Эволюция аккумуляторов: когда же мы забудем про розетки? Развитие аккумуляторов


Эволюция аккумуляторов мобильных устройств

На сегодняшнем этапе развития современных мобильных устройств именно аккумуляторы являются самым слабым звеном всей технологической цепочки. Все использующиеся сегодня в самых популярных или достаточно нишевых девайсах (iPhone, различные модели Vertu, а также другие смартфоны на Android и других платформах) решения, учитывая огромное количество предлагаемых функциональных возможностей, не могут предоставить пользователям и нескольких дней полноценной автономности. Работа в направлении их развития ведется на самом высшем уровне по бесконечно большому числу фронтов, однако количество действительно полезных свершений стремится к бесконечно малому значению – нулю. Тем не менее, современные аккумуляторные батареи прошли действительно длинный исторический путь, корни которого достигают самых «темных» времен.

Так какой же путь прошли аккумуляторы современных мобильных устройств?

Оглавление:

До наших дней

Мозг — главное преимущество человека перед другими живыми организмами, населяющими планету Земля. Не переставая работать ни днем, ни ночью, он находится в непрерывном «движении». Процесс генерирования все новых и новых идей с самых древних времен был завязан на непонимании большинства физических и химических явлений, наполняющих мир вокруг. Создание какой-либо инновации зачастую проходило три простых стадии — отверждение, забвение и принятие. Сперва ее называли полнейшей ересью, затем забывалась и она сама, и ее создатель, а уж после, если идея имела под собой здравую почву, начиналось ее повсеместное, по возможности, внедрение. Так, например, уже почти три тысячи лет назад древнегреческий философ Фалес обратил внимание на взаимодействие янтаря и шерсти, шаг на четыре сотни лет в прошлое ознаменовался появлением определения электричества, а за два века до дня сегодняшнего некий Вольт заинтересовался пластинами из цинка и меди — именно эти давние события предшествовали появлению современных аккумуляторов, без которых не было бы большинства устройств, дающих возможность ознакомиться с данным материалом.

«Темное» время

«Темное» время

С самых древних времен человечество сталкивалось с событиями, которые не подчинялись тогдашней логике. Дело в том, что каждый отдельный индивидуум и все общество в целом не было знакомо с теми физическими и химическими законами, которые сегодня сможет объяснить даже школьник. Именно поэтому связать трудности очистки самого обыкновенного янтарного веретена от мелких частичек ворса с электричеством дочь древнегреческого философа Фалеса не смогла бы при всем желании. Не смог это сделать и один из самых великих умов того времени. Тем не менее, именно он обратил внимание на этот факт — это событие принято считать точкой отсчета в истории появления современных аккумуляторов. Удивительно, но эти события произошли почти три тысячи лет тому назад.

Средневековье

Средневековье

Средневековье запомнилось историкам терминами «магнитов» и «феамидов». К первой категории тогдашние умы относили все, что связано с притяжением объектов или дополнением ими друг друга, а ко второй, соответственно, отталкиванием. Мужчина и женщина, солнце и тепло, мельница и ветер — это взаимосвязанные понятия, а кошка с собакой, огонь с водой и друзья с врагами — взаимоисключающие. Кстати, именно благодаря этим самым «магнитам» и «феамидам» на современных аккумуляторах есть обозначения плюса и минуса, однако до появления чего-то подобного пройдет еще не один век. Одной из самых ключевых фигур этого времени — конец 16 века — стал Вильям Гильберт Колчестерский, который обратил внимание общественности на различие между магнетизмом и введенным им понятием электричества. На его опытах собственные в дальнейшем базировал Отто Фон Герике, создавший «лейденскую банку», которая считает прообразом современного аккумулятора.

Эпоха великого Вольта

Эпоха великого Вольта

Активную работу по осмыслению электричества в свое время провел гениальный физик Алессандро Вольт. Он принял решение попробовать его, в прямом смысле слова, на вкус. Он клал две монеты из разных металлов на язык и под него. Соединив их проволокой, он начинал ощущать характерный кисловатый привкус — это явление в середине 18 века итальянский ученый Луиджи Гальвани обозначил гальваническим электричеством. В 1798 году Алессандро Вольт изобрел первую электрическую батарею. Принцип ее работы заключался в погружении соединенных последовательно медных и цинковых пластин в раствор кислоты. Химические процессы в данных условиях делали данное устройство отличным для того времени источником тока. До конца 19 века вопросом гальванических батарей занималось огромное количество ученых, среди которых Готеро, Иоганн Риттер, Вильгельм Зингстеден, Гастон Планте, Камилл Фор, Карлом Гасснером и другие. Их наработки используются и в современных аккумуляторных батареях.

Промышленная эра

Промышленная эра

Впереди планеты всей на промышленном фронте аккумуляторных батарей в свое время оказалась американская компания National Carbon Company, которая сегодня нам известна под названием Energizer. Она открылась на территории штата Колумбия в далеком 1896 году. Сперва в производстве аккумуляторов того времени используются наработки Фора, однако уже в 1901 году легендарные умы того времени Томас Эдисон и Вальдмар Юнгнер патентуют несвинцовый тип батарей — никель-кадмиевые и никель-железные. Их аккумуляторы отличались значительным повышением полезного объема во время принципиального уменьшении размера. Тем не менее, их производство было еще очень дорогостоящим, поэтому всемирное распространение данного типа питания электронных устройств произошло немного позже. С понижением стоимости аккумуляторных батарей и общим «электрическим бумом» они получили возможность глобального распространения и повсеместного использования для самых разнообразных нужд.

Наши дни

Развитие современной мобильной пользовательской электроники достаточно давно характеризуется понятием «быстрее-выше-сильнее». Тем не менее, производители находятся в постоянном поиске компромиссов между производительностью и автономностью, а также толщиной корпуса и размером аккумуляторной батареи. С увеличением возможностей современных «умных» устройств время их работы без подзарядки неумолимо сокращается, и уже зачастую составляет менее одного дня полноценного использования. Индустрия ждет революции, однако все перспективные разработки, о которых ведутся разговоры в прессе, дальше этих самых разговоров практически не двигаются.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Первые аккумуляторные батареи, предназначенные для накопления энергии с ее дальнейшей отдачей, появились еще в 19 веке — они основывались на свинцово-кислотной технологии. Несмотря на то, что сегодня ее принято считать архаизмом, именно она заложила ключевые принципы и конструктивные особенности всех современных приемников. Каждый аккумулятор должен состоять из трех основных элементов — анода, катода, которые осуществляли окислительно-восстановительная реакцию, и находящегося между ними электролита. Из-за дороговизны производства, больших размеров и токсичности находящихся в свинцово-кислотных аккумуляторах элементов они были бы непригодны для повсеместного использования в пользовательской электронике. Тем не менее, именно их принято считать прообразом сегодняшних решений.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Первую никель-кадмиевую аккумуляторную батарею изобрел Вальдмар Юнгнер в 1899 году, однако широкого глобального распространения она не получила — всему виной была излишняя дороговизна производственного процесса. Его наработки, однако, стали базой для создания Георгом Нойманом герметичного аналога в 1947 году. Он отличался недорогим технологически видоизмененным изготовлением и способностью выдерживать огромное количество циклов перезарядки. Подобные аккумуляторы начали использоваться повсеместно, однако страны мирового сообщества со временем начали одна за одной отказывать от данного решения. Всему виной стали проблемы с их утилизацией.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Еще одним типом батарей, ключевым элементом которых был никель, стали никель-металлогидридные аккумуляторы. Они широко использовались в первых моделях мобильных телефонов, самым популярных среди которых был тот же Nokia 3310. Они отличались пресловутым «эффектом памяти» — существенным уменьшением ресурса работы батареи при зарядке не полностью разряженного аккумулятора. Это создавало немало трудностей использования устройств на базе подобного решения, поэтому оно достаточно быстро было заменено более прогрессивными наработками.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы

Эра литий-ионных аккумуляторов началась в 70-х годах 20 века. В отличие от никелевых батарей, в данном случае катод состоял из угля, анод — из различных соединений диоксида лития и кобальта, а электролит представлял собой соляной раствор с ионами лития. Данный тип элементов питания широко распространился во все сферы человеческой жизнедеятельности — он использовался в мобильных телефонах, портативной аудио-электронике, цифровых фотоаппаратах и даже ноутбуках. Он был лишен ключевых недостатков своих предшественников вроде «эффекта памяти», а также отличался большим объемом и стабильностью работы. Тем не менее, решение не было лишено недостатков, ключевым среди которых стали проблемы в использовании при низких температурах. Пользователь мог повредить не только саму аккумуляторную батарею, но и устройство при работе с ним при 20 и более градусах мороза.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы

Данный тип аккумуляторов — литий-полимерные батареи — стал логическим продолжением предыдущего. Широкое распространение он получил ближе к миллениуму — рубежу тысячелетий. Его характеризовало применение специального полимерного электролита в виде геля, что давало возможность создание аккумуляторов любых размеров и форм. Основными сложностями в использовании стало обязательное наличие специального контролера, который следит за недопущением излишней разрядки или избыточной зарядки батареи — эти явления могут привести к деформации аккумулятора. Все современные мобильные устройства (iPhone, различные модели Vertu, а также другие смартфоны на Android и других платформах) работают на базе именно литий-полимерных аккумуляторов.

«Далекое» будущее

Производящие современную мобильную пользовательскую электронику компании вряд ли довольны временем автономной работы своих решений, однако именно автономность зачастую приносится в жертву большей производительности и тонкому элегантному корпусу. Нельзя не отметить, тем не менее, что вендор, который совершит прорыв в современных источниках питания, станет ключевым игроком на рынке. Именно поэтому работа в данном направлении активно ведется всеми заинтересованными предприятиями самыми активными темпами. Скорее всего новые решения будут основываться на принципиально новых технологиях, которые пока еще не нашли широкого распространения.

Новые типы батареек

Новые типы батареек

Многие аналитики настаивают на развитии технологий по своеобразной спирали — все, что использовалось в прошлом, будет использоваться в будущем. Они утверждают, что совсем скоро в современной мобильной электроники могут применяться самые обыкновенные сменные батарейки, пусть и какого-то нового компактного типа. Их можно будет приобрести буквально на каждом шагу и заменить «пустой» источник питания «свежим» в любой удобный момент.

Солнечная и другие типа «природной» энергии

Солнечная и другие типа «природной» энергии

Другие футурологи утверждают, что будущее за солнечной и другими видами «природной» энергии. На задней части мобильного устройства, например, можно разместить высокоэффективные солнечные элементы, которые будут непрерывно подзаряжать аккумуляторную батарею смартфона или другого девайса и увеличивать таким образом время его автономной работы в десятки и сотни раз.

Механическая энергия

Механическая энергия

Использование механической энергии — динамо-машины и иже с ними — в современных мобильных устройствах представить достаточно сложно. Тем не менее, в тех же смартфонах может быть реализован подобный автоматическому подзаводу механических часов механизм, который будет наполнять аккумуляторную батарею устройства по мере движения пользователя вместе с ним.

Топливные элементы

Топливные элементы

Все чаще в прессе появляются заявления об изобретении аккумуляторных батарей на базе топливных элементов. Они должны работать в разы дольше сегодняшних решений, однако до массового распространения дело никак не доходит. Есть вероятность, что именно этот новый тип аккумуляторов простые пользователи смогут увидеть в своих мобильных устройствах через три-четыре их поколения.

Вездесущие беспроводные зарядки

Вездесущие беспроводные зарядки

Вполне вероятным видится повсеместное использование беспроводных зарядных устройств во всех общественных местах. В данном направлении осталась преграда перехода от предполагающего близкий контакт индукционного принципа работы к безопасному использованию электричества в воздухе средствами резонансного подхода. Проблемой активно занимаются ведущие мировые производители мобильной пользовательской электроники, среди которых стоит выделить предлагающую люксовые решения компанию Vertu.

Таким образом, несмотря на огромный проделанный современными аккумуляторными батареями путь, длина которого измеряется веками, проблема автономности мобильных устройств является одной из самых острых в индустрии. Мир ждет прорыва, компания совершившая который точно станет ключевым игроком на данном постоянно растущем рынке.

www.coultury.com

Развитие аккумуляторных батарей

Свинцовые аккумуляторные батареи известны уже сто пятьдесят лет. Однако и сегодня они являются наиболее массовым и дешёвым из химических источников тока, как благодаря относительной дешевизне применяемых для их производства материалов, так и высокой степени автоматизации современных аккумуляторных производств.

Первая свинцовая аккумуляторная батарея, которую французский учёный Гастон Планте (1834-1889) изготовил и подарил в 1860 году Французской Академии наук, имела общую активную поверхность (площадь) электродов 10 м2. Она собиралась из электродов поверхностного типа, которые имели очень большую массу и требовали длительных формировочных циклов, с периодическим изменением полярности электродов. Этот процесс продолжался от нескольких месяцев до двух лет.

Создание в 1881 году Фолькмаром (1847-1884) пластин на решётчатой основе стало той базой, на которой очень активно и успешно начал развиваться наиболее распространённый и весьма эффективный вид аккумуляторов.

За время своего существования технические характеристики свинцовых аккумуляторов с решётчатыми пастированными (намазными) пластинами существенно изменились, как в отношении их качественных показателей, так и в отношении долговечности. Лучшие образцы конца XIX века имели удельную энергию по массе, равную 7-8 Вт-ч/кг при длительном разряде, и наработку около 100 циклов (заряд-разряд). Лучшие современные образцы стартерных батарей имеют удельную энергию 40-47 Вт-ч/кг, а наработка в зависимости от исполнения составляет 200-300 циклов, причём батареи с большей удельной энергией имеют несколько меньшую долговечность.

В нашей стране аккумуляторная промышленность начала активно развиваться параллельно с развитием автомобилестроения в тридцатые годы и к началу 1940 года сложилась в самостоятельную отрасль народного хозяйства, которая имела ряд заводов, свои квалифицированные научно-технические и производственные кадры. В этот период, вместе с созданием отечественных автомобилей и тракторов, было создано большое количество новых типов аккумуляторных батарей. Это были первые батареи для мотоциклов, стартерные аккумуляторные батареи для автотракторной техники в корпусах из асфальтопековой массы и эбонита (моноблочного типа).

В послевоенный период, после восстановления эвакуированных заводов, начались работы по их реконструкции, оснащению новым механизированным и прогрессивным на то время оборудованием. Одновременно создавались и запускались в серийное производство более совершенные типы аккумуляторных батарей для новых видов автотракторной техники. На смену деревянным сепараторам пришли более долговечные синтетические из поливинилхлорида и каучука («мипласт» и «мипор»).

В шестидесятые годы XX столетия, на фоне быстрого прогресса автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения, бурного развития автомобильного транспорта, создаётся практически весь современный типоразмерный ряд отечественных стартерных аккумуляторных батарей. Эти батареи выпускались в моноблоках из эбонита и имели комбинированный сепаратор из мипласта и стекловолокна для повышения эксплуатационного срока службы.

Семидесятые годы ознаменовались целым рядом технологических разработок, внедрение которых позволило улучшить качество выпускаемых стартерных аккумуляторных батарей. Разработка и промышленное освоение коррозионностойких сплавов (с добавлением мышьяка) и усовершенствование технологии (с целью повышения коэффициента использования активных масс) позволили примерно на 20% снизить материалоёмкость батарей. Применение синтетических волокон, в качестве добавки в активную массу положительных электродов, позволило отказаться от массового применения сепараторов из стекловолокна без ущерба для долговечности батарей. Это значительно снизило трудоёмкость их сборки. Создание синтетических органических расширителей для отрицательного электрода и эффективных ингибиторов окисления свинца позволило улучшить разрядные характеристики аккумуляторных батарей при отрицательных температурах (что особенно актуально для эксплуатации в условиях наших холодных зимних месяцев) и освоить производство аккумуляторных батарей в сухозаряженном исполнении.

В восьмидесятые годы активно велись работы по разработке и освоению производства современных конструкций батарей в тонкостенных моноблоках из сополимера пропилена с общей крышкой и создание оборудования для их производства. Тогда же были заложены основы и начато производство аккумуляторных батарей с увеличенными межрегламентными сроками. В девяностые годы в России начали осваиваться стартерные батареи с сепараторами-конвертами из микропористого полиэтилена, что значительно повысило их мощность и надёжность.

Прогресс в автомобилестроении ведёт к росту мощности автомобильных двигателей при снижении удельного расхода топлива, в том числе и за счёт повышения степени его сжатия в камере сгорания. Это требует соответствующего увеличения мощности стартерного разряда аккумуляторной батареи. И одновременно с этим, для достижения максимальной экономичности, необходимо снижать удельную массу всех составных частей автомобиля, в том числе и аккумуляторных батарей, масса которых составляет от 15 кг на легковом автомобиле с двигателем до 1,5 л до 120 кг (две батареи по 12 В) на магистральных автопоездах. Вместе с тем, создатели современных автомобилей стремятся минимизировать объём работ по обслуживанию отдельных его элементов в процессе эксплуатации. Появляется всё больше узлов и комплектующих изделий в закрытом исполнении, исключающем возможность доступа в них со стороны водителя. Такие же требования с конца девяностых годов XX столетия стали применять ведущие мировые автопроизводители и к стартерным аккумуляторным батареям. Поэтому задача дальнейшего совершенствования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, являющихся в настоящее время главным источником электрической энергии для запуска двигателей внутреннего сгорания, сохраняет свою актуальность и сегодня. В ближайшем будущем ожидается значительное ужесточение требований к автомобильным аккумуляторным батареям по выполнению всех основных потребительских функций. Это связано с планируемым переводом в 2015-2017 годах всех автомобилей, выпускаемых в Западной Европе, на системы, функционирующие в режиме «старт-стоп».

На значительном количестве автотракторной техники стартерная аккумуляторная батарея, после пуска двигателя в начале движения, длительное время работает в условиях непрерывного заряда. К характерным «представителям» данной категории, работающим в таких условиях, можно отнести магистральные грузовики на междугородных грузоперевозках, междугородные автобусы и другие машины, работающие с большими среднесуточными пробегами без частых остановок при относительно стабильном режиме работы двигателя. На этих машинах батареи работают в режиме преобладающей кратковременной стартерной нагрузки с последующим длительным зарядом при постоянном напряжении и конструктивно построены таким образом, чтобы иметь форсированную мощность стартерного разряда при отрицательной температуре.

Другой типичной группой автотракторной техники являются машины для внутригородских перевозок, грузовые и строительно-дорожные машины с агрегатами, имеющими гидравлический привод, радиофицированные такси и другие транспортные средства аналогичного назначения. На них батарея служит не только для пуска двигателя, но и используется как буферный источник питания для покрытия пиковых нагрузок энергопотребления с возможностью глубоких (до 40 % от номинальной ёмкости) разрядов. Создание батарей для такой техники требует несколько иного подхода. Эти батареи должны быть более устойчивы к глубоким разрядам и при этом могут иметь меньшую удельную мощность стартерного разряда (исполнение HD и SHD).

Современное развитие науки и техники позволило начать массовое производство свинцовых батарей закрытого исполнения с регулирующим клапаном (VRLA). В этих батареях удалось реализовать замкнутый кислородный цикл по аналогии со щелочными герметичными аккумуляторами. Благодаря этому, в процессе эксплуатации вода, входящая в состав электролита, почти не разлагается и, следовательно, доливка дистиллированной воды в процессе эксплуатации не требуется. Батареи закрытого исполнения с регулирующим клапаном (VRLA) имеют иммобилизованный (связанный) электролит. Такие батареи нашли применение, в первую очередь там, где требуется обеспечить работоспособность в любом пространственном положении. Это системы резервного и аварийного энергоснабжения, бытовая техника и т.д. Использование аккумуляторных батарей такого типа на современных автомобилях и перспективной технике постоянно расширяется, благодаря созданию систем оптимизации электроснабжения и стабилизации режимов работы бортового электрооборудования.

pravauto.com

когда же мы забудем про розетки?

Первый мобильный телефон, который можно было носить с собой, а не возить на машине, был представлен компанией Motorola в 1983 году. Аппарат весил почти килограмм, и умел только совершать звонки. Нынешние смартфоны — полноценные карманные компьютеры, и «телефонные» функции в них постепенно утрачивают актуальность. Прогресс в этой области очевиден, но мало кто задумывается, что не меньший эволюционный путь проделали и батареи мобильных устройств.

О единицах измерения

Прежде всего стоит пояснить используемые в статье единицы измерения. Большинство из нас привыкло измерять энергию мобильных батарей в ампер-часах (Ач). Это значит, что аккумулятор ёмкостью в 1 Ач или 1000 мАч сможет обеспечить питание с силой тока в 1 ампер в течение часа. Однако такая единица измерения не учитывает другой важный параметр — напряжение, которое в зависимости от модели аккумулятора может быть разным. Поэтому, для сравнения аккумуляторов правильнее использовать ватт-часы (Втч): батарея ёмкостью в 1 Втч (1 А*В*ч) сможет выдавать мощность в 1 ватт в течение часа.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Motorola DynaTAC, несмотря на свою мобильность, был слишком большим и тяжёлым, чтобы носить его в кармане. Телефоны линейки Motorola MicroTAC 1989 года в карман уже помещались. Первые модели MicroTAC были оснащены никель-кадмиевыми аккумуляторами, которые могли обеспечить устройствам до 90 минут работы в режиме разговора.

Катод в никель-кадмиевых аккумуляторах выполняется из никельсодержащих соединений с добавлением графитового порошка, анод — из кадмийсодержащих соединений, а электролит — из смеси гидроксидов калия и лития.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Никель-кадмиевые батареи имеют ряд достоинств: большой ток заряда (и, как следствие, небольшое время полной зарядки), большой ресурс (несколько тысяч циклов), возможность работы в широком диапазоне температур, а также им не страшен глубокий разряд. Однако они имеют сравнительно небольшую удельную ёмкость (ёмкость на единицу массы) — 45-65 Втч/кг и высокий саморазряд, около 10% ёмкости в месяц. Кроме того, такой тип батарей подвержен эффекту памяти: при зарядке не до конца разряженного аккумулятора его напряжение снижается, что интерпретируется большинством контроллеров заряда, как потеря ёмкости. Эти недостатки привели к тому, что вскоре производители телефонов перешли на более совершенный тип аккумуляторов.

Никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы

В аккумуляторах такого типа катод сделан из оксида никеля, анод — из гидридов различных металлов (обычно никеля и лантана, или никеля и лития), а электролит — из гидроксида калия.

В отличие от никель-кадмиевых батарей, никель-металлгидридные аккумуляторы меньше подвержены эффекту памяти (он проявляется только в случае заряда частично разряженного аккумулятора, не использовавшегося несколько дней) и имеют бо́льшую удельную ёмкость — 60-72 Втч/кг (при одинаковых габаритах ёмкость примерно на 20% выше по сравнению с никель-кадмиевыми). Кроме того, в отличие от Ni-Cd, Ni-MH батареи экологически безопасны. Но у них есть и недостатки, главный из которых — ещё более высокий саморазряд, около 10% в первые сутки, а затем 0,5% каждый следующий день. Срок службы таких батарей составляет примерно 200-500 циклов, а диапазон рабочих температур сравнительно узкий: при -20°С батареи теряют до 30% ёмкости. Большинство этих недостатков удалось преодолеть только в 2005 году, когда стали выпускаться никель-металгидридные аккумуляторы с низким саморазрядом (LSD Ni-MH). Несмотря на это, как и никель-кадмиевые, никель-металлгидридные аккумуляторы остаются подвержены эффекту памяти. Первые Ni-MH аккумуляторы, использованные в телефонах Motorola MicroTAC на замену Ni-Cd, имели ёмкость около 7,2 Втч и могли обеспечить телефонам около 2 часов автономной работы в режиме разговора.

Никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы

Смартфоны с Ni-MH аккумуляторами продолжали выпускаться вплоть до конца XX века. К тому времени время автономной работы устройств выросло, но всё равно не слишком впечатляло. Выпущенный в 1999 году Siemens C25 имел аккумулятор ёмкостью 2,34 Втч и мог проработать около 5 часов в режиме разговора, в то время как легендарная Nokia 3310, появившаяся в 2000 году, несмотря на большую батарею ёмкостью 3,24 Втч, могла продержаться всего около 3-4 часов.

Впрочем, Nokia 3310 выпускалась с Ni-MH аккумуляторами сравнительно недолго: новые ревизии этой модели поставлялись уже с литий-ионными батареями.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы были впервые выпущены компанией Sony в 1991 году. Благодаря своим сбалансированным качествам они остаются самым популярным типом батарей в мобильных устройствах по сей день.

В качестве анода и катода в литий-ионных аккумуляторов применяются алюминиевая и медная фольга соответственно, покрытые различными материалами. Переносчиками заряда выступают ионы лития. В первых литий-ионных аккумуляторах в качестве материала анода использовался литий, который при частом заряде-разряде приводил к росту губкообразных структур из этого металла — дендритов. Это могло привести к замыканию электродов, что вызывало взрывы и возгорания. Проблему удалось решить путём применения вместо лития графита. Что касается материала катода, то сейчас в батареях для портативной техники в качестве него применяются соединения лития, марганца и кислорода, а также кобальтат лития.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Одним из первых телефонов, использовавших литий-ионные аккумуляторы, был Motorola MicroTAC 8700, в котором батарейки такого типа предлагались в качестве дополнительной опции вместо стандартных никель-металл-гидридных. Читая это статью, можно подумать, что кроме Motorola других производителей телефонов в то время не существовало, и это недалеко от истины: компания была лидером рынка и, вполне естественно, одной из первых внедряла новые технологии. MicroTAC 8700 был выпущен в 1996 году и в режиме разговора мог проработать около 3,5 часов. Типичная ёмкость аккумуляторов того времени составляла 700-800 мАч, а их удельная ёмкость была всего около 100 Втч/кг.

Начиная с 2001 года использованием литий-ионных аккумуляторов становится массовым, а другие типы отходят на второй план. Время автономной работы устройств с литий-ионными аккумуляторами было уже заметно более долгим: Ericsson T68 с батареей на 3,42 Втч мог проработать в режиме разговора до 11 часов, а Motorola RAZR V3 с аккумулятором на 2,52 Втч — до 7 часов.

Уже тогда стали появляться телефоны, «заточенные» под длительную автономную работу. Модель Philips [email protected] из линейки Xenium, существующей и поныне, имела батарейку ёмкостью 3,1 Втч. Время работы в режиме разговора было типичным для того времени — около 7,5 часов, но в режиме ожидания телефон мог продержаться до месяца. Для сравнения, Ericsson T68 «жил» всего 12 дней.

Примерно в это же время стали распространяться КПК на операционных системах PalmOS и Pocket PC (которая впоследствии была переименована в Windows Mobile). Первым КПК компании Palm со встроенным аккумулятором стал Palm V с литий-ионной батареей ёмкостью 2,4 Втч. По отзывам пользователей того времени, заряжать гаджет требовалось всего раз в 5 дней при достаточно активном использовании. В продажу гаджет вышел в 1999 году.

Сравнительно большой срок автономной работы был обусловлен использованием в устройствах монохромных экранов и достаточно слабой по современным меркам начинки. К примеру, КПК Tungsten T3, который появился в 2003 году, имел уже довольно мощный процессор и цветной дисплей, и его аккумулятора ёмкостью 3,7 Втч хватало лишь на 3,5 часа сёрфинга при использовании Bluetooth-подключения к телефону.

Этот недостаток был исправлен в выпущенном в 2004 году Tungsten T5, ёмкость батареи которого составляла уже 5 Втч, а автономная работа при непрерывном использовании — около 5 часов. Но и этого было явно недостаточно, из-за чего многие владельцы таких устройств пользовались программами для понижения частоты процессора, которые позволяли на несколько часов продлить время их работы.

Немногим лучше обстояли дела у КПК под управлением мобильной ОС от Microsoft, например, Compaq iPAQ 3760 на Pocket PC 2002. Аппарат появился в 2001 году и, хотя имел аккумулятор всего на 3,5 Втч, мог проработать при непрерывном использовании до 7 часов.

Одним из первых коммуникаторов на платформе Microsoft стал Qtek 1020, также известный как HTC Wallaby. Устройство было выпущено в 2002 году и работало под управлением Pocket PC 2002, а ёмкость его аккумулятора составляла 5,55 Втч. В режиме разговора аппарат работал сравнительно немного — 3,5 часа, но это была плата за широкие функции карманного компьютера.

Одним из наиболее популярных коммуникаторов своё время стал выпускаемый под множеством брендов HTC Universal с физической QWERTY-клавиатурой. Он получил батарею на 6 Втч, которая позволяла аппарату работать в режиме разговора до 8 часов. Аппарат был выпущен в 2005 году и работал на ОС Windows Mobile 5.0.

Что касается коммуникаторов на PalmOS (к тому времени уже пятой версии), то типичный представитель этого семейства, выпущенный в 2006 году Palm Treo 700p, имел батарею на 6,66 Втч. В режиме разговора этот гаджет мог проработать около 4,5 часов.

Коммуникаторами раньше называли и устройства на незаслуженно забытой сегодня платформе Symbian OS. Выпущенная в 2006 году Nokia N73 на Symbian OS 9.1 имела аккумулятор ёмкостью 4 Втч и в режиме разговора работала до 6 часов.

Упомянем и ныне почти забытый класс UMPC — компактных компьютеров (диагональ экрана 5-7 дюймов) под управлением настольных операционных систем. Яркий пример — Sony Vaio VGN-UX91 под управлением Windows Vista. Гаджет имел аккумулятор на 19,24 Втч и мог проработать автономно около 3,5 часов. Для сравнения, в современных ультрабуках ёмкость батарей может составлять 54 Втч и выше.

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют удельную ёмкость до 240 Втч/кг, срок службы около 600 циклов и имеют минимальный саморазряд — около 3% в месяц. Впрочем, хранить такие батареи следует заряженными не более, чем наполовину, иначе это приведёт к сокращению их срока службы. В настоящее время в смартфонах используются литий-ионные аккумуляторы ёмкостью до 12,2 Втч и выше. Например, Samsung Galaxy S6 с аккумулятором на 9,4 Втч способен проработать в режиме разговора около 17 часов.

Современную историю смартфонов можно отсчитывать с 2007 года, когда появился Apple iPhone, ставший первым массовым телефоном с ёмкостным экраном. Он имел литий-полимерный аккумулятор ёмкостью 5,18 Втч и работал в режиме разговора до 8 часов.

Чтобы достичь текущих 17-20 часов автономной работы в режиме разговора, потребовалось около 7 лет. К примеру, iPhone 4 с батарейкой на 5,3 Втч мог проработать при таком использовании уже 14 часов в сетях 2G и 7 часов в сетях 3G. Чуть большее время работы имел его ближайший конкурент, Samsung Galaxy S с аккумулятором на 5,55 Втч — 15,5 часов в сетях 2G и 7,5 часов в сетях 3G.

Несмотря на то, что автономность смартфонов (по крайней мере, в режиме разговора) постоянно увеличивалась, то для планшетов планка в 10 часов работы при практически любом режиме использования была задана компанией Apple ещё при выпуске первой модели iPad. С тех пор, большинство качественных планшетов крупных компаний имеют примерно одинаковую автономность.

Несмотря на впечатляющее время работы в режиме разговора, при смешанном использовании современные смартфоны редко живут больше одного-двух дней. Из-за этого некоторые производительности выпускают устройства с аккумуляторами огромной по меркам этого класса устройств ёмкости. Один из примеров — Philips Xenium V526 с батареей на 18,5 Втч, который может работать до 47 дней в режиме ожидания или до 28 часов разговоров. Смартфон был выпущен в 2015 году и работает на Android 5.1.

Долгое время считалось, что литий-ионные аккумуляторы не подвержены эффекту памяти, но в 2013 учёные обнаружили, что он всё же может наблюдаться при большом количестве частых циклов неполного разряда и заряда. Причина кроется в захвате части ионов лития на поверхности катода, которые мешают другим ионам переносить заряд внутри батареи. Кроме того, литий-ионным аккумуляторам противопоказан глубокий разряд, который может полностью вывести батарею из строя.

Литий-полимерные (Li-Po) аккумуляторы

По своей конструкции литий-полимерные аккумуляторы похожи на литий-ионные, но в качестве электролита в них используются полимерные материалы, способные проводить ионы лития. Преимуществом такой конструкции стала возможность делать аккумуляторы любой формы, включая гибкие, отсутствие эффекта памяти, а также немного более высокая удельная ёмкость.

Штатные недостатки литий-ионных аккумуляторов характерны и для литий-полимерных — сравнительно небольшой срок службы и нетерпимость к глубокому разряду.

Литий-полимерные (Li-Po) аккумуляторы

Достоверно неизвестно, в каком смартфоне и телефоне был впервые использован литий-полимерный аккумулятор, но одной из первых компаний, применившей в массовом смартфоне аккумулятор нестандартной формы стала LG. Южнокорейскому производителю удалось уместить в сравнительно небольшой корпус смартфона LG G2 батарею ёмкостью 11,4 Втч.

Но если рынок смартфонов литий-полимерные аккумуляторы всё ещё продолжают завоёвывать, то среди таких устройств, как квадрокоптеры, они, фактически, стали стандартом благодаря высокой удёльной ёмкости. К примеру, популярный коптер DJI Phantom 3 имеет съёмную батарею ёмкостью 68 Втч, которая обеспечивает ему около 23 минут полёта.

Технологии заряда аккумуляторов

Со временем развивались не только аккумуляторы, но и технологии их заряда. Раньше аккумуляторы не были приспособлены для заряда большими токами, поэтому в большинстве зарядных устройств использовалось напряжение 5 вольт и сила тока в 0,5 ампер. За последние несколько лет эти параметры постепенно увеличивались, и главная заслуга в продвижении быстрой зарядки принадлежит, пожалуй, компании Qualcomm. Её технология Quick Charge 3.0 использует напряжение до 20 В и силу тока до 3 А (эти параметры могут изменяться в процессе заряда для достижения лучших результатов и сохранения срока службы батареи). Мощность зарядных устройств с поддержкой Quick Charge 3.0 составляет 18 ватт, что позволяет полностью зарядить типичный аккумулятор для смартфона менее, чем за час. В то время как эта технология только готовится появиться на рынке в 2016 году, Quick Charge 2.0 уже успешно применяется в таких смартфонах, как LG G4, Samsung Galaxy S6 и Note 5, HTC One M9, Sony Xperia Z5 и YotaPhone 2.

Помимо быстрой зарядки, сравнительно недавно появились и технологии беспроводной зарядки. Один из самых распространённых стандартов сегодня — Qi. Его работа основана на передаче энергии на небольшое расстояние (до четырёх сантиметров) между двумя катушками посредством электромагнитной индукции. Помимо передачи энергии стандарт предусматривает обмен информацией между мобильным устройством и базовой станцией — для определения наилучших параметров зарядки и положения гаджета относительно базовой станции. Беспроводная зарядка тоже может быть быстрой: если первые Qi-совместимые устройства получали от базовой станции силу тока 400-600 мА, то теперь она может быть более 1000 мА. Подобная технология используется в последних смартфонах Samsung, и может полностью зарядить смартфон менее чем за два часа.

Будущее аккумуляторов

Несмотря на то, что за 30 лет аккумуляторы мобильных устройств серьёзно улучшились, ещё многое предстоит совершенствовать. В настоящее время ведутся исследования сразу по нескольким направлениям: увеличению скорости заряда, срока службы и удельной ёмкости.

Одна из наиболее перспективных разработок — алюминий-ионный (Al-Ion) аккумулятор, предложенный учёными Стэнфордского университета. В качестве катода в таких батареях будет использован графит, а в качестве анода — алюминий. Два ключевых преимущества нового типа аккумуляторов — большой ресурс (не менее 7500 циклов без потери ёмкости) и возможность заряда очень высокими токами, что в теории позволит заряжать гаджеты за несколько секунд.

Будущее аккумуляторов

Другой тип аккумуляторов, работоспособность которых уже подтверждена научными исследованиями — литий-воздушные. Принцип работы таких батарей заключается в выделении энергии в процессе окисления лития кислородом, который берётся из обычного воздуха. Литий-воздушные батареи имеют огромную удельную ёмкость — более 500 Втч/кг, но первые образцы не работали более 10 циклов. Дело в том, что при разряде аккумулятора кроме основного продукта реакции — оксида лития, который восстанавливается до кислорода и металлического лития в процессе заряда — образовывался и побочный продукт, карбид лития. Причиной этого было применение графитового анода, подобно литий-ионным батареям. Пару лет назад проблему удалось решить, заменив графит на карбид титана: теперь литий-воздушные аккумуляторы могут проработать 100 циклов, потеряв всего около 2% изначальной ёмкости. Сейчас учёные продолжают вести работу над увеличением срока службы и рабочего диапазона температур для таких батарей.

Наверное, не стоит ждать, что в следующем году или даже через год случится революция в мире аккумуляторов, но вот чего ожидать точно стоит — постепенного улучшения их параметров, а, значит, и увеличения времени работы наших гаджетов.

mediatek-club.ru

Развитие конструкций стартерных аккумуляторных батарей

Лучшими для стартерного режима разряда являются аккумуляторные батареи из свинцовых аккумуляторов. Работа свинцового аккумулятора основана на обратимых электрохимических реакциях, в которых участвуют двуокись свинца РbО2 положительного электрода, губчатый свинец Pb отрицательного электрода и электролит (водный раствор серной кислоты Н2SO4). В процессе разряда аккумуляторной батареи активные вещества переходят в сульфат свинца PbSO4 с образованием воды, в результате чего плотность электролита уменьшается. При заряде аккумуляторной батареи активные вещества восстанавливаются.

Аккумуляторные батареи подразделяют по конструктивно-функциональному признаку (ГОСТ 959.0-84):

  • обычной конструкции (в моноблоке с ячеечными крышками и перемычками над крышками)
  • с общей крышкой (в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой)
  • необслуживаемые (с общей крышкой, не требующие ухода при эксплуатации)

Аккумуляторные батареи для различных типов стартеров имеют свои конструктивные особенности, однако в их устройстве много общего. Батареи сохранили блочную конструкцию и состоят из:

  • моноблоков
  • крышек
  • положительных и отрицательных электродов (пластин), объединенных в полублоки
  • сепараторов
  • токопроводящих частей
  • крепежных деталей

В последние годы технико-экономические показатели стартерных аккумуляторных батарей повышаются за счет применения новых материалов и ряда новых конструктивных решений.

Большое распространение получают необслуживаемые аккумуляторные батареи. Их особенность заключается в том, что решетки пастированных электродов изготавливаются из свинцовых сплавов, не содержащих сурьмы, или малосурьмянистых.

Сурьма улучшает литейные свойства свинцовосурьмянистого сплава, повышает механическую прочность решетки, но оказывает каталитическое воздействие на электролиз воды, снижая напряжение начала газовыделения до рабочих напряжений генераторной установки. В результате в батареях обычной конструкции быстро снижается уровень электролита, выделяется взрывоопасная водородно-кислородная смесь, поэтому необходимо обеспечение интенсивной вентиляции, частого контроля уровня электролита и добавления в него дистиллированной воды. Кроме того, сплав свинца с сурьмой имеет крупнокристаллическую структуру и подвергается коррозионному разрушению. Газообразование практически отсутствует, пока напряжение не станет 2,45 В при изготовлении решеток пластин аккумулятора из свинцово-кальциево-оловянистых или малосурьмянистых (до 2,5 % сурьмы) сплавов. Из-за меньших потерь воды от электролиза (в 15-17 раз) уровень электролита в необслуживаемых батареях контролируют и корректируют не чаще одного раза в год.

Стартерная аккумуляторная батарея

Рис. Стартерная аккумуляторная батарея 6СТ-55П: 1 — корпус моноблока; 2 — крышка; 3, 5 — зажимы соответственно со знаками «+» и «-«; 4 — межэлементная перемычка; 6 — пробка; 7 — индикатор уровня жидкости; 8 — сепаратор; 9, 10 — электроды соответственно положительный и отрицательный: 11 — крепежные выступы моноблока; 12 — мостик; 13 — перегородка моноблока.

Положительные и отрицательные электроды в блоках разделены сепараторами из мипора или мипласта. Новым для необслуживаемой аккумуляторной батареи 6СТ-55А является размещение отрицательных электродов в сепараторах-конвертах, образуемых двумя сваренными между собой пластиковыми сепараторами. Сепараторы-конверты позволяют устанавливать блоки электродов непосредственно на дно моноблоков без призм и пространств для шлама между ними. В этом случае при сохранении высоты батареи более чем в 2 раза увеличивается высота h слоя электролита над пластинами в ячейках моноблока и, следовательно, объем электролита, который может быть израсходован в период эксплуатации между доливками в аккумуляторную батарею дистиллированной воды.

Схемы расположения электродов в аккумуляторных батареях

Рис. Схемы расположения электродов в аккумуляторных батареях:а — обычных; б — необслуживаемых; 1 — блок электродов; 2 — зажим; 3 — пробка; 4 — призма моноблока; Аэ — уровень электролита.

Тяжелые и хрупкие эбонитовые и асфальтопековые моноблоки заменяют полипропиленовыми. Высокая прочность полипропилена позволяет уменьшить толщину стенок (до 1,5-2,5 мм) и массу моноблока. Рациональность конструктивной формы моноблоков ведет к снижению гибкости тонких стенок из полипропилена. Достаточная прозрачность полипропилена упрощает контроль уровня электролита в батарее при эксплуатации. Применение моноблоков, крышек и вентиляционных пробок из полимерных материалов повышает удельную энергию батарей и улучшает их эксплуатационные свойства.

В усовершенствованных конструкциях аккумуляторных батарей общие крышки приваривают или приклеивают к моноблокам, а межэлементные перемычки пропускают через перегородки моноблока. Такой способ соединения аккумуляторов в батарею уменьшает расход свинца и снижает падение напряжения в межэлементных перемычках. Использование общей крышки позволяет устанавливать на несколько заливных отверстий один блок пробок.

Унификация размеров аккумуляторных батарей по высоте, ширине или длине позволяет без переделки посадочных мест устанавливать на автомобилях и тракторах одной модели батареи разной емкости, но одинаковой ширины или длины в зависимости от назначения и климатической зоны эксплуатации. При разной длине (ширине) батареи удобно ее крепление в нижней части моноблока за выступы 11.

ГОСТ 959.0-84 предусматривает для автомобилей, тракторов и других машии выпуск свинцовых стартерных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 6 и 12 В и номинальной емкостью 44-215 Ач*. По ГОСТ 959.0-84 введены изменения в условное обозначение типа аккумуляторной батареи. В нем, помимо данных о количестве аккумуляторов в батарее (3 или 6), назначении по функциональному признаку (СТ — стартериая) и номинальной емкости С20 (А*ч), указывают также исполиение: А — с общей крышкой; Н — несухозаряженная; 3 — необслуживаемая, залитая электролитом и полностью заряженная батарея.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Научный вклад учёных в изобретение и развитие аккумуляторов.

Первые опыты ученых различных стран, показавшие возможность накапливать электроэнергию, были произведены вскоре после того, как итальянский ученый Вольта открыл явление гальванического электричества.

Петров Василий Владимирович

Василий Владимирович Петров и история изобретения и развития аккумуляторов

Петров В.В.

Русским ученым В.В. Петровым в начале 19 в. было установлено наличие вторичных токов при электролизе. Это открытие впоследствии и привело к созданию электрического аккумулятора.В 1801г. француз Готеро заметил, что два одинаковых электрода, погруженные в подкисленную воду и находившиеся в соединении с полюсами вольтова столба, способны давать ток в течение короткого времени, если их разъединить от вольтова столба и замкнуть проволокой.

Эржан показал, что положительным полюсом такого вторичного источника тока делается тот электрод, который был соединен с положительным же полюсом столба. Риттер, заметивший то же самое явление, устроил в 1802г. вольтов столб, состоявший только из медных пластинок и действовавший, когда его предварительно соединяли на некоторое время с настоящим вольтовым столбом (из цинка и меди). Такой столб давал кратковременный ток и при помощи последнего можно было получать те же действия, как и от настоящего вольтова столба. Риттер внимательно изучал свойства такого прибора и устраивал его из различных металлов, чтобы выяснить их роль.

Эмилий Христианович Ленц

Ленц Э.Х.

Ленц Эмилий Христианович

В 1826г. итальянец Нобили доказал, что при помощи тока можно получить на металлической свинцовой пластинке слой перекиси свинца, а Шенбейн в 1837г. заметил, что такие пластинки можно употреблять для получения тока.Эти исследования показали, что электрическим током возможно изменять поверхности металлических пластинок таким образом, что они сами делаются способными давать ток в течение некоторого короткого времени.Основные законы гальванической поляризации были открыты академиком Э.X. Ленцем (1843г.). Его работы в области исследования гальванической поляризации сыграли важную роль в создании электрических аккумуляторов.

Появление первого свинцового аккумулятора относится к 1860г. Французский физик Планте впервые применил пластины из свинца для получения поляризационных токов.Свинцово-кислотный аккумулятор Планте не мог иметь промышленного значения ввиду его неудовлетворительных характеристик и производственных трудностей, связанных с электрохимической обработкой поверхности его пластин. В широком масштабе аккумуляторная промышленность начала развиваться только в восьмидесятых годах 19-го столетия, когда был изобретен способ получения активной массы из свинцовых окислов.В 1881г. русским физиком Лачиновым предложен способ изготовления свинцовых окислов и применения их для аккумуляторов.

В 1881-1883гг. в Кронштадтской минной школе коллективом под руководством Е.П. Тверитинова Е.П. были созданы пастированные аккумуляторы, получившие мировую известность. Впоследствии они послужили образцом для ряда заграничных конструкций.Первый аккумулятор для коротких разрядов большими токами в начале 80-х годов создал Н.Н. Бенардос для целей сварки. Эти аккумуляторы в силу их рациональной конструкции позволяли при довольно малых размерах получать значительные токи.

Американцы первыми осознали коммерческую ценность способа накопления электроэнергии. Компания, которая начала выпуск сухих элементов и аккумуляторных батарей в промышленных масштабах, заработала в штате Колумбия в 1986 году. Называлась она NCC — Национальная угольная компания. Современное название — Energizer.

Вальдмар Юнгнер и никель-кадмиевая батарея

В 1899г. шведский ученый Вальдмар Юнгнер изобрел никель-кадмиевую батарею. В качестве положительных пластин в ней использовались пластины из никеля, а в качестве отрицательных — пластины из кадмия. Широкого распространения этот тип батарей в то время не получил в связи с дороговизной их производства. Но уже в 1901г. американцем Эдисоном была изобретена более дешевая в производстве и практичная никель-железная АКБ.В конце XIX века исследования в области химических источников тока продолжались. В 1932г. немецкие ученые Шлехт и Аккерман создали прессованные пластины для АКБ. В 1947г. французский ученый Нойман разработал первую герметичную НКБ (никель-кадмиевую батарею).В 1956г. Американская компания Energizer создала и освоили выпуск батареек с напряжением 9 вольт. В середине 1970-х годов были разработаны свинцово-кислотные АКБ с регулируемыми клапанами.

В 1990г. началось широкомасштабное производство никель-металлгидридных батарей, а в 1992г. в Канаде — производство перезаряжаемых алкалиновых батарей.В 1999г. изобретены литий-ионные полимерные батареи. Впервые коммерциализировала это изделие японская фирма Sony.В 2001г. появились первые топливные элементы с протонно-обменной мембраной.

На нашем информационном сайте мы постараемся раскрыть вопросы, касающиеся  этого интересного мира аккумуляторов, который в наш век высоких технологий начинает развиваться очень быстро.

akkumir.ru

Развитие батарей - палка в колеса нефтегаза?. Нефть. Ресурсы. Статьи Bigness.ru

Развитие батарей - палка в колеса нефтегаза?

Развитие батарей - палка в колеса нефтегаза?

Прогресс в электронике и других отраслях сдерживается стагнацией в создании отвечающих современным требованиям накопителей энергии. Появление емких, мощных, быстро заряжающихся, сверхмалых и гибких аккумуляторов может видоизменить целые сферы нашей жизни. Изобретательская активность в этой области высока, и лаборатории регулярно выдают новые решения.

Ученые из Университета Иллинойса недавно похвастались своей разработкой, которые продолжают основную на сегодняшний день линию литий-ионных аккумуляторов. Новые батареи могут изменить представления людей об аккумуляторах, заявляют авторы изделия. Стандартно громкие фразы не всегда отражают действительность, однако в совокупности с теми наработками, которые уже сделаны в этом направлении, можно констатировать, что разработчики действительно вышли на границы грядущего прорыва…

Читайте также: Смартфоны и планшеты уйдут в небытие

В новом аккумуляторе американские разработчики формируют для накопления энергии трехмерную структуру внутренних элементов, что делает батарею намного более емкой, позволяет добиться высокой мощности и силы тока.

По силе тока батарея превосходит сегодняшние аналоги почти в 2 тысячи раз. И заряжается в разы быстрее. Вместо десятков минут, которые требуются для зарядки такого аккумулятора, ему потребуется всего несколько секунд. Анодом служит сплав никеля и олова, катод выполнен из марганцевых солей лития.

Обозначенные возможности отменяют основные недостатки нынешних аккумуляторов, которые не позволяют им занять новые ниши в современном технологическом мире. Это не только возможность дальнейшей эволюции смартфонов и иных мобильных электронных гаджетов за счет роста энергопотребления благодаря гораздо более емким батареям. Однако традиционным для батарей литий-ионного типа является вопрос себестоимости производства. Без максимального удешевления их распространение будет сдерживаться, как это происходит и сейчас.

Еще по теме: Грузовые электрокары — будущее дорог России

Кого-то эта ситуация вполне устраивает. Развитие батарей, в идеальном варианте, открывает новые перспективы в сфере электротранспорта и альтернативной энергетики. Нетрудно догадаться, что естественным идеологическим противником электромобильного прогресса является нефтегазовый сектор, который в значительной степени контролируются банковскими конгломератами. Редакция Bigness. ru поинтересовалась у экспертов, когда, по их мнению, человечество сможет сократить добычу и потребление сырья в пользу литий-ионных аккумуляторов и возможен ли в принципе отказ от сырьевой энергетики в пользу технологий будущего?

"Несмотря на то, что технологии Li-ion аккумуляторов довольно часто усовершенствуются, для коммерциализации теоретических разработок может потребоваться от 5 лет при более оптимистичном сценарии, и до 10-12 лет — при пессимистичном, — считает аналитик "Инвесткафе" Лилия Бруева, замечая, что европейские страны могут быстрее отказаться от традиционной электроэнергетики, для чего они активно развивают собственные возобновляемые источники энергии и работают над интеграцией бирж электроэнергии, — В России на претворение в жизнь проектов альтернативной энергетики потребуется как минимум 10-15 лет".

Это интересно: Энергетическая цивилизованность Солнца

Впрочем, у других экспертов оказались еще более пессимистичные взгляды на возможную революцию в энергетике. По их мнению, сколько бы сил не вкладывалось в совершенствование аккумуляторов, существует одно препятствие, преодолеть которое ученым не по силам.

"Литий — это, мягко говоря, далеко не самый распространенный элемент, — заявляет знаменитый политический консультант Анатолий Вассерман, — запасы лития в мире, насколько мне известно, на несколько порядков меньше запасов нефти. Хотя понятно, что нефть расходуется безвозвратно, а литий используется в аккумуляторах, но аккумуляторы тоже изнашиваются. Не весь литий, в них содержащийся, можно эффективно использовать повторно, и поэтому применение литиевых аккумуляторов добавит к цене энергии, которая в них накапливается и потом расходуется, довольно заметную сумму. Но это не главное. Главное, что это всего лишь аккумуляторы, и прежде чем накопить в них энергию, ее еще надо произвести, а возможный набор источников энергии, доступных нам, не так уж велик".

Читайте: Альтернативной энергии альтернативы нет

О главной трудности в распространении мощных аккумуляторов говорит и доктор физико-математических наук, известный профессор Анри Рухадзе: "Лития в природе не так много, чтоб когда-нибудь с помощью лития, какие бы аккумуляторы ни были, заменить нефть. Это слишком малая доля. О сланцах идет речь. Запасы сланца, конечно, большие. Но литиевые аккумуляторы никогда не заменят сырье", — авторитетно заключает профессор.

Меж тем, Анатолий Вассерман уверен, что на сегодняшний день "единственной реальной альтернативой энергетике, опирающейся на ископаемое топливо, может быть только ядерная энергетика", в продвижении которой развитие аккумуляторных систем сыграет важную роль. По мнению эксперта, ионно-литиевый прорыв "резко упростит применение ядерной энергии и станет дополнительным этапом для перехода от ископаемых горючих к ядерной энергетике".

www.bigness.ru

Развитие электрических батарей и аккумуляторов – правда или миф

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 29.02.2016 00:51 Автор: Abramova Olesya

Электрические батареи все чаще рассматриваются как экологически чистое решение, способное освободить общество от нефтяной зависимости. Хотя эта миссия является благородной и верной, индустрия еще не созрела в полной мере взять на себя эту ответственность. Расширение границ использования напоминает ученым о многих ограничениях, присущих электрохимическим источникам питания, таких как лимитированное время работы и количество вмещаемой энергии, необходимость долгой зарядки, а также ограниченное несколькими сотнями циклов заряда/разряда время жизни.

В эпоху, когда казалось бы удивительные изобретения случаются каждый день, с электрическими батареями дела обстоят сложнее. Достижения, полученные с момента коммерциализации корпорацией Sony литий-ионной технологии в 1991 году, несравнимы с достижениями той же микроэлектроники. В сравнении с законом Мура, согласно которому число транзисторов на интегральной схеме удваивается каждые два года, литий-ионные источники электроэнергии получали только восьмипроцентное ежегодное увеличение мощности в течение двух последних десятилетий. В 2015 году этот показатель даже уменьшился до 5 процентов, хотя есть и хорошая новость - показатель себестоимости снизился на 8 процентов.

Прогресс, без сомнения, присутствует, но существует и множество до сих пор нерешенных вызовов. Литий-воздушная технология, предложенная в 1970-х, с принципом работы, близким к сжиганию жидкого топлива, имеет проблемы со стабильностью и показателями экологичности воздуха, которым она “дышит”. Многообещающая литий-металлическая технология, разработанная в 1980-х, до сих пор борется с образованием дендритов, которые могут привести к возгоранию или даже взрыву аккумулятора. Литий-серная технология может уже и близка к коммерческой реализации, но ученые все равно должны решить проблему ее короткого жизненного цикла. Редокс-аккумуляторы проточного типа обещают стать перспективным решением для энергоемких систем, но текущие реализации технологии чувствительны к коррозии.

Перспективным методом для увеличения плотности энергии литий-ионных батарей выглядит использование графена, материала толщиной всего лишь в 1 атом. Нанесение слоя графена на анод может давать четырехкратное увеличение энергетических показателей батареи. Но развитие этой технологии, по прогнозам, займет не менее 4 лет.

Но существуют и более оптимистичные взгляды на отрасль. Например, Объединенный Центр Изучения Хранения Энергии (JCESR), собрал лучшие умы лабораторий, университетов и частных предприятий США с целью улучшить аккумуляторную батарею. Получив грант в 120 млн долларов от министерства энергетики США, JCESR хочет за пять лет разработать батарею, которая будет в пять раз мощнее и в пять раз дешевле. Соответственно, они и назвали свой план 5-5-5.

Японская корпорация Toyota также разрабатывает свой аккумулятор; он будет называться “аккумулятор Сакити”, в честь Сакити Тоёда, изобретателя первого в Японии ткацкого станка. Сакити Тоёда часто называют отцом японского промышленного переворота и, говорят, что в 1925 году он обещал награду в 1 млн иен тому, кто разработает аккумуляторную батарею, способную производить энергии больше, чем сгорание бензина. Чтобы претендовать на эту награду, “аккумулятор Сакити” должен быть долговечным и быстро заряжаемым.

Аккумуляторы EverExceed

 

OPzS NI-CD OPzV
20 лет / 1500 циклов 25 лет / 2000 циклов 20 лет / 1500 циклов
для промышленного и частного применения: телекоммуникации, аварийное освещение, солнечные электростанции, системы безопасности, (UPS) источники бесперебойного питания и т.д.

В целом, потребительские качества аккумуляторных батарей для портативных устройств удовлетворяют рынок, главным двигателем прогресса отрасли является развитие электротранспорта, где долгосрочный успех будет определять стоимость и длительность работы аккумулятора. Можно сказать, что именно электротранспорт формирует требования к электрическим батареям.

Вряд ли имеет смысл использовать аккумуляторы для движения поездов, океанских лайнеров или больших самолетов. Батареи слишком большие для этого. Например, если заменить обычные двигатели и топливо в самолете на аккумуляторные батареи, то полет будет продолжаться не более 10 минут, прежде чем энергия закончится. Конкурировать с ископаемым топливом, которое обладает в 100 раз лучшим показателем удельной теплоты сгорания, электрическим батареям не под силу. (Смотрите также: Теплотворная способность аккумуляторов) Но у батарей есть и преимущества перед нефтью, такие как экологичность, тишина при работе и возможность немедленного запуска одним нажатием переключателя.

best-energy.com.ua