньше времени и не загорелся.

Для аккумулятора компании ZapGo или любого другого, работающего на базе суперконденсатора, нужно зарядное устройство, которое, наоборот, накапливало бы энергию из розетки и подавало бы её в телефон в один миг.

Углеродные аккумуляторы — это, возможно, один из шагов на пути к будущему, в котором у телефонов есть гибкие экраны и 5G-интернет.

Нобелевку по химии дали за разработку литий-ионных аккумуляторов :: Общество :: РБК

Гуденаф предсказал, что у катода будет еще больший потенциал, если его выполнить с использованием оксида вместо сульфида лития.

В 1980 году он продемонстрировал, что оксид кобальта с интеркалированными ионами лития (интеркаляция — внедрение ионов между молекулами или группами атомов другого типа) может производить до четырех вольт (у Уиттингема получилось выработать два вольта энергии благодаря своему прототипу).

На основе катода Гуденафа в 1985 году Ёсино создал первую коммерчески жизнеспособную литий-ионную батарею. Вместо того чтобы использовать литий в аноде, он использовал нефтяной кокс — углеродный материал, который тоже может интеркалировать ионы лития. У японца наконец получился легкий износостойкий аккумулятор, который можно заряжать сотни раз.

В этом году размер Нобелевской премии составляет 9 млн шведских крон, или чуть меньше $1 млн.

Как правило, Нобелевский комитет до последнего не раскрывает информацию о претендентах на премию.

Но прогнозированием возможных кандидатов на соискание самой престижной премии мира занимаются исследователи из Clarivate Analytics, которые выносят свои предположения на основе мировых рейтингов цитируемости ученых в той или иной области знаний. Они предполагали, что Нобелевскую премию по химии этого года могут дать за одно из трех открытий:

  • исследование в области синтетической органической химии, а именно реакции Хьюсгена — химической реакции присоединения органических соединений азидов к таким углеводородам, как алкены и алкины;
  • изобретение метода Саузерн-блот для определения конкретных последовательностей ДНК в образцах. «Его изобретение стало началом генетического картирования (определение положения генов на генетической карте. — РБК), диагностики и скрининга, и это служит основой современной персонализированной медицины», — отметили аналитики Clarivate Analytics;
  • исследование синтеза ДНК и секвенирования генома.

Нобелевская неделя открылась в Стокгольме двумя днями ранее, 7 октября, с объявления имен лауреатов премии по физиологии или медицине. Ее получили американские ученые Уильям Кэлин и Грегг Семенза, а также британец Питер Рэтклифф за изучение реакции клеток на кислород. Они раскрыли молекулярные механизмы, которые стоят за тем, как клетки реагируют на изменения в снабжении кислородом.

На следующий день, 8 октября, Шведская королевская академия наук разделила Нобелевскую премию по физике между швейцарскими учеными Дидье Келозом и Мишелем Майором, которые открыли первую экзопланету в 1995 году, и канадским космологом Джимом Пиблзом, работавшим над моделью Большого взрыва.

В прошлом году Нобелевскую премию по химии дали трем ученым — Фрэнсису Арнольду, Джорджу Смиту и сэру Грегори Уинтеру, которые занимались исследованиями направленной эволюции химических молекул, а также пептидов и антител. Сделанные ими открытия, отметили тогда в Нобелевском комитете, позволят в будущем решить многие проблемы человечества.

Анна Трунина

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector