Большая аккумуляторная революция

Если время зарядки составит 5 минут, и подзарядиться можно будет буквально в любую розетки – покупатели будут стоять в очереди за такими автомобилями.

Прогресс в области аккумуляторов для бытовой электроники не очень бросается в глаза. Действительно, типичный ноутбук как работал на одном заряде батарей около двух часов, так и работает, а типичный мобильный телефон при активном пользования нужно, как и раньше, каждый вечер ставить на подзарядку. Но перегрев macbook air решается очень просто. Надо обратиться к специалистам компании mac4all.

При этом потребители не обращают внимание на то, что мощность их портативных компьютеров выросла в разы, а маленькая и тоненькая мобилка не только принимает звонки, но и фотографирует, проигрывает музыку и выполняет другие ресурсоемкие приложения.

Заслуги «ползучей эволюции»

На самом же деле технологии накопления электроэнергии в аккумуляторах в последнее время развиваются очень стремительно. Причиной этому потребительский бум мобильных электронных устройств, которые с каждым новым поколением требуют источников питания с все более большей емкостью, и при этом максимально компактных и «выносливых» – как в вопросе количества возможных циклов перезарядки, так и в смысле надежности и безопасности пользования.

«Технологический прирост» в области портативных аккумуляторов составляет, в среднем, около 7% в год. То есть, или емкость батареи растет на эту величину, или за сохранение емкости ее можно сделать легче и компактнее. Такая «ползучая эволюция» в целом позволяет удовлетворять постоянно растущие энергетические аппетиты мобильных устройств.

Более того, применять аккумуляторы в тех сферах, где их использование сейчас невозможно или нерентабельно. Собственно, это уже начинает происходить. Научные исследования в этой области давно обещали появление революционных инноваций, которые смогли бы буквально перевернуть привычные представления об использовании электроэнергии. В конце прошлого года в США и в Японии анонсировано две отдельные разработки, каждая из которых заслуживает титул революционной.

Ноутбук, который вместо двух часов на одной зарядке мог бы функционировать 20 часов! О подобных возможности давно мечтают десятки миллионов потребителей во всем мире. Открытие, которое в десять раз увеличивает емкость обычной ионно-литиевой батареи, сделал профессор Стэнфордского университета Йи Куй (Yi Cui).

Его суть заключается в замене графита, из которого изготавливают электроды, на кремниевые нанопровода. Во время процесса зарядки аккумулятора ионы лития движутся от положительного электрода (катода) к отрицательному (анода). Емкость аккумулятора зависит от того, какое количество ионов лития может «вобрать» анод. По сравнению с графитом (углеродом) кремниевый анод имеет гораздо лучшие характеристики.

Однако, «поглощая» литий, он существенно увеличивается в размерах, и уже после нескольких циклов зарядки-разрядки повреждается материал анода – кремниевая «пленка», из которой он изготовлен, натягивается и разрывается.

Йи Куй предложил изготавливать кремниевый анод из массива чрезвычайно тонких кремниевых трубок. Диаметр каждой в тысячу раз меньше, чем толщина листа бумаги. «Лес» таких трубок может поглощать гораздо больше лития, чем обычный анод. При этом они «раздуваются» с 89 нанометров до 141 нанометра, однако «разрыва» не происходит – ведь нанотрубки чрезвычайно прочны.

Кроме увеличения емкости, «устойчивый» анод из кремниевых нанотрубок должен обеспечить большое количество циклов зарядки-разрядки. Экспериментальная батарея не показала никаких признаков ухудшения после более 30 циклов. Целью исследователей является проведение не менее тысячи циклов зарядки-разрядки, на что уйдет примерно 6 месяцев.

Понятно, что не все преимущества новой технологии является окончательно подтвержденными, и путь от лаборатории до промышленного производства также может оказаться небыстрым и нелегким.

Однако, в отличие от громких голословных заявлений о «революционное открытие», которыми зачастую грешат молодые компании в поисках спонсорских денег, университетские разработки, как правило, имеют более высокий уровень достоверности. По оценкам самого Йи Куй для внедрения его открытия «в массы» может потребоваться около 5 лет.

Впрочем, отмечает ученый, технологии работы с кремнием сейчас хорошо отработанными, и по его расчетам, фабрика по производству нанотрубок размером 3 x 3 мили могла бы производить батареи для обеспечения ежедневно 100000 легковушек.

Если ионно-литиевые батареи с кремниевым «наноанодом» не выйдут за пределы лабораторий еще долго, то новый аккумулятор от Toshiba ожидается в продаже уже в марте. Разработка получила название Super Charge ion Battery (SCiB) – «суперзарядна ионная батарея». И слово «супер» в названии – отнюдь не гипербола.

Батарея SciB заряжается до 90% емкости всего за 5 (!) Минут. Для сравнения, «обычным» ионно-литиевым батареям для этого нужно 120 минут. При этом после 3000 тысяч циклов зарядки-разрядки емкость снижается менее чем на 10%. Проще говоря, даже ежедневно заряжая батарею, ею можно будет пользоваться в течение 10 лет.

Батареи SCiB позиционируются для использования в «непортативних» сегментах: для электромотоциклов и электромобилей, автомобилей, строительной техники, резервных источников тока и др..

И имеют соответствующие габариты: 1 модуль размерами 62 х 95 х 13 мм весит 150 г, а составлена из 4 таких модулей 24-вольтовая батарея – соответственно, из-за размеров 100 ? 300 ? 45 мм и 2 кг.

То есть, для мобильного телефона такая батарейка не подойдет. И на это есть своя причина всех преимуществ SciB у нее есть существенный недостаток – значительно меньше энергетическая плотность. По этому показателю, который измеряется в ватт/часах на единицу массы батареи, разработка Toshiba хуже, чем современные ионно-литиевые батареи для мобильных устройств.

Однако для использования в автомобиле это не будет иметь значения. Вряд ли кого-то заинтересует электромобиль, который на одном заряде проедет 80 км, после чего батарею необходимо будет заряжать 4:00. А вот если он будет заряжаться 5 минут и буквально в любую розетки – покупатели стоять в очереди за такими автомобилями.

Зато батареи повышенной емкости, вроде разработки Йи Куй, предлагают другой подход: заряжаться такое авто будет сравнительно долго – скажем, в течение ночи, однако после этого можно будет проехать без подзарядки 700-800 км – превышающая дня «лимит выносливости» почти любой которого водителя.

А пока он будет отдыхать, батарея успеет зарядиться снова. И это еще не все: ведь нет принципиальных препятствий в сочетании обоих подходов в одной батарее, или в комбинировании батарей («скорой» и «с высокой емкостью») в одном устройстве.

Уже разрабатываются аккумуляторы нового поколения, которые будут базироваться на других технологических принципах, чем ионно-литиевые. Иначе говоря: в «аккумуляторной революции» уже есть блестящее начало, а конца еще не видно.

Авто на батарейках

В начале 2008 года в США начнутся продажи двухместного спорткара Tesla Roadster. Авто премиум-класса будет стоить $ 100 тыс., разгоняться до 100 км/ч за 4 секунды, питаться от 6800 «пальчиковых» ионно-литиевых батареек. Точно такие используют в батареях ноутбуков или аккумуляторных электроинструментов. На одном «заряде» Tesla Roadster может проехать 350 км – неплохо, если учесть, что стоимость «горючего» на 1 км пробега обойдется менее в 2.

Большая аккумуляторная революция Большая аккумуляторная революция Reviewed by ollbiz.com on февраля 19, 2014 Rating: 5
Технологии Blogger.