В чем разница между литий-ионными (Li-Ion) и твердотельными аккумуляторами (SSB). Твердотельные аккумуляторы


Чем отличаются твердотельные батареи от литий-ионных - Новости

Подробности о начинке вашего любимого смартфона и перспективной начинке будущего

 

На почве скандалов со взрывоопасными батареями в печально прославившихся Samsung Note 7 эксперты мобильного мира все чаще обсуждают, что будущее мобильной электроники – в твердотельных батареях. Вам интересно, что это такое и чем они отличаются от ныне используемых литий-ионных?

Ключевое различие между привычными литий-ионными батареями и твердотельными заключается в том, что литий-ионные батареи используют жидкий электролит, а твердотельные – твердый. Электролит – это токопроводящая смесь веществ, которая обеспечивает течение тока между анодом и катодом («минусом» и «плюсом» внутри батареи). Твердотельные батареи работают по тому же принципу, что и ионные: при зарядке ионы лития перемещаются на катод, откуда при выключении зарядного устройства отправляются в свободное плавание через электролит обратно к аноду, создавая электрический ток. Изменение в материалах позволяет добиться значительного изменения свойств, в том числе максимального объема, времени зарядки, размера и уровня безопасности.

Схема литий-ионной батареи

 

Компактность

В первую очередь, переход от жидкого к твердому электролиту обеспечивает увеличение количества энергии на тот же размер аккумулятора. В «жидкотельных» батареях необходим ощутимый слой жидкости и специальный сепаратор, разделяющий катод и анод, чтобы избежать короткого замыкания. Для твердотельного аккумулятора достаточно куда более тонкого барьера.

Сепараторы в литий-ионных аккумуляторах обычно имеют толщину около 20-30 микрон (0.02-0.03 мм), а в твердотельных используются сепараторы в 3-4 микрона – примерно в 7 раз более тонкие. Конечно, сепаратор – не единственный объемный предмет внутри батареи, и катод с анодом так сжать не выйдет. Но все же в твердотельную батарею «влезает» примерно вдвое больше энергии, чем в литий-ионную такой же толщины.

 Твердотельная батарея намного компактнее литий-ионной

 

Надежность

Твердотельные электролиты куда меньше склонны к химическим реакциям, чем жидкость или гель, поэтому они работают намного дольше и не требуют замены через 2-3 года. Также это означает, что такие батареи не загорятся и не взорвутся от производственных дефектов или при повреждении.

В нынешних смартфонах через год-два использования приходится менять аккумулятор. Они хуже держат заряд, начинает мерцать экран или телефон спонтанно уходит в перезагрузку. С твердотельными батареями смартфон проживет куда дольше без замены запчастей.

 

Виды твердотельных батарей

Но говорить о «твердотельных батареях» в целом – это упрощение, потому что в батареях используется множество различных видов твердых химических соединений: литиевые гидриды, гранаты, ангродиты, перовскиты, литиевые галогениды, литиевые и натриевые ионные проводники. Большая часть из этих видов все еще использует литий в качестве материала для электродов, но некоторые ищут альтернативные материалы для катода и анода.

 

Литий-полимерные батареи уже есть на рынке

На текущий момент из присутствующих на рынке типов твердотельных аккумуляторов наиболее успешен литий-полимерный (LiPo). Аккумуляторы этого типа очень легкие, тонкие и даже гибкие, и теряет только 5% мощности после 40 тыс. циклов зарядки (для сравнения, литий-ионные выдерживают не больше тысячи циклов). Но, к сожалению, у этого типа недостаточно высокая общая емкость и проводимость, так что его мощность не позволяет использовать этот аккумулятор в бытовой технике.

Проводимость – это общая беда твердотельных аккумуляторов, ведь ионам намного сложнее передвигаться через твердое вещество, чем через жидкость. Только поэтому твердотельные батареи все еще не встречаются в смартфонах, ноутбуках и электромашинах. Но сейчас ученые ведут разработку новых материалов на основе гранатов, которые потенциально могут решить эту проблему.

Популярная модель литий-полимерного аккумулятора

 

Полноценные твердотельные батареи для смартфонов мы не увидим еще лет пять. По крайней мере, так считают эксперты. Но вот в других устройствах (например, в дронах) они могут появится уже в следующем году. Последние исследования дают результаты, которые могут конкурировать с существующими литий-ионными аккумуляторами с точки зрения основных свойств, но имеют все преимущества твердотельных батарей. Все, что нужно, – чтобы производственный процесс вышел «на конвейер».

Основные преимущества твердотельных батарей – до 6 раз более быстрая зарядка, удвоение емкости, цикл жизни около 10 лет, невоспламеняющиеся компоненты – несомненно, изменят рынок смартфонов и портативных устройств к лучшему.

igate.com.ua

Твердотельные батареи SSB будущее за новыми батареями 2017 года

Скоро мы забудем о проблеме легковоспламеняющихся батарей, которые в настоящее время используют производители для своих мобильных устройств. Причина этому твердотельные батареи SSB, и они являются не новой технологией, но есть основания полагать, что они скоро спасут нас от неприятных инцидентов.

Что такое технология Solid State Battery (SSB) или твердотельные батареи SSB

К сожалению, они слишком дороги, чтобы увидеть их на данном этапе смартфонов среднего уровня, но это может измениться в ближайшие годы. Поэтому вы можете выяснить, в чем разница между литий-ионными и твердотельными батареями.

Твердотельные батареи SSB будущее за новыми батареями 2017 года

Основное различие между наиболее часто используемых литий-ионных батарей и твердотельных батарей, первое использование жидкого раствора электролита для регулирования электрического тока, в то время как твердотельные батареи с использованием твердого электролита. В качестве электролита в аккумуляторных батареях является проводящая химическая смесь, что позволяет току протекать между анодом и катодом.

Твердотельные батареи SSB работают таким же образом, что и нынешние батареи, но изменение материалов и изменение некоторых из атрибутов батареи, в том числе и максимальную емкость, количество времени зарядки, размер и безопасность.

Более высокая плотность энергии

Непосредственная выгода от перехода из жидкого состояния в твердый электролит, может привлечь увеличение плотности энергии батареи. Это объясняется тем, что толщина барьеров, которая предотвращает короткое замыкание внутри батареи может быть уменьшена в твердотельных батареях от 20-30 мкм до 3-4 мкм. Так что твердотельные батареи SSB могут быть упакованы до двух раз больше энергии, чем литий-ионный аккумулятор.

Более длительный срок службы

Твердые электролиты являются гораздо более долговечными, чем жидкие, чем литий-ионные и вам не придется заменять их 2-3 года. Кроме того, твердотельные батареи не взрываются или воспламеняются при повреждении или имеют производственные дефекты, что означает большую безопасность для потребителей.

Виды твердых электролитов

Есть восемь различных основных категорий твердотельной батареи в соответствии с материалом для электролита. Они являются Li-Halide, Li-Hydride, NASICON-like, Garnet, Argyrodite, LiPON и LISICON-like. Так как эта технология все еще является новой, то трудно сказать, кто станет фаворитом, но как для наиболее перспективного вида на основе сульфидом может стать LiPON и Garnet.

Тонкопленочные батареи

Одним из наиболее успешных видов тонкопленочных твердотельных аккумуляторов LiPON, так как большинство производителей производят их с литиевым анодом. Электролит LiPON обеспечивает отличный вес, толщину, и даже гибкость. Возвращаясь к теме долговечных клеток, LiPON также продемонстрировал превосходную стабильность с сокращением лишь 5% от 300 до 1000 циклов показывают снижение мощности. Это означает, что батареи LiPON могут длиться от 40 до 130 раз дольше, чем литий-ионные батареи, прежде чем они потребуют замены. Недостатки батарей LiPON, общая емкость для хранения энергии и проводимости довольно плохая.

Большие, громоздкие батареи

В настоящее время, твердотельные батареи SSB до сих пор не подходят для более крупных клеток, таких, которые необходимы в ноутбуках или электрических транспортных средств. Эти типы батарей все еще страдают от более низкой электрической проводимостью, чем органические и жидких электролиты при комнатной температуре, что делает их непрактичными для коммерческих продуктов.

Заключение

Очевидно, что нам еще предстоит сделать ряд исследований и испытаний технологии твердотельных батарей и в течение 4-5 лет мы сможем увидеть их в смартфонах. Согласно последним исследованиям, твердотельные батареи могут конкурировать с существующими литий-ионными батареями с точки зрения: до 6 раз быстрее зарядки до двух раз больше плотности энергии, более длительный срок службы — до 10 лет и никаких легковоспламеняющихся компонентов. Это, безусловно, твердотельные батареи SSB будут весьма полезными для смартфонов и других портативных устройств.

techbro.ru

Fisker патентует твердотельные литиевые батареи для электромобилей будущего / Geektimes

Компания Fisker Automitive, созданная экс-сотрудником Tesla Хенриком Фискером, объявила о прорыве в разработке аккумуляторов. Судя по информации, предоставленной Fisker, речь идет о твердотельных аккумуляторах нового типа, которые будут использоваться в собственных электромобилях компании. Эти батареи обеспечивают машине запас хода вплоть до 800 км, а заряжаются они менее, чем за минуту. Таким образом, разработка решает сразу две главные проблемы электромобилей — относительно малый запас хода и время зарядки.

Fisker подала патентную заявку на свое изобретение. Основные отличительные его черты — новый тип материалов, используемый для создания батарей и новый технологический процесс, критически важный для увеличения емкости батареи и скорости ее зарядки. Благодаря особенностям электродов твердотельных батарей плотность энергии в них в 2,5 раз больше, чем в литиево-ионных аккумуляторах. Именно благодаря высокой плотности, как утверждают ученые из Fisker, запас хода электромобиля удается увеличить в несколько раз, по сравнению с аналогами на обычных батареях. В этом случае время зарядки аккумулятора электромобиля меньше, чем время, которое тратит водитель обычного авто на заправку бака топливом.

К сожалению, для производства аккумуляторов от Fisker необходимо создать полностью новое производство. А это возможно осуществить не ранее, чем через несколько лет. По словам представителей компании, наладить выпуск твердотельных аккумуляторов удастся не ранее 2023 года.

«Этот прорыв — начало новой эры твердотельных материалов и технических процессов. Мы сейчас решаем все проблемы, которые появляются на пути коммерциализации технологии, такие, как производительность при низких температурах, удешевление процесса производства, возможность миниатюризации аккумуляторов», — заявил Фабио Албано, вице-президент аккумуляторного подразделения в Fisker Inc.

Твердотельная технология Fisker предусматривает использование объемных электродов, площадь удельной поверхности которых в 25 раз больше площади удельной поверхности обычных пленочных электродов в литиево-ионных батареях

На данный момент у технологии, предложенной Fisker, действительно есть ряд нерешенных проблем. Главные — это возможность увеличения плотности размещения электродов, ограниченный температурный интервал эксплуатации, ограниченное количество материалов, которые можно использовать для создания батарей, немасштабируемый процесс производства. Тем не менее, в Fisker обещают найти решения для каждой из названных проблем. Именно для этого компании и требуется пять лет.

Уже предложена конструкция электродов, которая позволит производить универсальные аккумуляторы различных размеров и вольтажа. Но кроме чисто технических проблем, нужно решать еще и вопросы логистики — ведь сейчас нет готовых цепочек поставок необходимых материалов и оборудования для производства твердотельных батарей. Все это придется создавать с нуля.

Тем не менее, новая технология сулит отличные перспективы. Кроме запаса хода в 800 км, аккумуляторы после отладки процесса производства будут более дешевыми, чем нынешние батареи. На данный момент дороговизна электромобилей и относительно малый запас хода останавливают большинство потенциальных покупателей таких транспортных средств.

Руководство Fisker сейчас ведет переговоры с различными промышленными группами, пытаясь наладить производство аккумуляторов раньше 2023 года.

Как уже говорилось, изначально свои аккумуляторы компания будет устанавливать в электромобили собственной конструкции. Но в Fisker не исключают и возможность изготовления батарей меньшего размера, чтобы поставлять их представителям из других сфер электроники.

Максимальный запас хода на данный момент — у электрокаров Tesla. Это 540 километров у Tesla model S 100D. Минимальное время зарядки батареи машины составляет 30 минут. Ранее Tesla запустила проект станций быстрой замены аккумуляторов, но из-за технических сложностей эта система оказалась неэффективной и от нее было решено отказаться.

geektimes.com

Bosch купил технологию твердотельных аккумуляторов —

Дата публикации: 17 сентября 2015

На Франкфуртском автосалоне Bosch объявил о покупке компании Seeo, разработавшей следующее поколение литий-ионных батарей, которые могут удвоить дальность хода электрических автомобилей. Данная компания базируется в калифорнийском Хэйворде, она разработала анод из чистого лития для литиево-ионных батарей, который упрощает структуру элементов в случае твердотельных батарей, а также существенно увеличивает ёмкость хранения энергии.

Основная проблема современного электромобиля — аккумулятор

Электрокары не могут стать господствующими среди покупателей, поскольку нынешняя аккумуляторная технология ограничивает дальность хода транспортного средства цифрой меньше 500 километров, и чтобы полностью снова зарядить батарею автомобиля потребуется несколько часов.

Аккумулятор электромобиля состоит из множества элементов (ячеек), соединенных вместе. Ёмкость энергии аккумулятора может быть повышена различными способами. В частности, важную роль в химии элемента играет материал положительного и отрицательного терминалов (катода и анода). В нынешних литий-ионных батареях ёмкость энергии ограничена, в том числе, и тем, что анод состоит из графита (по большей части). С помощью твердотельной технологии от Bosch и Seeo получается использовать анод из чистого лития, что существенно увеличивает ёмкость хранения энергии. Новые элементы не содержат жидкого электролита и не горючие.

Традиционные аккумуляторные батареи используют электрохимический источник энергии и становятся менее безопасны и надежны, по мере роста их мощности, дойдя до точки, когда батарея может воспламениться. Аккумуляторы Seeo на основе нереакционноспособных твердых полимерных электролитов, менее склонны к недостаткам, которые встречаются у нынешнего поколения цилиндрических и призматических литий-ионных батарей.

Технология Seeo

Основанная в 2007 году, Seeo известна достижениями в создании литий-ионных аккумуляторов на основе нано-структурированного полимерного электролита. Seeo использует твердотельные технологии, чтоб вытеснить жидкий электролит раз и навсегда.

Используя твердый электролит, Seeo производит DryLyte батареи, которые имеют высокую плотность энергии и к тому же являются безопасными. Seeo владеет эксклюзивной лицензией на патенты Национальной лаборатории имени Лоренса Беркли, которая может помочь компании «Бош» производить легковесные аккумуляторы в промышленных масштабах.

Аккумуляторы SEEO

В декабре, генеральный директор Seeo Хал Зарем рассказал о планах производить батареи, с плотностью энергии в два раза больше, чем коммерческие литий-ионные батареи настоящего времени. Удельная энергоемкость передовых литий-полимерных элементов Seeo составляет 350 ватт-часов на килограмм, что примерно в 2 раза выше уровня аккумуляторов, используемых в сегодняшних электрокарах.

Технология Seeo может помочь увеличить энергоемкость батареи с 50 до 100%, что может значительно повысить дальность хода электромобиля.

Литий-ионные батареи Bosch с твердотельной технологией

Литий-ионные батареи Bosch с твердотельной технологией

Прогноз от Bosch

Bosch видит немалый потенциал в новых твердотельных элементах, которые к 2020 году позволят существенно уменьшить затраты и более чем удвоить плотность хранения энергии. Если сегодня электромобиль может пройти до 500 км от одного заряда, то с новыми батареями дальность хода увеличивается до более 1.000 км – и при этом цена батарей будет ниже.

Если верить прогнозам компании, к 2025 году примерно 15% всех новых автомобилей будут использовать электрический привод. В Европе ожидается более высокая доля — более трети продаваемых автомобилей, но большинство из них будут гибридными. На автосалоне было показано большое число гибридных автомобилей, хотя крупные концерны сегодня активно разрабатывают и полностью электрические автомобили – с 2018 по 2020 год на рынок выйдут новинки Audi, Porsche, BMW и Volkswagen первого и второго поколений.

Стоит отметить, что в 2014 году Bosch вместе с GS Yuasa и Mitsubishi Corporation основал совместное предприятие Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG по разработке более мощного поколения литий-ионных батарей. Технология Seeo Inc. отлично дополняет нынешнюю компетенцию Bosch и расширяет рамки сотрудничества с японскими партнерами.

altenergiya.ru

Эксперты ставят под сомнение работу новой твердотельной батареи Гуденафа / Geektimes

image

На протяжении многих десятилетий ученые ищут способы безопасно использовать мощный, но при этом воспламеняющиеся чистый литий в батареях. Джон Гуденаф (John Goodenough), 94-летний отец литий-ионных аккумуляторов, утверждает, что нашел новое решение.

Ученый и его команда из Техасского университета в Остине разработали первые твердотельные элементы батареи, которые могли бы привести к более безопасной и быстрой зарядке аккумулятора, а также сделать их более долговечными.

Если это действительно так, изобретение может позволить электрическим автомобилям конкурировать с обычными по цене, а также продлить срок работы мобильных устройств и элементов стационарного хранения энергии. Невероятное решение, описанное в статье Гуденафа и трех его соавторов, привлекло огромный интерес со стороны ведущих научно-технических изданий. По его оценкам, батарея такого типа может хранить в 5-10 раз больше энергии, чем привычные литий-ионные аккумуляторы. Однако ученые стали задавать вопросы относительно возможности сохранить такое количество энергии и при этом не нарушить основные законы термодинамики.

Гуденаф сообщил, что в его элементе батареи было достигнуто 10-кратное повышение плотности энергии в одном эксперименте, и 3-кратное – в другом. В одном из последующих тестов удалось достигнуть даже 30-кратного увеличения – 8,5 кВт·ч/кг. При этом ему не потребовались какие-либо дорогие экзотические материалы – ученый и его команда обошлись натрием и серой. Если все-таки Гуденафу удастся разрушить сомнения научного сообщества, его аккумулятор действительно может получить широкое применение.

Неудивительно, что работа Гуденафа и его команды вызвала волнение среди представителей науки. 28 февраля Техасский университет сообщил, что ученые придумали способ внедрения анода из чистого лития или натрия, который из-за своего энергетического потенциала был главной целью на протяжении десятилетий. Ключевым фактором, позволившим этому случиться, стало использование стекла в качестве электролита, которое соединило два электрода батареи и способствовало перемещению ионов для выработки электричества.

Однако другие ведущие исследователи в этой области скептически отнеслись к открытию Гуденафа. Они уверены, что если внимательно изучить исследование, то станет ясно, что ученый ставит под сомнение законы термодинамики, которые являются основополагающими для разработки аккумуляторов уже более полувека.

Длинная карьера Гуденафа определила современную индустрию батарей. Исследователи полагают, что его измерения точны. Но никто, кроме Гуденафа и его коллег, кажется, не понял его новую концепцию. Сообщество исследователей не желает открыто бросить вызов человеку, определившему развитие индустрии. «Если бы кто-то другой опубликовал такую статью, я бы вряд ли смог найти вежливые слова», – отмечает профессор из Принстонского университета Даниэль Штейнгарт (Daniel Steingart).

Гуденаф не отвечает на письма, но в заявлении, опубликованном на сайте Техасского университета, где он продолжает работать, он сказал: «Мы считаем, что наше открытие решает многие проблемы, которые присущи современным батареям. Стоимость, безопасность, плотность энергии, уровень заряда, разряда и жизненного цикла являются критическими для автомобилей, работающих от батареи, которые пока не могут получить широкое распространение». Кроме того, ведущий автор исследования Хелена Брага (Helena Braga) в ответных письмах утверждает, что изобретение команды действительно работает.

Несмотря на все его заслуги, последняя работа поставила научное сообщество в тупик. В статье так и не сказано, как новое изобретение Гуденафа может хранить энергию? Известные законы физики твердого тела диктуют, что для получения энергии из различающихся материалов необходимо производить различающиеся электро-химические реакции в двух противостоящих электродах. Эта разница создает напряжение, позволяя энергии сохраняться.

Но элементы аккумулятора Гуденафа и его команды состоят из чистого лития или натрия с обеих сторон. Следовательно, напряжение должно быть равно нулю. Ученый сообщает, что плотность энергии увеличена в несколько раз по сравнению с привычными батареями. Откуда берется энергия, если нет реакции, протекающей в электродах? В научной работе этот вопрос оставлен без ответа.

Профессор Штейнгарт провел анализ работы Гуденафа и назвал скрытую в элементе энергию «аномальной способностью». И он также спрашивает, не просочился ли кислород в элементы батареи, что могло непреднамеренно создать литий-воздушную батарею, что объясняло бы такую плотность энергии. Литий-воздушные батареи – это второй Святой Грааль в науке, еще более неуловимый, чем анод из чистого лития. Еще никому не удавалось сделать такой элемент, который продержался дольше нескольких циклов.

image

Хелена Брага, в свою очередь, отрицает «литий-воздушное» объяснение, настаивая на том, что их элементы батареи являются твердыми. Также она отмечает, что в ходе эксперимента их аккумулятор выдержал сотни циклов – дольше, чем любой перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор.

В течение почти четырех десятилетий Гуденаф являлся ключевой фигурой в мире современных аккумуляторов. В 1980 году он изобрел литий-кобальт-оксидный катод, который поступил в продажу в 1991 году. Однако с тех пор те аккумуляторы, которые массово поставляются на рынок, оставляют желать лучшего. Современная технология создания батарей является серьезным препятствием для развития технологий будущего, включая массовое производство электромобилей. Батареи для них слишком дорогие и они долго заряжаются.

geektimes.ru

Батарея-оригами и аккумулятор из песка. Революция элементов питания

Посмотрев правде в лицо, скажем: единственное, что удерживает человечество от сильнейшего технологического рывка — это проблемы сохранения и передачи энергии. Современные аккумуляторы не успевают за аппетитами наших гаджетов, и от этого иногда становится грустно. Выше нос! Оказывается, все разработки уже давно готовы. Осталось только воплотить их в жизнь.Для начала разберемся с тем, что же нового нам могут предложить ученые мира и какие технологии выглядят наиболее реалистичными.

Твердотельные аккумуляторы

Pocket-lint

Научные сотрудники Массачусетского технологического университета уверены: твердотельные аккумуляторы работают лучше, чем литий-ионные. Кроме того, они безопасные, долговечные и более емкие. На данный момент мы используем литий-ионные батареи, в которых используются жидкие электролиты. Они легко воспламеняются, обладают ограниченным сроком эксплуатации и быстро достигают своего предела эффективности.

Твердотельные аккумуляторы можно перезаряжать сотни тысяч раз, прежде чем их жизненный цикл окончится. Также они безопасны, а значит — применимы для автомобилей.

Аккумулятор с утроенной емкостью

Pocket-lint

Тот же Массачусетский университет представил и другое решение: нано-аккумулятор с утроенной емкостью, по сравнению с теми предложениями, которые мы можем найти на рынке. Чтобы зарядить такой, понадобится всего лишь 6 минут. Они относительно долговечные, а производство такой батареи неприлично дешевое. Так что вскоре мы увидим их на прилавках.

Аккумулятор из алюминия и графита

Pocket-lint

Стэнфордский университет презентовал собственную разработку — батарею из алюминия и графита. Она умеет заряжать смартфон полностью всего лишь за минуту, кроме того батарея довольно гибкая и долговечная. Заряжается она за считанные минуты. Такой аккумулятор, однако, не очень емкий — он удерживает только половину от того заряда, который вмещают литий-ионные батареи. С другой стороны, столько преимуществ и один недостаток!

Альфа-аккумулятор

Billion Bytes

Алюминиево-воздушная батарея нового поколения способна удержать в 40 раз больше заряда, чем литий-ионные варианты. Чтобы перезарядить, ее нужно полностью наполнить водой — соленой или пресной. Заряда хватит на 14 дней — именно такой срок дают ее разработчики, Fuji Pigment. Конечно, аналитики считают, что это идеальный вариант для автомобилей. Появления Альфа-батареи стоит ждать уже в конце этого года.

Гибкий аккумулятор

Pocket-lint

Университет штата Аризона предложил использовать гибкий аккумулятор, принцип работы и форма которого вдохновлены японским искусством оригами. Поэтому, например, такую батарею можно применять в качестве ремешка для умных часов, создания одежды-аккумулятора и многого другого. Прототип пока что довольно велик по размеру, зато им получилось зарядить Samsung Gear 2. Аккумулятор эластичен и не прекращает работу, пока вы мнете его в руке. Производство не требует особых затрат или новых технологий. Удивительно, но оригами-батарея использует существующие наработки, поэтому вполне возможно, что мы увидим тонкий и гибкий аккумулятор уже совсем скоро.

Сила трения

Pocket-lint

Электричество можно добывать и из собственной кожи. Для сбора тока используется электрод, а тончайшая (10 нанометров) золотая пленка как раз идеальна для такой роли. Тысячи маленьких силиконовых элементов помогут создать максимальную поверхность для контакта с кожей, а значит — зафиксировать больше фрикций. Третий слой аккумулятора — это наша кожа, которая выполняет роль трибоэлектрического покрытия — то есть такого, которое способно создавать заряд при трении. Вуаля, батарея готова!

От технологий переходим к конкретным примерам. Вы удивитесь, но аккумуляторы, которые раньше вам могли только присниться, уже созданы, и больше того — многие из них находятся в продаже.

Lumopack: зарядите iPhone 6 за 6 минут

Lyte Systems

Аккумулятор, нацеленный на скоростное восполнение заряда, уже может похвастаться собственными достижениями. К примеру, он способен полностью зарядить iPhone 6 всего за 6 минут. А чтобы вернуть Lumopack в рабочее состояние, понадобится еще 30 минут. Стоимость аккумулятора составляет $79.

Jenax — оригами-батарея

Pocket-lint

Технология, описанная выше, уже нашла свое воплощение в аккумуляторе Jenax. У компании J.Flex получилось создать гибкую батарею, которая гнется так же, как бумага. При этом аккумулятор водонепроницаем, а значит, его можно использовать для производства одежды или аксессуаров для носимых гаджетов. На данный момент Jenax прошел все проверки на безопасность: батарею согнули и разогнули более 200 000 раз, и она по-прежнему работает.

uBeam — энергия по воздуху

TechCrunch

С помощью ультразвука батарея uBeam способна передавать электричество. Заряд преобразуется в звуковые волны и затем конвертируется обратно, когда достигает девайса. Создательница uBeam, астробиолог Мередит Перри, утверждает, что для передачи заряда нужна небольшая плитка толщиной в 5 мм. А смартфону или другому девайсу, принимающему энергию, потребуется лишь крохотный приемник.

Батарея на росе: очень круто

Pocket-lint

Эта разработка находится на ранней стадии, но только подумайте: специалисты Массачусетского университета нашли способ добывать энергию из росы. В прототипе используются тонкие металлические пластины, которые улавливают крошечные капельки воды в воздухе и вырабатывают электричество из них. В дальнейшем эту технологию планируют использовать там, где других источников энергии попросту нет.

StoreDot заряжает телефон за 30 секунд

New York Times

Аккумулятор StoreDot, который совместим с большинством современных смартфонов, использует технологию, разработанную в университете Тель-Авива. Демонстрация показала, что StoreDot может зарядить Samsung Galaxy S4 за 30 секунд. Внутри аккумулятора — органические полупроводники, которые состоят из пептидов. StoreDot также обещают выпустить такую же батарею для автомобилей и говорят, что она сможет восполнить заряд за 3 минуты. Ожидать новинку стоит к 2017 году, а вот цена уже заявлена — $30.

Прозрачная батарея: во-первых, это удобно

Pocket-lint

Такую показала Alcatel: прозрачное покрытие на экране мобильного телефона оказалось солнечной батареей, которая пригодна для зарядки устройства. Для начала работы достаточно просто выложить гаджет на солнце. Удобный аккумулятор будет доступен в следующем году.

Energous WattUp — это вам не радио слушать

Pocket-lint

Больше всего похожий на роутер, девайс Energous WattUp передает энергию с помощью радиоволн. Новинку представили на конференции CES 2015. Чтобы начать зарядку, ваш смартфон нужно подключить к небольшому чипу-приемнику. Максимальное расстояние, на которое Energous WattUp сможет передать заряд, — 6 метров. Проблема только в том, что ждать крутой аккумулятор придется долго — он появится лишь в следующем году.

Органическая батарея: очень, очень дешево

Pocket-lint

Один из возможных сценариев развития аккумуляторов — органические батареи. Например, специалисты из Массачусетского университета создали устройство, работа которого будет стоить очень дешево. Так, производство одного киловатт-часа этой органической батареи стоит $27. Для металлических аккумуляторов эта сумма равна $700. Для создания этого девайса используют молекулы хинона. Батарея, сделанная по такой технологии, не ограничена размерностями и может быть как крохотной, так и очень масштабной.

Песчаная батарея: знакомые все лица

TechSpot

Использование песка в аккумуляторе — одна из самых гениальных догадок. Ведь технология остается той же, что и в литий-ионных батареях. Только в новом варианте песок замещает собой графит в анодах. Вследствие этого снижается стоимость и токсичность аккумулятора. А работает такая песчаная батарея втрое лучше. Вообще ученые Калифорнийского университета искали способ добыть наносиликон, который нужен для такого аккумулятора. Производить его очень дорого и сложно. А вот если взять песок, очистить, смешать с солью и марганцем и нагреть, — получится то, что нужно.

Нанобатарея — очень маленькая

Pocket-lint

Нанобатарея в 80 000 раз тоньше, чем человеческий волос, зато ее емкость превышает средний показатель в три раза. Чтобы зарядить такой аккумулятор, потребуется лишь 12 минут. Жизненный цикл выдержит несколько тысяч перезарядок. Ее сделали сотрудники университета Мэриленда: они создали «нанопоры», размещенные по принципу пчелиных сот.

По материалам Pocket-lint.

lifehacker.ru

Изобретатель литий-ионного аккумулятора представил новый тип батарей —

Дата публикации: 5 марта 2017

Команда исследователей под руководством 94-летнего Джона Гуденафа (John Goodenough), профессора инженерной школы Кокрелл Техасского университета и одного из создателей литий-ионных аккумуляторов, разработала первые твердотельные гальванические элементы, благодаря которым можно значительно увеличить скорость зарядки, безопасность и время жизни аккумуляторов.

Новый тип батарей от изобретателя литий-ионного аккумулятора

В чём преимущество новой технологии?

Новый тип батарей обладает в три раза большей энергоёмкостью, быстрее заряжается, выдерживает температуру до −60°C, не взрывается от перегрева или повреждений оболочки и не вредит окружающей среде при утилизации. В качестве материала, накапливающего электроэнергию, в таком аккумуляторе используется не редкий и дорогой литий, а дешёвый натрий, который можно добывать из морской воды так же, как соль. Риск возгорания такой батареи близок к нулю.

По словам ученых, их новые гальванические элементы способны накапливать по крайней мере в три раза больше энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Это значит, что в будущем электрокары смогут проезжать гораздо большие расстояния, чем сейчас. Новые аккумуляторы также обладают более длинным циклом жизни, а также более быстрой скоростью зарядки (минуты вместо часов).

И как всё это работает?

Современные литий-ионные аккумуляторы используют жидкие электролиты для транспортировки ионов лития между анодом (отрицательно заряженной частью аккумулятора) и катодом (положительно заряженной частью аккумулятора). Быстрая зарядка гальванических элементов может привести к возникновению дендритов, или «металлических усов», в жидких электролитах, из-за этого может произойти короткое замыкание, которое может привести к возгоранию. Вместо жидких электролитов исследователи начали использовать стеклянные электролиты, которые позволяют использовать металлический щелочной анод без формирования дендритов.

Использование металлического щелочного анода увеличивает плотность энергии катода и жизненный цикл аккумулятора. В экспериментах, проведенных исследователями, гальванические элементы отработали более 1200 циклов с низким внутренним сопротивлением.

К тому же, поскольку электролиты из стекла могут функционировать, то есть обладают высокой проводимостью, при температуре от −20 градусов и выше, новые гальванические элементы — первые, которые могут работать при температуре ниже 60 градусов по Цельсию.

Другой особенностью таких аккумуляторов является то, что они могут быть изготовлены из безвредных для земли материалов. Электролиты из стекла позволяют заменить литий на дешевый натрий, который может быть получен из морской воды.

Гуденаф — не первый, кто решил заменить жидкий электролит твердотельным. До него аналогичными экспериментами занимались исследователи из Массачусетского технологического института. Они использовали сульфиды, но выяснили, что этот материал слишком хрупок, поэтому аккумуляторы, созданные на его основе, нельзя использовать в портативной технике и электромобилях.

Литий-ионные аккумуляторы используются в электронике с начала девяностых годов и почти вытеснили все другие виды батарей. За 25 лет заметного прорыва в этой технологии не достигнуто — энергоэффективность таких аккумуляторов хоть и растёт, но очень медленно. Их главные проблемы — опасность взрыва в любой момент без видимых причин и плавная потеря номинальной ёмкости от перезаряда вплоть до полного истощения.

«Стоимость, безопасность, энергоёмкость, скорость зарядки и продолжительность использования батареи — это критически важные показатели для дальнейшего распространения электромобилей. Мы считаем, что наша технология поможет решить многие проблемы, которым подвержены современные аккумуляторы», — прокомментировал своё изобретение Джон Гуденаф.

Создатель литий-ионных аккумуляторов представил новый тип аккумуляторов

В данный момент Гуденаф работает над несколькими патентами и в скором будущем надеется обзавестись поддержкой производителей, чтобы протестировать свои новые материалы в реальных условиях.

Источники: https://tproger.ru/news/john-goodenough-still-good-enough/ и https://www.iguides.ru/main/gadgets/other_vendors/novyy_tip_batarey_ot_izobretatelya_litiy_ionnogo_akkumulyatora/

altenergiya.ru


Смотрите также