Развитие аккумуляторных технологий принесет пользу многим сферам общества: от автомобильной промышленности до производителей бытовой техники и всех, кто заботится о сохранении окружающей среды. В текущем году появились предложения для тех, кто интересуется этой наукой, — технологии быстрой зарядки электромобилей за 10 минут, аккумуляторы, поглощающие углекислый газ из воздуха, и информация о том, что самая крупная в мире батарея будет увеличена в размерах. Вот самые значительные достижения в области аккумуляторов в 2019 году.
В момент критических температур зарядки
Лучше всего литий-ионные аккумуляторы, которые работают в наших мобильных устройствах и электромобилях, держатся в определенном температурном диапазоне во время зарядки. В противном случае они могут работать хуже и прослужить меньше времени. Но если это возможно сделать безопасно, то можно заряжать их при более высоких температурах, что повысит эффективность и сократит время зарядки.
В октябре команда ученых из Пенсильванского университета продемонстрировала новый тип батареи для нагрева. Ученые полагают, что зарядка батареи при температуре около 60 градусов Цельсия обычно считается «запрещенной», но устройство исследователей достигает таких температур всего за 10 минут и затем быстро охлаждается, прежде чем могут возникнуть вредные эффекты.
Фокус сделан на тонкой никелевой фольге, прикреплённой к отрицательному полюсу аккумулятора. При прохождении через неё электронов фольга быстро нагревается и остывает. Такой подход позволил безопасно заряжать аккумулятор при низких температурах в течение 1700 циклов. Учёные утверждают, что эффективность такой зарядки настолько высока, что электромобиль может преодолеть расстояние от 320 до 480 километров за всего лишь 10 минут.
Батарея заряжается со стороны CO2
В октябре исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали новый тип батареи, способной собирать углекислый газ из атмосферного воздуха. Описанная как аккумуляторная батарея с электроприводом, эта разработка использует комплект электродов, покрытых соединением под названием полиантрахиноном, что позволяет им поглощать молекулы СО2, находящиеся вблизи.
Этот процесс протекает естественным образом во время зарядки батареи до тех пор, пока электроды не наполнятся CO2. После этого его можно сбросить для выброса молекул CO2, которые могут быть собраны и использованы в качестве промышленного продукта. Команда утверждает, что лабораторные испытания показали работоспособность батареи с электроприводом в течение 7000 циклов зарядки с КПД 30%. В настоящее время цель – достичь диапазона от 20 000 до 50 000 циклов.
Углекислотная батарея полностью заряжается
Изучение потенциала новых компонентов для аккумуляторов ведется с целью создания более эффективных конструкций. Одним из таких компонентов является углекислый газ, изучаемый учеными в течение длительного времени. Литиево-углекислотные батареи могут иметь плотность энергии в семь раз большую, чем литий-ионные, но создание многоразового варианта до сих пор представляет трудности.
Накопление углерода на катализаторе батареи во время зарядки приводит к этому явлению. В сентябре ученые из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) рассказали о преодолении этой проблемы, продемонстрировав первую литиево-углекислотную батарею, способную к полной перезарядке.
Батарея использует «нанофлаки» дисульфида молибдена, интегрированные в катод, совместно с гибридным электролитом из ионной жидкости и диметилсульфоксида. Такая комбинация материалов исключает накопление углерода в катализаторе и позволяет заряжать батарею 500 раз подряд.
Батарея с ядром из жидкого кремния
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечный свет, способны производить много энергии, однако хранение её для использования в периоды высокой нагрузки представляет сложности. В апреле австралийский стартап Climate Change Technologies (CCT) предложил решение, более эффективное, чем традиционные системы хранения на литиево-ионных аккумуляторах.
Его тепловое энергетическое устройство признано первым в мире функционирующим устройством тепловых батарей. Это модульная батарея, способная выдавать электричествоИз любого источника можно извлечь тепло для плавления кремния в изолированной камере. Тепловой двигатель затем сможет отдавать эту энергию по мере необходимости. Каждая коробка TED вмещает 1,2 МВтч, а отдельные блоки можно соединить для создания батареи практически неограниченного размера.
CCT утверждает, что расплавленный кремний, используемый в системе, не разлагается, как литий. В ходе испытаний компания заявила, что ее батарея не показала признаков деградации за 3000 циклов и ожидает работы в течение 20 лет и более. Кроме того, TED, по утверждению компании, могут хранить в шесть раз больше энергии на единицу объема, чем литий-ионные батареи, при этом стоят примерно от 60 до 80 процентов от цены последних.
Увеличение густоты с использованием готовых элементов.
Литий-ионные аккумуляторы могут обеспечить энергией мобильные телефоны в течение дня или ноутбуки во время кратковременного использования, но при транспортировке имеют ограничения. Длительность работы таких аккумуляторов в автомобилях и самолетах ниже, чем у традиционных топливных источников, что не позволяет увеличить дальность полета без увеличения их массы.
Австралийский университет Дикин презентовал новый тип батареи с твердым электролитом, изготовленным из доступных полимеров. Ученые утверждают, что это «первый ясный и полезный пример безжидкой и эффективной транспортировки литий-иона».
Избегая легковоспламеняющегося жидкого электролита, батарея должна быть значительно безопаснее, но возможности не ограничиваются этим. Исследователи утверждают, что такая конструкция позволит наконец использовать металлический литиевый анод, который может удвоить плотность литиевых батарей. Это может привести к появлению электрических автомобилей с гораздо большей дальностью хода и электросамолетов, способных преодолевать значительные расстояния.
Самая большая батарея
В 2017 году Tesla получила контракт на постройку крупнейшей в мире литий-ионной батареи, предложив штату Южная Австралия дополнительно 129 МВтч емкости с выходной мощностью до 100 МВт.
Вернувшись вниз, он расширит это немаловажным образом. Neoen и правительство Южной Австралии подписали соглашение с Tesla о добавлении дополнительных 64,5 МВт-ч емкости и 50 МВт мощности, увеличив размер самой большой батареи в мире приблизительно на 50 процентов. Модернизация запланирована на середину 2020 года.