Разработаны дешевые батареи из отработанного графита и металлолома. Графитовые аккумуляторы


Графит + вода = будущее аккумуляторов

Сочетание двух самых обыкновенных материалов - графита и воды, может позволить создать системы хранения энергии, которые будут не только показывать эффективность сравнимую с литий-ионными аккумуляторами, но и превзойдут их по части таких показателей как скорость перезарядки, которая займет считанные секунды, и срок службы.

Доктор Дэн Ли с кафедры материаловедения университета Монаша в Австралии, и его команда, работают с материалом под названием графен, который может стать основой для создания следующего поколения ультрабыстрых систем хранения энергии.

"Как только мы научимся манипулировать этим материалом, ваш iPhone, к примеру, будет заряжаться всего за несколько секунд или даже быстрее", - сказал доктор Ли.

Графен - это тот же дешевый и широко распространенный графит, используемый в простых карандашах, только толщиной в один атом. В такой форме, данный материал приобретает удивительные свойства.

Графен крепок, химически стабилен, прекрасно проводит электричество и, что важно, имеет чрезвычайно большую площадь поверхности. По словам доктора Ли, эти качества делают графен идеальным кандидатом на роль материала для хранения энергии.

"Причина, по которой графен пока не стал распространен более широко, заключается в том, что эти очень тонкие пленки, собранные в макроструктуру, сразу же объединяются друг с другом, преобразуясь в графит. Когда графен собирается в комки, большая часть площади поверхности теряется, и исчезают его ценные свойства".

Доктор Ли, со своей командой, открыл способ сохранения замечательных свойств отдельных слоев графена. Оказалось, что секрет прост: необходимо всего лишь добавить воды. Влажный графен - в форме геля, приобретает отталкивающие силы между слоями и предотвращает формирование комков и утолщений. Это позволит начать применять данный материал для создания новых технологий.

"Это очень простая техника, которая с легкостью масштабируется. Когда мы ее открыли, то не могли в это поверить. Мы берем два простых, недорогих материала - воду и графит - и создаем новый наноматериал с поразительными свойствами", - сказал доктор Ли.

Графеновый гель значительно превосходит современные углеродные технологии в области устройств хранения энергии, как по количеству хранимого заряда, так и по скорости заряда. По словам доктора Ли, область применения этой новой нанотехнологии простирается далеко за пределы потребительской электроники.

"Высокоскоростные, надежные и недорогие системы хранения энергии являются критически важным компонентом для будущего альтернативной энергетики. Такие системы, являются ключевым элементом, которого не хватает для повсеместного внедрения электрических автомобилей.

"Графеновый гель также может найти применение в мембранах очищения воды, биомедицинских устройствах и датчиках".

Оригинал (на англ. языке): Physorg

Группой ученых-инженеров из института Ливерпуля недавно был разработан принципиально новый способ производственного изготовления солнечных аккумуляторов, существенно снизивший их общую себестоимость. По утверждению экспертов, проведших на этот счет ряд исследований, разработанная методика по снижению себестоимости даст возможность для производства принципиально новых аккумуляторов и батарей, теперь доступных обычному человеку.

 

Ученые из США и Южной Кореи разработали дешевый способ, позволяющий получить графен из сухого льда. Свои сведения они опубликовали в Proceedings of the National Academy of Science. Графен, который был открыт российскими учеными Андреем Геймом и Константином Новоселовым, получившим Нобелевскую премию, уже признан революционным синтетическим материалом столетия. Атомы углерода в виде совершенно плоских листов проводят ток намного лучше меди, обладают теплопроводностью, которая превосходит теплопроводность

 

Ученые Массачусетского технологического института предложили новую технологию, которая значительно улучшает имеющуюся конструкцию жидкостных аккумуляторов. Усовершенствование позволяет новым батареям работать при более низких температурах, они имеют более простую конструкцию, длительный срок службы и меньшую стоимость. Батарея использует два слоя жидкого металла, разделенных слоем расплавленной соли, которая действует

globalscience.ru

Разработаны дешевые батареи из отработанного графита и металлолома

Исследовательская группа Максима Коваленко базируется в ETH Zurich и в Лаборатории тонких пленок и фотоэлектрических систем Empa. Амбициозная цель команды — создать батарею из наиболее распространенных элементов земной коры, таких как магний или алюминий, что позволило бы быстро увеличить производство аккумуляторов простым и недорогим способом. К тому же эти материалы безопасны в использовании, даже если анод изготовлен из чистого металла.

В традиционных батареях электрический ток возникает за счет катионов металлов, перемещающихся между анодом и катодом и обратно. В качестве альтернативы можно использовать большие, но легкие органические анионы. Однако это порождает ряд вопросов: в какой среде должны перемещаться эти легкие анионы и какой материал подойдет для изготовления катода? В литий-ионных батареях катод изготовлен из оксида металла, который может легко поглощать небольшие катионы лития во время зарядки. Однако большие органические ионы слишком велики и имеют заряд, противоположный заряду катионов лития.

Чтобы решить эту проблему, команда Коваленко поставила принцип литий-ионной батареи с ног на голову. В обычных литий-ионных батареях анод выполнен из графита, слои которого в заряженном состоянии содержат ионы лития. Напротив, в батарее Коваленко графит используется как катод, а крупные анионы осаждаются между слоями графена. Анод, в свою очередь, сделан из металла.

Сотрудник лаборатории Константин Кравчик обнаружил, что в качестве доступного материала для катодов может использоваться отработанный в ходе производства стали графит, так называемая графитовая спель. Так же хорошо подходит естественный графит, поставляемый в виде хлопьев и имеющий открытую молекулярную структуру, куда могут легче проникать крупные анионы. В то же время мелкозернистый графит, обычно используемый в литий-ионных батареях, не подходит для батареи Коваленко: в таком графите слои смяты, и внутрь способны проникать лишь небольшие литиевые катионы.

Батарея с катодом, изготовленным из графитовой спели или необработанных графитовых хлопьев, может стать очень рентабельной. И, как показали первые эксперименты, долговечной: лабораторный прототип в течение нескольких месяцев пережил тысячи циклов зарядки и разрядки. По словам членов команды, аккумулятор на основе хлорида алюминия и графита может эксплуатироваться в течение десятилетий в повседневном бытовом использовании. В настоящее время исследовательская группа работает над увеличением напряжения батареи и плотности энергии.

Специалисты из МТИ создали проточную батарею, которая способна хранить энергию в течение долгого времени и стоит в пять раз дешевле аналогов. Батарея состоит из жидкого полисульфидного анода, содержащего ионы лития или натрия, и жидкого катода, состоящего из насыщенного кислородом раствора соли, разделенных мембраной.

hightech.fm

Графит в Li-ion аккумуляторах

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 19.04.2016 23:45 Автор: Abramova Olesya

В 2015 году средствами массовой информации предрекался большой спрос на графит в связи с необходимостью удовлетворения спроса на литий-ионные аккумуляторы, вызванного повышением популярности электротранспорта. Возникли спекуляции, предсказывающие дефицит графита, ведь для большой аккумуляторной системы электромобиля этого вещества требуется порядка 25 килограммов. Хотя на сегодняшний день стоимость и доступность графита не вызывают беспокойства, существует небольшая тенденция к удорожанию этого материала.

Изготовление графитового анода чистотой 99,99 процентов является весьма дорогостоящим процессом, который к тому же оставляет после себя значительное количество отходов. Конечная стоимость такого анода не столько зависит от материала, сколько от процесса очистки. Утилизация и повторное использование старых графитовых анодов требуют еще больше средств ввиду более сложного процесса регенерации.

Углерод и графит – родственные вещества. Графит является аллотропной формой углерода, - структурной модификацией, которая происходит путем скрепления молекул друг с другом особым образом. Графит является наиболее стабильной формой углерода. Алмаз, метастабильный аллотроп углерода, известный своими превосходными физическими свойствами, является менее стабильным, чем графит, несмотря на то, что графит более мягкий и податливый.

Термин графит берет корни от греческого “graphein”. Это термостойкий, электро- и теплопроводный, химически пассивный (коррозионно стойкий) и легкий (легче алюминия) материал. Кроме анодов для литий-ионных аккумуляторов, высококачественный графит также используется в топливных элементах, солнечных батареях, полупроводниках, светодиодах и ядерных реакторах.

Углеродное волокно представляет собой длинную тонкую прядь толщиной около 5-10 мкм, что составляет примерно одну десятую толщины человеческого волоса. Атомы углерода, соединенные вместе в микроскопические кристаллы, формируют сильную межатомную связь. Из таких волокон можно формировать невероятно прочные структуры, и уже сегодня из них создаются рамы для велосипедов и корпусные детали для автомобилей и самолетов, способные заменить классические алюминиевые. Только 5 процентов графита уходит на нужды отрасли электрических батарей.

Графит для промышленности доступен в двух формах - природный графит из шахт и синтетический из нефтяного кокса. Как правило, обе эти формы используются для производства анодов для литий-ионных аккумуляторов, но у синтетической есть небольшое преимущество - она занимает 55 процентов этого рынка.

Производители предпочитают синтетический графит из-за его превосходной консистенции и высокой степени чистоты в сравнении с природным. Но уже существуют современные методы очистки, которые позволяют добиться чистоты природного графита на уровне 99,9 процента, тогда как синтетический графит изначально имеет 99,0 процентов.

Очищенный природный графит имеет лучшую кристаллическую структуру и обеспечивает более высокую электро- и теплопроводность в сравнении с синтетическим. Также переход на природный графит позволяет уменьшить конечную стоимость аккумулятора, сохранив ту же производительность. Синтетический графит для литий-ионной электрохимической системы продается по цене около $ 10.000 за тонну, тогда как природный в виде порошка имеет цену $ 7 000 (цены указаны за 2015 год). Помимо меньшей цены, природный графит более экологичен и служит основой для создания материала будущего - графена.

Графен

Графен представляет собой аллотроп углерода в виде двумерной гексагональной решетки. Представленный в виде листа чистого углерода, графен имеет толщину всего в один атом. Это гибкий, прозрачный, непроницаемый для влаги, тверже, чем алмаз и более проводящий, чем золото, материал. Научное сообщество возлагает огромные надежды на графен и ожидает, что с его помощью можно будет улучшить много устройств, в том числе, и электрические батареи.

Считается, что анод из графена может запасать больше энергии в сравнении с графитовым, а также способен уменьшить время зарядки в десять раз. Также значительно улучшатся нагрузочные характеристики и долговечность батареи, использующей графеновый анод.

При использовании традиционных графитовых анодов ионы лития накапливаются вокруг внешней поверхности электрода. Графеновый анод же позволяет этим ионам проникать внутрь себя, используя крошечные отверстия в графеновых пластинах - размером порядка 10-20 нм. Это свойство обеспечивает оптимальную зону хранения и доступности ионов, позволяя таким образом добиться более чем десятикратного увеличения количества возможной энергии в сравнении с классическим графитовым анодом.

Но электрическая батарея и с графеновым анодом может быть усовершенствована, например, добавлением оксида ванадия к катоду. Экспериментальные батареи показывают удивительные результаты, такие как зарядка в течение 20 секунд и сохранение 90 процентов емкости после 1000 циклов заряда/разряда. Использование графена также возможно и в других областях, например, в суперконденсаторах он используется для увеличения удельной энергоемкости. На рисунке 1 показана уникальная решеточная структура графена, которую мы можем наблюдать с помощью сканирующей зондовой микроскопии.

Рисунок 1: Изображение структуры графена с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Графен представляет из себя лист из чистого углерода толщиной всего в один атом. Это гибкий, прозрачный, непроницаемый для влаги, крепче, чем алмаз, и более проводящий, чем золото материал. Каждый атом углерода располагает тремя электронами, которые формируют химическую связь с ближайшими соседями.

Ученые теоретически знали о удивительных свойствах графена на протяжении десятилетий, но только недавно технологии настолько продвинулись, что стало возможным получить это вещество. Пока что не существует массовых устройств, использующих преимущества графена в своей работе, но есть все предпосылки, что эра графена уже не за горами. (Смострите BU-104c: Что делает батарею батареей.)

Последнее обновление 2016-02-23

best-energy.com.ua

Будущее наших смартфонов в графитовых батареях?

Сегодня смартфоны, независимо от производителя и моделей, имеют одну и ту же повторяющуюся проблему – автономность, время работы устройства от одной подзарядки. Если сегодня одним из самых популярных и самых автономных смартфонов является Galaxy Note, то время его работы было бы несколько лет назад просто смешным. Раньше телефон можно было зарядить и целую неделю не думать о том, что нужно поискать розетку и зарядное устройство. Теперь инженеры и исследователи находятся в поисках более современного аккумулятора или новых технологий.Будущее наших смартфонов в графитовых батареях?

Группа исследователей из Университета Вандербильта (штат Теннесси) смогла создать прототип революционной батареи. Представьте себе возможность заряжать смартфон всего за несколько секунд и при этом он потом сможет проработать несколько недель.

Но нам придется отказаться от нынешнего типа батарей, которые могут оказаться в ближайшее будущее атавизмом, ведь в будущем батареи будут представлять собой супер-конденсаторы. Работать они будут на кремниевом чипе с графеном, который за счет своей пористой структуры будет собирать на себе заряд. Если попытаться найти аналог, то представьте себе пористый сыр, а сам материал имеет огромное преимущество для хранения электроэнергии.

Будущее наших смартфонов в графитовых батареях?

Прототип батареи был создан путем объединения оксида графена с гидразином в воде с использованием ультразвука. Полученное вещество потом нагревается до 140 градусов по Цельсию и затем в течение 5 часов выдерживают под давлением 300кг/см2. В конце концов, получается чрезвычайно пористый графен. Всего 1 грамм такого вещества имеет площадь поверхности больше, чем баскетбольная площадка. К примеру, если заряжать всего 3 секунды грамм такого материала, то заряда хватит на горение светодиода в течение 5 минут.

Будущее наших смартфонов в графитовых батареях?

С такими возможностями в будущем вопрос подзарядки уже будет полностью исключён. Также есть и другая вторичная положительная черта – смартфоны могут быть еще тоньше и легче. Батарея будущего с использованием новой технологии сможет отработать до 5000 циклов, что хватит примерно на 100 лет, а также она будет гибкой и сам материал еще биоразлагаемый.

Очевидно, что с такими свойствами графен станет очень популярным материалом для производства смартфонов, но его наверняка станут использовать и в других сферах – автомобили, компьютеры и т.д.

Также подписывайтесь на наши страницы Вконтакте, Facebook или Twitter, чтобы первыми узнавать новости из мира Samsung и Android.

galaxy-droid.ru

4 способа. Применение графитового стержня

Конечно, батарейку легко купить в любом магазине хозтоваров, электроники или в гипермаркете. Однако ради интересных опытов и получения знаний "школы жизни" все же стоит знать, как сделать батарейку своими руками. Тем более процесс такой работы весьма занимательный и несложный.

Батарейка из лимона: два варианта

Для первого варианта вам будет нужен:

  • собственно лимон;
  • оцинкованный гвоздь;
  • 2 небольших отрезка медной проволоки;
  • медная монетка;
  • небольшая лампочка.

Процесс работы таков:

  1. Сделайте на фрукте два надреза на некотором расстоянии друг от друга.
  2. В один надрез поместите гвоздь, а в другой - монетку.
  3. И к гвоздю, и к монете подсоедините по кусочку проволоки. Вторые концы этого импровизированного проводка должны соприкасаться с контактами лампочки.
  4. И все - да будет свет!

как сделать батарейку

Самодельную батарейку из кислого фрукта можно сделать и с помощью:

  • одного того же лимона;
  • канцелярской скрепки;
  • лампочки;
  • 2-х отрезков изолированной медной проволоки диаметром 0,2-0,5 мм и длиной 10 см.

Алгоритм следующий:

  1. Зачистите 2-3 см изоляции на концах каждой из проволок.
  2. Прикрепите оголенную часть одного проводка к скрепке.
  3. Сделайте в лимоне два надреза в 2-3 см друг от друга - по ширине скрепки и для второго проводка. Вставьте эти элементы во фрукт.
  4. Свободные кончики проволоки приложите к контактной части лампочки. Если она не загорелась, значит, выбранный лимон не достаточно мощен - последовательно соедините несколько фруктов между собой и повторите опыт.

Батарейка из картофеля

Запаситесь:

  • двумя картофелинами;
  • тремя проводами с зажимами;
  • двумя хромированными гвоздями;
  • двумя медными гвоздями.

как сделать батарейку своими руками

Итак, как сделать батарейку из клубней:

  1. Дайте условное обозначение каждой из картофелин - "А" и "Б".
  2. В края каждого из клубней воткните по хромированному гвоздику.
  3. В противоположный край - медный гвоздь. В теле картошек гвозди не должны пересекаться.
  4. Возьмите какое-либо устройство, питающееся от батарейки, выньте ее и оставьте отсек открытым.
  5. Первый провод должен соединить медный штырек клубня "А" с положительным полюсом в отсеке батарейки.
  6. Второй провод соединяет хромированный штырек картофелины "В" с отрицательным полюсом.
  7. Последний провод соединяет хромированный гвоздь клубня "А" с медным гвоздем клубня "Б".
  8. Как только вы замкнете таким образом все провода, картошка начнет питать устройство энергией.

Картофель в этом опыте можно заменить на банан, авокадо или любой из цитрусовых.

Батарейка из фольги, картона и монеток

Перед тем как сделать батарейку, приготовьте:

  • медные монетки;
  • уксус;
  • соль;
  • картон;
  • фольгу;
  • скотч;
  • два кусочка изолированной медной проволоки.

Все готово? За дело:

  1. Сначала нужно капитально очистить монетки - для этого налейте уксус в стеклянную емкость, добавьте туда же соли и засыпьте деньги.
  2. Как только поверхности монеток преобразились и заблестели, выньте их из тары, возьмите одну и 8-10 раз обведите ее контур на картоне.
  3. Вырежьте картонные кругляшки по контуру. Затем поместите их в тару с уксусом на некоторое время.
  4. Сложите фольгу несколько раз так, чтобы в итоге получилось 8-10 слоев. Обведите на ней монетку и также вырежьте круглые детали по контуру.
  5. На этом этапе начните собирать батарейку. Делается это так: медная монета, картон, фольга. В таком порядке сложите в столбик все имеющиеся у вас компоненты. Завершающим слоем должна быть только монетка.
  6. Снимите с кончиков проводков изоляцию.
  7. Отрежьте небольшую полоску скотча, приклейте на нее один кончик проводка, сверху поставьте импровизированную батарейку, на нее - кончик второго проводка. Надежно закрепите конструкцию клейкой лентой.
  8. Вторые кончики проволоки подсоедините к "+" и "-" устройства, которое необходимо напитать энергией.

самодельная батарейка

Вечная батарейка

Приготовьте:

  • стеклянную банку;
  • серебряный элемент - например ложку;
  • пищевую пленку;
  • медный провод;
  • 1 чайную ложку поваренной соды;
  • 4 пузырька глицерина;
  • 1 чайную ложку 6 % яблочного уксуса.

Как сделать батарейку, читайте далее:

  1. Плотно обмотайте ложку пищевой пленкой, оставив ее верхний и нижний конец слегка оголенным.
  2. Теперь настало время обмотать ложку поверх пленки медной проволокой. Не забудьте оставить длинные концы в начале и в конце для контактов. Делайте пространство между витками.
  3. И снова слой пленки, а за ним - проволоки таким же методом. Слоев "пленка-проволока" на этой импровизированной катушке должно быть не менее семи. Не затягивайте слои чересчур - пленка должна наматываться свободно.
  4. В стеклянной банке подготовьте раствор из глицерина, соли и уксуса.
  5. После того как соль растворится, в раствор можно погружать катушку. Как только жидкость помутнеет, "вечная" батарейка будет готова к эксплуатации. Срок ее службы напрямую зависит от содержания серебра в элементе-основе катушки.

Графитовый стержень: применение

Графитовая составляющая из старых батареек - это не только основа для нового источника энергии, но и элемент, который можно использовать для электросварки. Делается это по нехитрой схеме:

  1. Заточите графитовый стержень из старой батарейки под углом в 30-40 градусов.
  2. Зажимом типа "крокодил" с токонепроводящей ручкой подсоедините его к "+" и "-" источника переменного или постоянного тока.
  3. К зачищенной детали подключить "0" и "-".
  4. Электрод по мере выгорания необходимо периодически затачивать.

графитовый стержень

Как сделать батарейку дома? Потребуются подручные материалы, немного энтузиазма и усидчивости. В обмен вы получите альтернативные источники энергии.

fb.ru

Гибкие аккумуляторные батареи. Технологии будущего

Аккумуляторы стали неотъемлемой частью многих современных устройств. Это источники питания цифровых фотоаппаратов, сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов, видеокамер, медицинские, промышленные, военные и многие другие приборы.

Литий-ионные аккумуляторные батареи были огромным шагом вперед в сравнении с устаревшими тяжелыми щелочными элементами питания. Но на данный момент и они явно сдерживают совершенствование и развитие мобильной электроники и других сфер. Они пожароопасные, дороги, имеют небольшую емкость и не могут длительно сохранять заряд.

Решить эти проблемы призваны гибкие аккумуляторные батареи, которые должны стать безопасной и дешевой альтернативой существующим батареям. На данный момент гибкие аккумуляторные батареи не нашли промышленного применения, но они активно разрабатываются и совершенствуются. В ближайшем будущем они будут внедряться повсеместно. Гибкие батареи позволят создавать уникальные изделия, которые ранее было трудно себе вообразить.

Устройство

Над устройством гибких аккумуляторных батарей работает множество ученых. Именно поэтому создаются совершенно разные гибкие батареи, которые выполнены из разных элементов и материалов.

  • На самых первых этапах гибкие аккумуляторные батареи имели следующее устройство;1) полимерные подложки или низко-производительные органические материалы, занимающие слишком много пространства, а также приводящие к снижению емкости элемента;2) катоды. Для улучшения их свойств они подвергались высокотемпературной обработке;3) гибкие полимеры, которые разрушаются при высоких температурах.
  • Исследователи из KAIST предложили версию гибкой литий-ионной батареи;1) тонкая пластина из неорганического материала, которой не страшны высокие температуры;2) на нее уложены в несколько слоев при помощи клейкой ленты следующие элементы: анод, электролит катод и токоприемник. В результате были выделены части из двух полимерных пленок со слюдой с активными слоями.Скручивание подобной гибкой батареи довольно слабо сказывается на ее производительности. Напряжение при сильном сгибании почти не меняется, а емкость снижается не больше 7 процентов. Для коммерческого использования ученым необходимо научиться разделять слои в промышленных условиях. Возможно, этого можно будет добиться применением лазерного метода деламинации.
  • Исследователи из Технологического института Нью-Джерси создали собственный прототип гибких батарей;1) гибкая пластиковая подложка, которая пропитана электро-активными ингредиентами;2) электро-активные ингредиенты включают в себя микрочастицы и нанотрубки;3) микрочастицы выполняются из литиевых солей (литиевые батареи) или из цинка с добавлением диоксида марганца (щелочные батареи).Прототип представляет мягкий конверт или пакет, где находятся два электрода — один в виде графитовой пены, а другой – алюминиевый. Все это погружается в специальный солевой раствор. Такая батарея заряжается меньше минуты, очень надежна и безопасна в сравнении с литий-ионными батареями, однако обеспечивает вдвое меньшее напряжение.

Применение графита позволяет получать отличную производительность, но до промышленного изготовления батарей будет нужно несколько лет исследований.

  • LG Chem, член корпорации LG, создала литий-ионный аккумулятор в виде кабеля, который имеет диаметр в несколько миллиметров. У нее такая гибкость, что ее можно носить в виде браслета, завязывать узлом и даже соткать ткань из подобных батарей.

Устройство у нее следующее:

1) Катод из окиси лития-кобальта.2) Анод.3) Электролит.

Главное отличие в том, что все компоненты кабеля-аккумулятора выполнены в виде гибких спиралей, а не располагаются в виде плоских слоев. В качестве катода выступают тонкие медные провода, покрытые специальным слоем из сплава никеля и олова.

Такие нити сплетаются в более толстое волокно, оно обертывается вокруг стержня диаметром 1,5 мм. С удалением стержня остается весьма гибкая и прочная спираль будущего анода. Поверх спирали наматывается алюминиевая лента, после чего погружается в жидкий раствор окиси лития-кобальта, чтобы создать катод аккумулятора.

Получившуюся конструкцию закрывают защитной оберткой, а центральная полость наполняется жидким электролитом.Плотность хранения энергии и напряжение полностью соответствует обычным литий-ионным батареям, но они более гибкие и тонкие.

Принцип действия

В основе большинства создаваемых гибких аккумуляторов лежат полимерные электроды. Они наделены структурой, которая напоминает вязкую текучую жидкость. В результате их можно:• Гнуть. • Изгибать.

Кроме того, они отличаются экологической безопасностью. Вызвано это тем, что Новые гибкие аккумуляторные батареи не содержат электролита.

На текущий момент изобретение гибких литий-ионных аккумуляторов пока что находится в стадии производства прототипа. Однако в ближайшие годы планируется коммерциализировать указанное изобретение. В то же время батарея уже испытана и подтвердила, что может выдерживать изгибы, повороты и иные деформации, сохраняя собственную способность удерживать заряд.

Но есть компании, которые продолжают линейку уже существующих аккумуляторов, создавая образцы литий-ионных батарей, обладающих способностью к деформации. Так в гибких батареях компании Panasonic применяется внутренняя структура проводки и многослойные наружные корпусы, которые избегают, перегрев или утечку электролита. Корпус аккумулятора защищает ламинированная оболочка.

Гибкие батареи Panasonic имеют толщину в 0,55 мм, они могут изгибаться так, что по кривой они закручиваются в радиус 25 мм. Батареи Panasonic держат заряд в пределах 17,5-60 мАч. Для современных смартфонов этой мощности пока не хватает, но изобретение уже сегодня можно успешно использовать для маломощных устройств, к примеру, смарт-одежды или смарт-карт.

Применение

Над гибкими батарейками работают множество компаний, среди них такие гиганты, как LG, Samsung и Panasonic. Их инженеры пытаются создавать не только гибкие аккумуляторы, но дисплеи и микропроцессоры. В ближайшие годы компании отойдут от гонки разрешений и диагоналей в мобильной технике, чтобы начать сгибать все, что только можно.

LG уже произвела телевизор, который вполне можно скрутить в рулон. В скором времени в магазинах вполне могут начать продавать погонные метры телевизоров, компьютеров и смартфонов. Другие компании также не отстают и внедряют гибкие батареи в различные устройства:

  1. Носимые гаджеты в виде часов, браслетов.
  2. Ремешки устройств.
  3. Многочисленные модели «умной» одежды, в которых сегодня применяется жесткий аккумулятор.
  4. Гибкие шторы, жалюзи.
  5. Телевизоры, смартфоны и так далее.

Единственное, что данные устройства выполнены только в прототипах и небольших количествах, а также не лишены недостатков.

Особенности и виды

• Ультратонкие цинк-полимерные батареи от компании Imprint Energy, получаемые методом промышленной трафаретной печати. В них применяется новейший особо твердый полимерный электролит, который исключает замыкание, позволяет увеличить емкость и стабильность источника питания.• Аккумуляторные батареи на основе литиевых порошков, углеродных нанотрубок, в том числе бумажной подложки Kimwipes. Такие аккумуляторы выделяются хорошей проводимостью и стабильной мощностью.• Батареи на основе литий-ионных аккумуляторов, позволяющие сгибать их в произвольных направлениях.• Аккумуляторные батареи на основе алюминий-ионных ячеек. Этот прототип объединяет графитовый катод и алюминиевый анод.• Волокнистые суперконденсаторы, состоящие из обычной бумаги или иного волокнистого материала, которые покрываются составом из серебряных нанопроводников и углеродных нанотрубок. Такие батареи можно гнуть, мять и окунать в кислотные растворы. Каждый кубический миллиметр волокна батарей может сохранять до 6,3 мВт энергии.

Достоинства и недостатки

К достоинствам гибких батарей можно отнести:

  1. Низкий саморазряд.
  2. Большая плотность энергии на единицу массы и объема.
  3. Возможность получать невероятно гибкие формы.
  4. Толщина элементов от 1 мм.
  5. Отсутствие эффекта памяти.
  6. Незначительный перепад напряжения при разрядке.
  7. Довольно широкий диапазон рабочих температур.
  8. Большие перспективы применения.

К недостаткам гибких батарей можно отнести:

  1. Старение. Под действием заряда и изменения температур литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы снижают емкость.
  2. Требуются дополнительные исследования.
  3. Для коммерческого использования требуются значительные вложения.
Перспективы

• Гибкие аккумуляторные батареи позволят изобретать новые устройства, где нет жестких элементов. Это вся носимая электроника: кредитные карты, часы, браслеты и так далее.• Эти батареи должны появиться в смартфонах, планшетах и других компьютерных устройствах.• Первые в мире гибкие суперконденсаторы с волокнистой структурой, созданные из углеродных нанотрубок и графена будут находить применение в мобильных средствах связи, медицине, промышленности и в военной сфере. Это роботы, различные устройства, ткани со свойствами батарей, в том числе плащи-невидимки.• Гибкие аккумуляторные батареи станут основой для умной и спортивной одежды, медицинских устройств, электрических автомобилей.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

В США создают литий-ионный аккумулятор на основе кремния

В США создают литий-ионный аккумулятор на основе кремния

10.08.15 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 670

Загрузка...

Литий-ионный-аккумулятор-300x214Исследователи из Департамента энергетики США работают, чтобы воплотить мечту о легких и емких батареях в жизнь путем разработки литий-ионных аккумуляторов, содержащих материалы на основе кремния. Сегодня наиболее часто используются литий-ионные аккумуляторы на основе графита, но ученые все больше интересуются кремнием, поскольку он может хранить примерно в 10 раз больше лития, чем графит.

Есть только одна проблема — батареи на основе кремниевых материалов не вырабатывают ток слишком долго.

Проблема кроется в химии аккумулятора. Электролит внутри аккумулятора переносит ионы лития взад и вперед между положительными и отрицательными электродами, так как батарея заряжается и разряжается. Положительный электрод содержит литиевые компоненты, в то время как отрицательный электрод содержит графит или кремний.

Ионы лития, реагируя с отрицательным электродом, образуют новые соединения, вызывая расширение электрода, в то время как электролит производит защитное покрытие, называемое межфазным твердым электролитом.

Идеальный межфазный твердый электролит должен остановить реакцию между электродом и электролитом, при этом позволяя проходить литию. Но покрытие также должно расширяться и сжиматься вместе с электродом, иначе оно будет трескаться, и аккумулятор не будет работать.

В аккумуляторах на графитовой основе, электрод расширяется до 10%, что достаточно мало для возникновения трещин. Но электрод на кремниевой основе расширяется до 300%. Этим батареям нужен другой электролит для производства эластичной оболочки.

Исследователи обнаружили, что когда во фтор добавляют этилена карбонат, полученный электролит образует покрытие, способное растягиваться и компенсировать изменения объема в электроде.

«Фтор — это то, что дает молекуле ее особую силу», — пояснили ученые. «Фторэтилена карбонат образует защитный слой, который действует как резина. Наше достижение — показать, как небольшие изменения в молекулярной структуре могут полностью изменить свойства защитной оболочки».

Тем не менее, авторы отмечают, что они еще не полностью решили проблему электролита, пытаясь найти еще более эффективные химические соединения.

Источник: FTimes.ru

Метки:: графит, кремний, литий-ионный аккумулятор, США

www.battery-industry.ru