Многие уголки общества выиграют от достижений в области аккумуляторных технологий, от автопроизводителей, до производителей бытовой электроники и всех, кто заботится об окружающей среде. В этом году было предложено кое-что для всех, кто интересуется этой областью науки, предлагая нам технологии, которые могли бы заряжать электромобили за 10 минут, аккумуляторы, которые высасывают углекислый газ из воздуха, и новости о том, что самая большая в мире батарея собирается стать еще больше. Вот наиболее значимые прорывы аккумуляторов в 2019 году.
Когда температура зарядки идет экстремально
В идеале, литий-ионные аккумуляторы, которые питают наши мобильные устройства и современные электромобили, при зарядке остаются в определенном температурном диапазоне, в противном случае они рискуют ухудшиться и получить гораздо более короткий срок службы. Но если мы сможем сделать это безопасно, можно зарядить их при более высоких температурах, а именно повысить эффективность и, следовательно, значительно сократить время подключения.
В октябре команда исследователей из Университета штата Пенсильвания продемонстрировала новый тип батареи, созданной для нагрева. Ученые считают, что зарядка батареи при температуре около 60 ° C (140 ° F) обычно считается «запрещенной», но устройство исследователя достигает этих температур всего за 10 минут, а затем быстро охлаждается, прежде чем могут возникнуть вредные эффекты.
Прорыв сосредоточился на тонкой никелевой фольге, которую ученые прикрепили к отрицательному полюсу аккумулятора, чтобы он мог быстро нагреваться по мере прохождения электронов через него, прежде чем снова быстро остыть. Этот подход позволил команде безопасно зарядить аккумулятор при этих температурах в течение 1700 циклов. Ученые утверждают, что он сделал это с такой большой эффективностью, что зарядил электромобиль на расстоянии от 320 до 480 км всего за 10 минут.
Батарея заряжается со стороны CO2
В октябре команда исследователей из Массачусетского технологического института продемонстрировала новый тип батареи с возможностью сбора углекислого газа из атмосферного воздуха. Описываемое как аккумуляторная батарея с электроприводом, устройство использует комплект электродов, покрытых соединением, называемым полиантрахиноном, что позволяет им поглощать молекулы СО2, которые просто оказываются поблизости.
Этот процесс происходит естественным образом, пока батарея заряжается, до тех пор, пока электроды не наполнятся CO2. В этот момент он может быть сброшен, чтобы выпустить молекулы CO2 для сбора и использования в качестве промышленного продукта. Команда говорит, что тестирование в лаборатории показало, что батарея с электроприводом может работать 7 000 циклов зарядки с КПД 30%. Сейчас он нацелился на диапазон от 20 000 до 50 000 циклов.
Углекислотная батарея полностью заряжается
Поиск новых и улучшенных конструкций аккумуляторов включает в себя изучение потенциала новых ингредиентов, и одно из ученых, которые уже некоторое время исследуют, — это углекислый газ. Литиево-углекислотные батареи обещают плотность энергии более чем в семь раз большую, чем литий-ионная батарея, но разработка версии, которую можно заряжать снова и снова, до сих пор оказалась трудной.
Это происходит из-за нежелательного накопления углерода на катализаторе батареи во время зарядки. В сентябре ученые из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) сообщили об обходе этой проблемы, продемонстрировав то, что они назвали первой литиево-углекислотной батареей, способной к полной перезарядке.
В батарее используются «нанофлаки» дисульфида молибдена, встроенного в катод, наряду с гибридным электролитом, состоящим из ионной жидкости и диметилсульфоксида. Эта комбинация материалов предотвращает накопление углерода в катализаторе и позволяет заряжать батарею в течение 500 последовательных циклов.
Сеточный накопитель энергии c сердцем из расплавленного кремния
Возобновляемые источники, такие как ветер и солнечная энергия, могут генерировать много энергии, но она хранит эту энергию для последующего использования в периоды пиковой нагрузки, что может быть сложно. Еще в апреле австралийский стартап Climate Change Technologies (CCT) представил то, что он считает решением, и более эффективным, чем стандартные варианты хранения на литиево-ионных энергосистемах.
Его тепловое энергетическое устройство (TED) считается первой в мире рабочей тепловой батареей. Это модульная батарея, которая может подавать электричество из любого источника и использовать его для плавления кремния внутри изолированной камеры. Тепловой двигатель может затем отводить эту энергию для использования по мере необходимости, при этом каждая коробка TED может хранить 1,2 МВтч, в то время как отдельные блоки могут быть подключены для создания батареи потенциально неограниченного размера.
Согласно CCT, одним из больших преимуществ системы является то, что расплавленный кремний не разлагается, как литий. В ходе испытаний компания заявила, что ее батарея не показала признаков деградации в течение 3000 циклов испытаний и ожидает, что они будут работать в течение 20 и более лет. Помимо этого долгого срока службы батареи TED, как утверждается, способны хранить в шесть раз больше энергии, чем литий-ионные батареи на единицу объема, примерно от 60 до 80 процентов от цены.
Удвоение плотности с помощью готовых компонентов
Литий-ионные аккумуляторы могут нести достаточно энергии, чтобы держать ваш мобильный телефон включенным в течение дня или питать ваш ноутбук некоторое время в кафе, но имеют ограничения при использовании для транспортировки. Это связано с тем, что плотность энергии аккумуляторов, встроенных в автомобили и самолеты, бледнеет по сравнению с традиционными источниками топлива, а это означает, что вы не сможете увеличить дальность полета, не сделав их чрезмерно тяжелыми.
В прошлом месяце через Институт пограничных материалов австралийского университета Дикин появился многообещающий путь вперед, где ученые продемонстрировали новый тип батареи с твердым электролитом, изготовленным из имеющихся в продаже полимеров. Это стало «первым ясным и полезным примером безжидкой и эффективной транспортировки литий-иона в научном сообществе», по словам участников.
Избегая летучего жидкого электролита, который может загореться, батарея должна быть намного безопаснее, но ее потенциал на этом не заканчивается. Исследователи говорят, что этот тип конструкции, наконец, также позволит использовать металлический литиевый анод, который может удвоить плотность литиевых батарей. Это может привести к появлению электрических автомобилей с гораздо большей дальностью полета и электрических самолетов, которые преодолевают значимые расстояния.
Самая большая батарея
В 2017 году Tesla выиграла контракт на строительство крупнейшей литий-ионной батареи в мире, предоставив штату Южная Австралия дополнительные 129 МВтч емкости для хранения с выходной мощностью до 100 МВт.
Теперь он возвращается вниз, чтобы расширить это немаловажным образом. Neoen и правительство Южной Австралии заключили еще одно соглашение с Tesla о добавлении дополнительных 64,5 МВт-ч емкости и 50 МВт-мощности, увеличивая размер самой большой батареи в мире примерно на 50 процентов. Модернизация запланирована на середину 2020 года.