Особенности заряда стартерных аккумуляторов TAB
Как заряжать кальциевые АКБ марки TAB
Кальциевые стартерные аккумуляторы – наиболее распространенный тип автомобильных АКБ. Их используют в большинстве современных легковых автомобилях, легких грузовиках, минивэнах, микроавтобусах и других вариациях малого коммерческого транспорта. Это разновидность традиционных кислотно-свинцовых аккумуляторов, пластины которых изготовлены из свинца, легированного кальцием. Его доля в общей массе пластины составляет всего доли процентов, поэтому правильнее стоило бы называть такие АКБ как «свинцово-кальциевые батареи». Однако в обиходе используется упрощенная бытовая формулировка «кальциевые», под которой подразумевают обычные современные АКБ с обозначением Ca/Ca, у которых положительные и отрицательные пластины легированы кальцием.Решетки пластин фирменных «кальциевых» батарей TAB изготавливают по прогрессивной технологии Expanded Metal Technology (ЕМТ), которая позволяет свести к минимуму разброс геометрических и физических параметров пластин, а также улучшить их антикоррозионные и прочностные свойства. Достоинство ЕМТ еще и в том, что он позволяет делать свинцовые пластины аккумулятора как можно более тонкими и прочными. Решетки делают из тонкой ленты, сначала методом специальной перфорации, а затем путем растягивания. В итоге получают решетчатые пластины-электроды с требуемой конфигурацией ячеек, отличающиеся высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
По типу использования батареи делятся на обслуживаемые и необслуживаемые. Банки обслуживаемых АКБ в ходе эксплуатации и при зарядке приходится периодически вскрывать, проверять плотность электролита, доливать в них воду. Необслуживаемые АКБ (с индексом SMF), которые оснащены герметичной двойной лабиринтной крышкой с системой отвода газов, при правильной эксплуатации вообще не требуют доливания воды. Соответственно, и порядок заряда обслуживаемых и необслуживаемых АКБ по некоторым моментам различается.
Но есть и общие, причем обязательные правила, касающиеся этой процедуры. Самое главное же в том, что заряд АКБ должен проводиться при плюсовой температуре (оптимально – это +22…. +25 градусов), причем в хорошо проветриваемом пожаробезопасном помещении. Аккумулятор считается полностью заряженным, если через двенадцать часов после завершения заряда и отключения ЗУ напряжение на его клеммах будет составлять не менее 12,7 В
Понятно, что проще всего заряжать необслуживаемые АКБ. Если используется автоматическое ЗУ, то его зажимы согласно полярности закрепляются на клеммах АКБ, после чего производится его подключение к бытовой электросети. Контроль заряда осуществляется в соответствии с инструкцией к ЗУ. Как правило, для этой цели в устройствах предусмотрено светодиодная индикация, меняющая свой цвет при достижении заряда.
В случае применения автоматических ЗУ с ручной установкой максимального зарядного тока и напряжения на аппарате необходимо сначала выставить требуемые значения этих параметров. Это необходимо для достижения оптимального алгоритма заряда. Для традиционных кислотных («кальциевых») батарей TAB максимальное значение зарядного напряжения составляет 14,8 Вольт, максимальное рекомендуемое значение зарядного тока – одной десятой емкости АКБ, указанной на ее этикетке. То есть, если емкость АКБ равна 60 А*ч, то максимальный ток заряда должен быть выставлен на значение 6 ампер. Окончанием заряда можно считать момент снижения тока до 0,5-0,8 А и его стабилизацию в течение двух часов. Подробнее об этом смотрите в ролике ниже.
С обслуживаемыми АКБ процедура заряда будет более трудоемкая. Перед началом процедуры надо выкрутить пробки из заливных отверстий и оставить их в своих посадочных гнездах. Далее проверяется плотность и уровень электролита, который должен быть указан производителем для каждой модели АКБ. При плотности электролита менее 1,26 батарею следует зарядить.
В ручном режиме начинать заряд следует током, равным 5% от емкости (например, 3 Ампер для АКБ емкостью 60 А*ч) в течение двух часов, затем ток увеличивают до 10% от емкости (6 Ампер для АКБ емкостью 60 А*ч), контролируя при этом температуру электролита (она не должна быть выше 45 градусов) и его плотность. Критерием полного заряда можно считать достижение плотности электролита до значения 1,28, а также стабилизация тока заряда в течение двух часов на уровне 0,5-0,8 А.
После завершения заряда каждую пробку поочередно, перед тем как закрутить, следует вынуть из отверстия, чтобы скопившиеся под крышкой газы (они всегда образуются при заряде) вышли наружу. В таком положении АКБ должен постоять не менее 15 минут, затем пробки заворачиваются, а крышка тщательно протирается насухо.
Cмотрите еще:
Как заряжать EFB-батареи
Как заряжать AGM-батареи
Изложенные выше сведения не являются публичной офертой и носят сугубо информационный характер
24 ноября 2011
Аккумулятор — это маленькое сердце мотора и его бесперебойная работа жизненно необходима для запуска.
двигателя. Многим автомобилистам знакома ситуация, когда машина неожиданно перестает заводиться или на некоторых автомобилях при разряженной батарее в нее просто не попасть, так как машина не открывается. Приходится вызывать мастера по вскрытию автомобиля, ждать его приезда. День полностью летит под откос, все планы рушатся. Поэтому очень важно правильно эксплуатировать АКБ, а в случае необходимости, вовремя заменить.
Так что же влияет на продолжительность жизни аккумулятора?
Одной из причин, по которой аккумулятор выходит из строя, является температурные условия окружающей среды. Низкие и высокие температуры снижают срок службы батареи.
У большинства автомобилей аккумулятор находится по соседству с двигателем, который нагревает его, что снижает срок службы в несколько раз. Фирмы Audi, BMW, Jaguar и Rolls-Royse убрали аккумулятор из двигательного отсека, а недостатки наличия дополнительного провода уравновесились повышенной надежностью батареи. В моделях класса «супермини» аккумуляторы всегда находились в багажнике.
Есть и другие решения. Например, в новой модели Peugeot 406 устанавливается аккумулятор с двойным корпусом. Между стенками прогоняется воздух, что предохраняет батарею от перегрева. Но не все являются счастливыми обладателями машины, у которой конструктивно аккумулятор защищен от перегрева. Поэтому не удивляйтесь, если после жаркого лета аккумулятор внезапно «умирает».
В зимнее время важно контролировать уровень заряда в аккумуляторе. При разряде АКБ снижается плотность электролита, то есть уменьшается удельное количество серной кислоты, содержащейся в растворе электролита, и образуется вода. При плотности 1,11 г/см3 электролит замерзнет уже при -7 0С, а при плотности 1,27 г/см3 – только при -58 0С.
Плотность электролита у исправной полностью заряженной АКБ для условий центральных районов страны должна быть 1,27 ÷1,28г/см3 при +25С и нормальном уровне над блоками пластин. В южных районах страны значение плотности электролита 1,24 ÷1,25г/см3 . В районах Сибири плотность электролита в АКБ на зимний период устанавливают 1,30г/см3 (чтобы частично разряженная АКБ при минус 40 ÷45С не разрушалась льдом), а на летний период плотность снижают, чтобы уменьшить разрушение пластин в этот период от высокой плотности электролита.
Если батарею в разряженном состоянии оставить на морозе , то образовавшаяся вода замерзнет, расширится и деформирует корпус. Такой аккумулятор восстановлению не подлежит. Если вам повезло, и батарея замерзла не на весь объем,обошлось без деформации корпуса, то ее можно восстановить. Лед должен полностью растаять при комнатной температуре, и только потом следует зарядить АКБ.
Если при запуске двигателя в зимнее время аккумулятор разрядился в «ноль», какие действия нужно предпринять? Глубокий разряд вреден для любой батареи. Если это произошло, то необходимо зарядить аккумулятор от стационарного зарядного устройства, но не позднее чем через 2-3 дня после глубокого разряда батареи.
Еще одной причиной быстрого износа аккумулятора является режим эксплуатации автомобиля. Многочасовое простаивание в пробках приводит к тому, что генератор не может обеспечить энергией все энергопотребители в машине. Дополнительным источником энергии становится аккумулятор.
Еще одним не маловажным фактором, влияющим на срок службы аккумулятора, является интенсивность его эксплуатации. Жизнь аккумулятора измеряется в циклах. Один цикл – это «заряд-разряд».Увеличивая количество циклов, мы уменьшаем срок службы АКБ. Не используйте АКБ для сторонних энергопотребителей, например, на природе, на даче и.т.д. Без специального оборудования невозможно определить степень заряда батареи и просчитать динамику разрядки, а значит, велика вероятность глубокого разряда. Используйте для этих целей резервный аккумулятор. Тоже самое относится и к «прикуриванию» другого автомобиля. Это можно делать при соблюдении определенных требований. Двигатель автомобиля, от которого осуществляют «прикуривание», должен быть обязательно выключен. При этом надо помнить, что нельзя прикуривать автомобиль у которого емкость аккумулятора больше вашего.
Так же на срок службы аккумулятора влияет исправность электрооборудования в автомобиле. Не правильно установленное оборудование ведет к утечке тока. Как правило , она начинает себя проявлять в полную силу зимой, поскольку аккумулятор уже не может при низкой температуре долгое время держать номинальную емкость. Если в автомобиле не работает генератор, то все энергопотребители питаются от аккумулятора, что ведет к его глубокому разряду , а в дальнейшем , к выходу из строя.
« все статьи
Правильный и безопасный заряд аккумулятора — как и чем заряжать? | Статьи
Как правильно и безопасно зарядить авто (мото) свинцово-кислотный аккумулятор.
Сразу оговоримся — настоящая статья предназначена для неподготовленных людей, аккумуляторщики и опытные пользователи вряд ли почерпнут для себя что-то новое.
Не отвлекаясь на второстепенные моменты, мы постараемся донести до читателей статьи базовые основы заряда аккумулятора и поможем выбрать правильное зарядное устройство.
Какие существуют методы заряда.
1. Заряд постоянным током.
Заряд производится при установленном значении зарядного тока (измеряется в Ампер) без ограничения напряжения (измеряется в Вольт). Пример устройства, обеспечивающего данный способ заряда – классический тяжелый трансформаторный зарядник – выпрямитель. Величина зарядного тока и длительность заряда определяются исходя из значения емкости, технологии изготовления и состояния аккумулятора. Ограничить напряжение при таком способе заряда возможно только вручную, уменьшением значения тока. Данный способ используется как правило профессиональными аккумуляторщиками и рекомендуется только для опытных пользователей.
2. Заряд при постоянном напряжении.
Заряд производится при заданном постоянном значении напряжения. Ток может быть ограничен возможностями и настройками зарядного устройства (пользователем). Пример устройства, обеспечивающего данный способ заряда – автомобильный реле-регулятор. Современные продвинутые реле-регуляторы способны менять напряжение заряда по алгоритмам, установленным автопроизводителями, но суть от этого не меняется – заряд все равно происходит при постоянном напряжении.
3. Заряд смешанным методом.
Первый этап заряда производится методом постоянного тока установленным (ограниченным) значением тока до достижения заданного значения напряжения (предустановлено в зарядном устройстве или ограничено пользователем). Второй этап начинается по достижении заданного напряжения, зарядный ток стабилизируется и его значение начинает падать, по сути на данном этапе заряд уже идет при постоянном напряжении. Правильный заряд этим так называемым смешанным методом могут обеспечить современные импульсные зарядные устройства, но только те, которые имеют функцию ограничения напряжения значением, подходящим для технологии изготовления и состояния конкретно взятого аккумулятора. Данный способ (метод) и подходит больше всего обычному, неопытному пользователю, которому надо при проведении заряда учесть состояние своего аккумулятора и технологию его изготовления, а также уяснить ряд нехитрых правил проведения заряда. Ну и, конечно, надо иметь правильное зарядное устройство.
Необходимо уяснить, что ресурс батареи снижают три основных явления:
– Оплывание (осыпание) активной массы с решеток (электродов), которое происходит при перезаряде либо в процессе естественного механического износа, застарелый сульфат в активной массе также способствует ее быстрому осыпанию. Данное явление носит необратимый характер, лечению не подлежит, при критическом уровне данного процесса батарея подлежит замене.
— Сульфатация, т.е. образование кристаллов сульфата свинца на пластинах в процессе разряда АКБ. Сульфат всегда присутствует в любой батарее, его образование и растворение – это естественный рабочий процесс, происходящий при разряде-заряде батареи. Кристаллы сульфата могут быть небольшими и легко растворимыми, при хроническом недозаряде они становятся крупными и тяжело растворимыми. Данное явление носит обратимый характер, но чем старее в батарее сульфат, тем тяжелее его растворить, тем больше усилий придется для этого приложить и больше действий совершить.
— Расслоение электролита (кислотная стратификация). Электролит состоит из воды и серной кислоты, причем кислота физически тяжелее воды. В процессе заряда сульфат растворяется и кислота снова попадает в электролит, причем стремится стечь по пластинам в нижнюю часть корпуса АКБ. Данное явление наиболее усиливается в разряженных батареях и наименее характерно для тех АКБ, в которых разряд незначительный и своевременно восполняется. Устраняется расслоение электролита путем доведения заряженной батареи до состояния, при котором происходит ее интенсивное «кипение», т.е. электролиз, разложение воды на кислород и водород.
Вышеперечисленные явления как правило идут рука об руку, и эксплуатация АКБ с застарелым сульфатом приводит к ускоренному осыпанию активной массы (нерабочая осыпающаяся активная масса называется шламом) и повышенному расходу воды из АКБ, все это сопровождается расслоением электролита. Это происходит потому, что крупные кристаллы сульфата уменьшают площадь пластин, на которой происходит химическая реакция, оставшаяся рабочая активная масса подвергается более высокой нагрузке, все больше зарядного тока бесполезно тратится впустую на электролиз – разложение воды на кислород и водород. Соответственно, чем больше в АКБ застарелого сульфата, тем быстрее происходят описанные негативные процессы и все ближе утилизация АКБ.
Правильный и полноценный заряд проводится при температуре АКБ, равной комнатной. Но начинать заряд вполне можно при любой температуре АКБ.
Если нам нужно зарядить исправный аккумулятор, который имеет свежий незначительный разряд, скажем, не более 50 % от емкости, достаточно будет ограничить напряжение окончания заряда 14,8 – 15 Вольт, зарядный ток ограничиваем значением, не превышающем 10 % от номинальной емкости аккумулятора. Свидетельством окончания заряда будет служить падение зарядного тока до значения 0,5 – 1 Ампер. Наличие пробок на аккумуляторе позволит окончательно убедиться в окончании заряда путем измерения контроля уровня электролита и его плотности, которая должна достичь заводской – 1,27 – 1,31 г/см3 (крайне желательно знать исходную плотность).
Если требуется зарядить аккумулятор с почти полностью разряженного состояния, либо есть сомнения относительно его исправности или есть необходимость в сезонном профилактическом заряде, целесообразно применить несколько иной алгоритм заряда, разделив заряд на два этапа.
На первом этапе, не нагружая активную массу на пластинах, проводим заряд током, не превышающем 10 % емкости АКБ, ограничив напряжение безопасным значением, не более 14,4 – 14,8 Вольт. Перед зарядом необходимо убедиться, что уровень электролита достаточен, чтобы были закрыты пластины, при необходимости долить дистиллированную воду. Доводить уровень до исходного на первом этапе не нужно, так как в процессе заряда он может подняться и есть риск получить избыточный уровень электролита. Если батарея была глубоко разряжена или долго эксплуатировалась в состоянии хронического недозаряда, лучше значение тока выставить как можно меньше, вплоть до 1 % от емкости. Чем меньше значение зарядного тока, тем качественнее и полнее происходит заряд, только дольше по времени. На первом этапе задача состоит в том, чтобы максимально полно восполнить емкость батареи без избыточной нагрузки на активную массу на решетках. Индикатор окончания первого этапа заряда – падение зарядного тока до значения менее 1 Ампер, чем меньше, тем лучше.
На втором, самом важном этапе заряда, нужно решить две основные задачи – растворить застарелый сульфат и устранить расслоение электролита. При наличии неравномерного и/или недостаточного уровня электролита также добавляется задача выровнять уровень и плотность электролита во всех банках. В таком случае второй этап заряда также называется уравновешивающим, или выравнивающим зарядом.
Необходимо тщательно выровнять уровень электролита дистиллированной водой. И довести его до уровня заводского, который в разных АКБ составляет от 1,5 до 3 см. Проще, если в АКБ есть какие-либо физические индикаторы в виде, например, пластиковых лапок-ограничителей. Если нет, нужно найти информацию в руководстве или на сайте завода-производителя.
Устанавливаем такие параметры заряда, которые обеспечат интенсивное газовыделение из электролита, т.е «кипение». Напряжение, при котором будет интенсивно кипеть АКБ по технологии Са/Са, составляет примерно 15,5 — 16 Вольт, выставляем 16, гибридная Sb/Ca – 15,3 – 15,6 Вольт, выставляем 15,5 – 15,7 Вольт, для сурьмянистых должно хватить 15 Вольт. Величину зарядного тока лучше ограничить 1 – 5 % от емкости АКБ, причем чем более «запущена» батарея, тем меньше зарядный ток есть смысл выставить, заданное напряжение при этом будет достигаться конечно же дольше.
Положительный результат можно будет считать достигнутым, если зарядный ток после достижения заданного напряжения упал до 1 Ампер и ниже, плотность электролита достигла исходного значения 1,27 – 1,31 г/см3 (необходимо знать заводские параметры плотности), стала равномерной во всех банках, и значение плотности не меняется на протяжении двух – трех часов. Даже если за короткое время зарядный ток упал до низкого значения (0,5 – 1 Ампер), заряд все равно целесообразно продолжить на протяжении нескольких часов для устранения кислотной стратификации. Если положительный результат не достигается на протяжении многих часов, если по плотности «отстают» некоторые банки, можно поднять напряжение заряда на 0,1 – 0,3 Вольт. Иногда можно и даже нужно поднять ток и напряжение заряда и выше, или вообще снять ограничение по напряжению, но, повторяемся, наша статья для неопытных пользователей, данные действия Вы будете осуществлять на свой страх и риск.
Если описанные действия не привели к нужному результату, отдайте АКБ в квалифицированный сервис или замените на новую. Либо выжмите из нее оставшийся ресурс и потом замените.
Если у Вас АКБ с лабиринтной крышкой без пробок, отрегулировать уровень электролита без «колхозинга» не получится, поэтому нужно хотя бы попытаться убедиться, что он есть, путем просвечивания АКБ мощным источником света. Такие батареи, несмотря на то, что маркетологи назвали их «необслуживаемыми», как раз таки очень нуждаются в своевременной правильной дозарядке, потому что полностью заряженная исправная кальциевая АКБ практически не расходует воду, и уровень электролита в ней долгое время остается ровным и стабильным.
Особенности заряда батарей по технологии Са/Са EFB.
Заряд аккумуляторов EFB производится так же, как и обычных кальциевых. Нужно только учесть одну особенность — в правильных EFB пластины толще и скомпонованы плотнее, расстояние между ними меньше, по этой причине электролит в них перемешать тяжелее, плотность в верхних слоях батареи может подниматься дольше. Будьте готовы к тому, что второй этап заряда на повышенном напряжении возможно придется производить дольше, напряжение поднимать выше.
Особенности заряда батарей по технологии AGM, GEL.
А вот AGM и GEL технологии заряжать с применением высоких значений напряжения крайне нежелательно. Ввиду того, что в них отсутствует электролит в жидком виде, кислотная стратификация как таковая отсутствует, перемешивать электролит не нужно, и избыточное напряжение приведет к безвозвратной утрате воды. Поэтому заряжать их следует в один этап с ограничением напряжения 14,3 — 14,4 Вольт. Если результат не достигнут, можно попробовать поднять напряжение заряда до 15 Вольт, но долго скорей всего такая батарея уже не прослужит. Глубокий разряд такие батареи переносят намного хуже классических, и вероятность их восстановления после глубокого разряда намного ниже. Их «конек» — цикличность, т.е. работа в режиме многократного частичного разряда-заряда. Но никак не глубокого разряда. Поэтому задача пользователя при эксплуатации таких батарей — не допускать их разряда и своевременно его восполнять.
Ну и собственно, какое зарядное устройство выбрать?
Полноценное зарядное устройство, которое позволит правильно зарядить аккумулятор, изготовленный по любой технологии, должно иметь регулировку не только зарядного тока, но и, что самое важное, напряжения заряда. Причем крайне желательно, чтобы регулировка была плавной (особенно для зарядного тока) и как можно более широкими диапазонами. Допустима ступенчатая регулировка напряжения заряда, лишь бы этого самого напряжения хватало для правильного заряда. Также важно, чтобы зарядное устройство без «разрешения» пользователя не переходило по окончании заряда в так называемый буферный режим (хранение аккумулятора при пониженном напряжении с компенсацией саморазряда), это препятствует полноценному окончанию заряда и «добивке» емкости до 100%.
Примером полноценного импульсного зарядного устройства, которое способно полностью заменить старый трансформаторник — выпрямитель, является «Вымпел-57» производства ООО «НПП «ОРИОН», либо более продвинутая «интеллектуальная» его версия — «Вымпел-55».
Ну и конечно, старое доброе трансформаторное зарядное устройство — выпрямитель, способное заряжать методом постоянного тока без ограничения напряжения, но, повторимся, на наш взгляд, это инструмент для опытного и умелого пользователя.
Помните, что своевременный и правильный профилактический заряд как минимум в два – три раза продлит ресурс Вашего аккумулятора!
Защита АКБ в сильные морозы
Аккумулятор – сердце автомобиля! Именно от АКБ зависит запуск двигателя и функционирование всех приборов в салоне, поэтому важно правильно эксплуатировать и обслуживать батарею. Некоторые автолюбители считают, что, в зависимости от времени года, нужно уменьшать или увеличивать номинальную плотность электролита. Разберемся, так ли это.
Стоит ли увеличивать номинальную плотность электролита с наступлением зимы?Заводы-изготовители выпускают аккумуляторы с плотностью электролита в максимально заряженных АКБ: 1,27 – 1,28 г/см³. Для наших широт это оптимальная плотность, и регулировать ее не просто не рекомендуется, а даже запрещено. Плотность 1,27 г/см³ позволяет электролиту не замерзать до –60 °C. Конечно, если предстоит более суровая зима или требуется восстановить АКБ после сильной разрядки, плотность электролита увеличить придется, но не самостоятельно. Обратитесь к специалистам по обслуживанию автомобилей. Самостоятельно можно только корректировать уровень электролита дистиллированной водой, доливая до необходимого уровня. Увеличение номинальной плотности с помощью кислоты приводит к агрессивности среды, а, следовательно, к ускоренному осыпанию пластин аккумулятора. Лучше доведите уровень заряда аккумулятора перед сильными холодами до выравнивания плотности по банкам АКБ и показателей 1,27- 1,28 г/ см³ (в свинцовых аккумуляторах).
К чему приводит глубокая разрядка АКБ?Если в теплое время можно завести авто только с наполовину заряженным аккумулятором, то перед началом зимы заряда должно быть не менее 80%. Причина в том, что при минусовых температурах смазка в АКБ густеет, приводя к ее разрядке. В морозы требуется больше энергии на запуск холодного двигателя, интенсивную работу бортовой системы, печки, видеорегистратора, магнитолы, фар и т.д. Бросая автомобиль в ледяном гараже, во дворе, на стоянке, редко используя его из-за гололеда или снегопада, мы способствуем накапливанию разряженности АКБ, в результате чего снижается и плотность электролита. Ионы оседают на пластинах АКБ, а вода, входящая в его состав, кристаллизуется, расширяется и разрушает изоляторы между пластинами соседних банок. Таким образом, разряженный аккумулятор во время морозов приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин! Мутный электролит в банках – сигнал о гибели аккумулятора.
Рекомендации по зарядке замерзшего аккумулятора.
Зимой подзаряжайте АКБ хотя бы два раза в месяц, а размороженную «реанимируйте» малыми токами. Для этого можно использовать правило трех пятерок: при температуре -5 нужно поставить АКБ на зарядку током 5А на 5 часов.
Если нет возможности занести аккумулятор в дом, для восстановления энергетического баланса батареи необходимо не менее часа интенсивной поездки.
Для карбюраторных автомобилей – при оборотах не менее 1500 об/мин, для инжекторных – не менее 800-1000 об/мин. Электролиту нужно время, чтобы хорошо прогреться и зарядиться.
Когда машину не удается завести из-за подморожения АКБ и глубокой разрядки, некоторые водители «прикуривают» свою АКБ от чужого аккумулятора. В этом случае она подвергается двойному пусковому току, пробивающему изоляторы между пластинами. Имейте в виду, что заводская экспертиза это увидит, и возврат АКБ не примет.
Перед тем как оставить автомобиль на несколько часов, убедитесь, что двери закрыты, а в салоне отключены все энергопотребляющие приборы. Не выключенные на ночь фары часто являются причиной разрядки аккумулятора.
Когда автомобиль предстоит оставить на морозе дольше 2 месяцев, обязательно проверьте все электрические системы машины на утечки, а лучше – снимите минусовую клемму. Снижение токов утечки до нуля оставят батарею заряженной на более долгий срок.
Потребитель должен следить за аккумулятором. Это прописано во всех гарантийных талонах, прилагаемых к АКБ. Заботьтесь о своем аккумуляторе, и он не подведет вас в дороге!
Как поднять плотность аккумулятора автомобиля?
Вернуться в раздел Познавательный блогРаботоспособность аккумуляторной батареи в автомобиле должна всегда находиться на высшем уровне. Это может подтвердить каждый, кто в мороз столкнулся с проблемой запуска двигателя. Именно аккумуляторная батарея, а вернее её состояние играет решающую роль. Но, к сожалению, на любом автомобиле может произойти ситуация, когда двигатель еле-еле проворачивается, а панель приборов светит тусклым светом. Причина кроется в разряженном аккумуляторе.
Чтобы ответить на вопрос о причине разрядки аккумулятора, стоит задуматься, как давно производилась зарядка? Если недавно, то почему батарея не держит заряд? Бывает и так, что источник питания заряжает, а батарея всё равно не заряжается. Вышеописанные симптомы указывают на слишком низкую плотность электролита. Она отражает долю или количество серной кислоты, которая входит в состав раствора-реагента и должна примерно быть равной 1,27 г/см3. Возможны отклонения на одну-две сотых величины. Но при плотности ниже 0,25 аккумулятор не сможет запустить двигатель. Однако выносить приговор батарее ещё очень рано. Существует несколько способов приведения плотности к нормальным показателям и все они считаются действенными.
Вариант с добавлением дистиллированной воды не рассматривается, так как он применим при снижении уровня электролита, если точно известно, что не хватает именно воды, и утверждение, что кислота не выкипает – неверно. Небольшие отклонения плотности возможно скорректировать, не сливая полностью раствор, но некоторую его часть придётся откачивать спринцовкой. Нужно приобрести готовый электролит нормальной плотности и в каждой банке менять порцию старого электролита на новую. Постепенно плотность подойдёт к нормальному значению.
Если показатель содержания кислоты даже ниже 1,18, то вышеописанная процедура будет длиться долго, поэтому желательно прибегнуть к кардинальному методу – замене электролита. Его можно приготовить самостоятельно, имея под рукой ёмкости и ареометр – специальное устройство для измерения плотности. Удаляется старый электролит из корпуса батареи спринцовкой или через самостоятельно просверленные отверстия снизу. Впоследствии эти отверстия необходимо запаять.
Ещё один способ повысить долю кислоты в растворе – зарядка аккумулятора небольшим током. Дистиллированная вода начнёт постепенно выкипать. Таким образом, составляющая доля серной кислоты будет увеличиваться. Важно не забывать проверять уровень электролита при подобной процедуре. Как видно из примеров даже новичок может реанимировать аккумулятор. Вероятность же положительного исхода зависит от общего состояния АКБ.
Напряжение аккумуляторов для автомототехники
Работоспособность автомобильного или мотоциклетного аккумулятора очень сильно зависит от емкости и напряжения. Если батарея заряжена недостаточно, то вряд ли удастся запустить двигатель транспортного средства, поэтому нужно следить чтобы аккумулятор всегда был полностью заряжен. Для стандартных аккумуляторов на 12 Вольт напряжение полностью заряженной батареи должно составлять от 12,6 до 12,9 Вольт, некоторые показывают чуть больше 13 Вольт. Следует обязательно проверять напряжение хотя бы раз в 2 месяца, чтобы успеть вовремя защитить свой аккумулятор от поломки.
Минимальное и нормальное напряжение без нагрузки
Вообще напряжение в аккумуляторах бывает следующим:
- Номинальное. Оно обычно указано в технической литературе – 12 В. Крайне редко совпадает с фактическим, более того, при таком напряжении батарея явно нуждается в подзарядке.
- Фактическое. В состоянии покоя колеблется примерно от 12,4 В до 12,9 В.
- Под нагрузкой. Очень важный показатель работоспособности батареи, речь о нем пойдет чуть позже.
Проверять фактическое напряжение стоит не раньше, чем через час после полной зарядки аккумулятора, так как сразу после неё показатели будут завышены, могут превышать 13 В. Через час напряжение не должно быть ниже 12,6-12,7 В. Если оно опускается ниже, значит, батарея не держит заряд.
Если измерения показали напряжение 11,9-12 В, то батарея разряжена примерно наполовину, но её еще можно использовать для запуска двигателя. После того как мотор заведется, АКБ будет автоматически подзаряжаться от генератора. А вот если пользоваться автомобилем или мотоциклом вы не планировали, то аккумулятор срочно нужно заряжать, иначе будет происходить сульфатация свинцовых пластин АКБ, что крайне нежелательно. Дело в том, что постепенно снижая работоспособность батареи, сероватый налет сульфата свинца приводит к полному выходу её из строя,
В том случае, когда измерения показали вам всего 11,6 Вольт или ниже, ваш аккумулятор полностью разряжен, не стоит даже и пытаться его использовать, пока не зарядите и не проверите заново.
Итак, минимально возможное для запуска двигателя напряжение, измеряемое без нагрузки — 11,9 В. Нормальные рабочие показатели этого параметра – 12,4-12,9 Вольт. Фактически чаще всего заряд аккумулятора колеблется от 12,2 до 12,5 В, так как полный заряд АКБ бывает далеко не всегда.
А что будет под нагрузкой?
Чтобы определить, насколько работоспособна батарея, проверять её под нагрузкой обязательно, там будут совсем другие цифры. В состоянии покоя держать заряд может большинство аккумуляторов, даже непригодных к работе. Чтобы выявить «убитые» АКБ и нужна проверка под нагрузкой.
Как это происходит:
- К полностью заряженному аккумулятору на 3-4 секунды при помощи нагрузочной вилки подключают нагрузку, которая превышает емкость батареи в 2 раза.
- Снимают показатели напряжения в процессе работы АКБ под нагрузкой, они не должны быть ниже 9 В. Если этот параметр меньше 6, то либо вы не зарядили батарею перед проверкой, либо аккумулятор совершенно непригоден к работе.
- Отключив нагрузку, через 5-6 секунд снова нужно снять показатели. Напряжение должно полностью восстановиться до нормы, хотя бы до 12,3-12,5 В.
Когда показатели при проверке были значительно ниже нормы, зарядите батарею до конца и попробуйте произвести измерения еще раз. Если увидите тот же результат – надо купить аккумулятор, так как старый пора менять.
Как связаны напряжение АКБ и плотность электролита
Связь самая прямая. Чем выше один показатель, тем выше другой. При нормальном напряжении в 12,7 Вольт плотность электролита в большинстве аккумуляторов составляет 1,27 г/куб. см. При снижении заряда аккумулятора уменьшается плотность электролита, так как при этом процессе расходуется кислота. Когда АКБ начинает заряжаться, расходуется вода и образуется кислота, что приводит к повышению плотности содержимого электролитических батарей.
Зимой если заряд аккумулятора достаточно высокий, то плотность электролита растет, значит, растет и напряжение. Выходит, что для хорошо заряженного аккумулятора мороз не страшен. А вот если батарея разряжена, то на морозе плотность электролита будет снижаться и напряжение падать, в этом случае и возникают проблемы при запуске мотора.
Напряжение аккумулятора и плотность электролита
ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ
ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПОД АВТОМОБИЛЬ
При эксплуатации аккумулятора рано или поздно приходится сталкиваться с его обслуживанием. Обслуживание аккумулятора всегда подразумевает знакомство с понятием напряжение аккумулятора и плотность электролита.
Напряжение аккумулятора
Напряжение автомобильного аккумулятора делится на 2 типа: номинальное, фактическое и под нагрузкой. Номинальное напряжение легкового автомобильного аккумулятора равняется 12 вольт. Фактическое напряжение у полностью заряженного аккумулятора колеблется в пределах от 12,4В до 12,8В. Напряжение под нагрузкой (200А) должно быть не менее 9,5В, но как правило оно составляет у новой АКБ 10,3-10,7В. Оно при нагрузке в течении 10 секунд не должно упасть ниже минимума. Напряжение под нагрузкой измеряется для получения информации способности АКБ «держать» напряжение при запуске двигателя, то есть при потреблении стартером. Допустимым для эксплуатации является напряжение 12,5 В, что является 82% зарядки аккумуляторной батареи. Более подробно о зависимости степени зарядки АКБ от процента заряженности приведено на рисунке.
Проверка напряжения АКБ.
Для проверки напряжения аккумулятора нам необходим инструмент для измерения – вольтметр, нагрузочная вилка или мультиметр. Чтобы измерить напряжение АКБ, необходимо заглушить автомобиль, подождать 30 минут пока уйдет поверхностное напряжение и вольтметром измерить напряжение на клеммах. Чтобы измерить напряжение под нагрузкой, необходимо использовать нагрузочную вилку. Напряжение АКБ на полюсных выводах зависит от температуры электролита (в идеале надо проверять при температура 25 градусов)– таблица зависимости приведена ниже.
Проверка плотности аккумулятора.
Для проверки плотности АКБ необходимы следующие инструмента: плоская отвертка (если на каждой банке стоит пробка – отвертка должна быть большой), ареометр. Если на аккумуляторы стоит общая крышка-планка, ее необходимо аккуратно отщелкнуть для доступа к электролиту. В ареометр набрать из первой банки электролит, снять показания с меток поплавка. Как правильно снимать данные с поплавка ареометра показано на рисунке. Плотность необходимо измерять в каждой банке – они не являются сообщающимися сосудами и бывает, что плотность может колебаться в банках в пределах до 0,02. Если в одной из банок плотность электролита резко отличается от других и стремится к единице, то скорее всего в этой банке скорее произошло короткое замыкание, что является заводским дефектом и подлежит замене продавцом (хотя это может быть следствием других деффектов). Кстати, индикатор заряда, установленных на некоторых моделях АКБ работает по принипу ареометра — шарик, как и поплавок всплывает при нормальной плотности электролита. Причем это шарик, а не лампочка, как многие думают.
Плотность аккумулятора должна быть в пределах 1,26-1,28 при температуре 25 градусов Цельсия.
Повышение плотности аккумулятора.
Плотность электролита аккумулятора повышают одним единственным путем – путем зарядки аккумулятора. Доливать электролит для поднятия плотности ни в коем случае нельзя – это самый страшный бред, который могли придумать мастера-самоучки, не понимающие законов химии и физики, т.к. это приведет к ускоренному осыпанию активной массы и убьет аккумулятор. Электролит доливают только в случае, если произошло проливания электролита из АКБ, но эту процедуру лучше доверить профессионалом. Есть одно исключение – для северных регионов России (в районах с вечной мерзлотой) допускается поднятие плотности будет доливки электролита до плотности 1,30 – это делают для поднятия температуры замерзания электролита, не более. Такие аккумуляторы служат в среднем 1 год. Для теплого климата плотность электролита намерено уменьшают, чтобы продлить его срок службы.
Напряжение автомобильного аккумулятора и плотность взаимосвязаны. При повышении напряжения, плотность аккумулятора растет.
Аккумулятор это химический источник тока, для исправной работы которого должны протекать определенные химические процессы. В процессе разряда аккумулятора, серная кислота «прилипает» к отрицательному электроду, образуя нерастворимый сульфат свинца, оставл
Очень часто от продавцов в автомагазинах можно услышать рекомендации о гибридных аккумуляторах. Так что же такое гибридный аккумулятор? Гибридный аккумулятор для автомобиля внешне не отличим от других кислотных аккумуляторов, не считая обозначения на этик
В жигулевскую эпоху завести одну машину от другой было в порядке вещей. А сейчас?
%TEXTAREA_VALUE
Сохранить Отменить
Ваш комментарий успешно добавлен и будет опубликован после просмотра модератором.
Накопитель энергии
Накопитель энергииНакопитель энергии
Почему важно хранить энергию 😕
- Накопленная энергия — это то, что мы сейчас используем Ископаемое топливо
- Это то, что требуется для создания альтернативы с низким рабочим циклом источники энергии жизнеспособны, особенно солнечные. Необходимо хранить избыточная энергия при облучении коллекторной системы
- Накопление энергии также важно для выравнивания мощности для энергокомпании Генерирующие станции работают эффективнее если они работают на постоянном уровне производительности хотят засунуть неиспользуемые энергию в систему хранения и возвращать ее позже в пиковые периоды потребность.
- Накопитель энергии должен учитывать как количество энергии, которое может быть накопленная (плотность энергии материала) и эффективность, с которой он можно восстановить. Некоторые материалы обладают высокой емкостью хранения энергии, но низкая скорость выздоровления.
-
Энергетическая плотность некоторых материалов (кВт / кг)
Классический аргумент против водорода:
Это просто означает, что водород должен производиться там, где есть нет сети, но есть ресурсы (ветер, солнце, волны и т. д.) — ДУХ!
Хранение плотности энергии определяет выбор, который можно сделать и по сути является компромиссом между сохраненной плотностью мощности и сохраненной плотность энергии.
Мощность = энергия x время использования поэтому системы с большой плотностью мощности, но небольшая плотность энергии означает, что они разряжают свою мощность относительно быстро. Системы с большой плотностью накопленной энергии обычно означают системы, которые разряжают мощность относительно медленно.
Только бензин и водород обладают как высокой мощностью, так и большим запасом энергии. емкость.
Самая известная и используемая система накопления энергии — это химическая батарея:
Новый класс литий-серных батареи выглядят многообещающими
Hyundai Sonata Гибрид: Первый, кто использовал литий-полимерный гибрид
Prius: очень медленное развитие аккумуляторной технологииChevy Volt: аккумуляторная батарея 16 кВтч, из которых 10.4 кВт / ч является «годным к употреблению» (это предназначено для увеличить срок службы батареи). Литий-ионная батарея Задняя часть весит Таким образом, накопитель энергии в 435 фунтов (197 кг) составляет 80 Вт · ч на кг (примерно в два раза больше). что в NiMH батареях). А еще есть настоящая скороварка
.
Обратите внимание, что вышеупомянутая реальная проблема задержала Toyota Prius PHEV, в которой используется литий-ионный аккумулятор. Аккумуляторная батарея
Рисунок Достоинства:
Самая большая в мире аккумуляторная система хранения энергии введено в эксплуатацию в 2003 г. около 14 000 отдельные батареи могут хранить до 40 МВт мощности и разряжаться это за 7 минут.
- Режим 1:40 МВт x 7 минут = 280 МВт-минут энергии
- 60 минут в час: 280/60 = 4,66 МВтч энергии = 4666 кВтч (примерно на 2 месяца) использования энергии для типичного дома.
- Режим 2: 27 МВт x 15 минут = 405 МВт минут = 6,75 МВт-ч = 6750 (примерно на 3 месяца)
Разница между режимами обусловлена фундаментальным свойством большинства аккумуляторов — максимальной разрядкой. скорость по сравнению со средней скоростью разряда.
Примечание: при максимальной скорости разряда аккумуляторы сильно нагреваются!
Его цель — сохранить временную мощность, чтобы облегчить кратковременное отключение электроэнергии. Общая стоимость этого проекта составила около 30 миллионов, так что это 0,75 доллара за штуку. на ватт.
Батареи Flow:
Волнение по поводу проточных батарей происходит из их атрибутов, сочетающих в себе черты обычных батарей и топливных элементов. Они относительно простой, эффективный, масштабируемый, надежный и может оптимизировать мощность или выходную мощность по желанию.Батареи Flow могут реагировать за доли секунды и могут быстро и глубоко циклически работать с высокой или низкой выходной мощностью с минимальным износом батареи.
Батареи Flow масштабируются от нескольких ватт и киловатт-часов до десятков или сотен мегаватт и мегаватт-часов.
Концепция использования больших проточных батарей на ветряных электростанциях, которую вы бы думаю будет нетрудно, наконец-то начал завоевывать популярность. Ага!
Дополнительная литература:
Подробнее об аккумуляторах Хороший обзор различные виды; преимущества и недостатки и тому подобное.Прочитай это ресурс подробно.
США Продвинутый Консорциум аккумуляторов
Военный приложения являются основным драйвером для современных аккумуляторов
Китайские батареи и батареи PLI
Емкость батареи — обзор
20.2.3 Емкость батареи
Емкость батареи соответствует количеству электрического заряда, который может быть накоплен во время зарядки, сохранен во время пребывания в разомкнутой цепи, и выпускается во время разряда обратимым образом.Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U cut_off , достигнутом в момент t cut_off . В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как
(20.5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)
Уравнение (20.5) показывает, что емкость аккумулятора пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически. напряжение достигает порога напряжения U cut_off . Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C d = I · t d , где t d — продолжительность разряда.Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.
Разрядная емкость новой батареи (то есть до заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда. Основным шагом при разработке каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольких циклов заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки.Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении. Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов характеризации должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.
Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:
(20.6a) Cd = K · I1 − n
, где K и n — эмпирические константы. Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4].Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пейкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t d вместо емкости:
(20,6b) td = K · I − n
Когда экспериментальные данные t d (I) представлены в двойных логарифмических координатах уравнение (20.6б) преобразуется в прямую с наклоном, равным коэффициенту n . Уравнение Пойкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда. В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов».’Снижение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO 2 и Pb в PbSO 4 , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема. При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций.Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.
Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует.Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.
Уравнение (20.6b) можно использовать для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике. Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, соответствующего заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда.Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I 20 (или I 20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C 20 (C 20h ).
Другой термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C n . Определение C n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей.Например, номинальная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов для запуска, освещения и зажигания обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C 20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять). Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C n /10 час.Более высокие токи, такие как C n /1 ч, обозначаются как 1 C, C n /30 мин как 2 C, C n /15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.
Задняя страница
Лопнул ли пузырек батареи?
Фред Шлахтер Фото Роя Калшмидта / Berkeley LabПодключаемый гибрид Ford Energi 2013 года на фоне моста Золотые Ворота.
Три года назад на симпозиуме по литий-воздушным батареям в IBM Almaden был большой оптимизм. Симпозиум «Масштабируемое накопление энергии: помимо литий-ионных» содержал рабочее сообщение: «Нет никаких фундаментальных научных препятствий для создания батарей с в десять раз большей энергоемкостью — для данного веса — лучших современных батарей.«Оптимизм почти исчез в этом году на пятой конференции из серии масштабируемых накопителей энергии в Беркли, Калифорния. Объявление о симпозиуме гласит: «Хотя появляются новые электромобили с усовершенствованными литий-ионными батареями, необходимы дальнейшие прорывы в области масштабируемого хранения энергии, помимо современных литий-ионных батарей, прежде чем можно будет в полной мере использовать преимущества электрификации транспортных средств. осуществленный.» Настроение было осторожным, поскольку ясно, что литий-ионные батареи созревают медленно, и что их ограниченная плотность энергии и высокая стоимость не позволят производить полностью электрические автомобили, которые заменят основной американский семейный автомобиль в обозримом будущем.«Будущее туманно», — резюмировал конференцию Венкат Сринивасан, возглавляющий программу исследования аккумуляторов в лаборатории Беркли.
Электромобили имеют долгую историю. Они были популярны на заре автомобильной эры: 28 процентов автомобилей, произведенных в Соединенных Штатах в 1900 году, работали на электричестве. Однако ранняя популярность электромобилей пошла на убыль, когда Генри Форд в 1908 году представил серийно выпускаемые автомобили с двигателями внутреннего сгорания. и по объему — примерно в 500 раз больше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов — и они были многочисленными, недорогими и, казалось, неограниченными в поставках.К 1920-м годам электромобили перестали быть коммерчески выгодными и исчезли со сцены. Они не появлялись снова до конца 20-го века, когда бензин стал дорогим, запасы больше не казались безграничными, а обеспокоенность по поводу возможного воздействия сжигания ископаемого топлива на глобальный климат достигла общественной осведомленности.
Электромобили возвращаются с появлением химических батарей, которые более эффективны, чем старые свинцово-кислотные батареи. Новое поколение электромобилей представлено гибридными электромобилями (HEV), гибридными автомобилями с подключаемым модулем (PHEV) и полностью электрическими или аккумуляторными электромобилями (BEV).Большинство электромобилей последнего поколения питаются от литий-ионных аккумуляторов с использованием технологий, впервые разработанных для портативных компьютеров и мобильных телефонов.
Использование в автомобилях электричества, а не бензина дает двойные преимущества: в конечном итоге мы избавляемся от зависимости от импортных ископаемых видов топлива и работаем на автомобилях с использованием возобновляемых источников энергии. Устранение зависимости от нефти, импортируемой из зачастую недружественных стран, значительно улучшит нашу энергетическую безопасность, а использование энергии для автомобилей из зеленой сети с использованием солнечной и ветровой энергии значительно снизит количество CO 2 , выбрасываемого в атмосферу.
Основным препятствием на пути замены основного американского семейного автомобиля электромобилем является производительность аккумуляторной батареи. Наиболее важной проблемой является плотность накопления энергии как по весу, так и по объему. Современная технология требует, чтобы электромобиль имел большую и тяжелую батарею, обеспечивающую меньший запас хода, чем автомобиль, работающий на бензине.
Батареи дороги, поэтому электромобили обычно намного дороже, чем автомобили аналогичного размера, работающие на бензине. Существует разумный предел затрат, когда стоимость электромобиля и электроэнергии, потребляемой в течение срока службы автомобиля, значительно превышает стоимость автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, включая бензин, в течение всего срока службы автомобиля.
Безопасность — это тема, очень обсуждаемая в прессе. Хотя в Америке ежегодно происходит более 200 000 пожаров в автомобилях, работающих на бензине, существует широко распространенный страх перед электричеством. Аккумуляторы в автомобилях, работающих от электричества, наверняка сгорят при некоторых сценариях аварии; риск возгорания, вероятно, будет таким же, как у автомобилей с бензиновым двигателем.
Энергия, запасенная в топливе, значительна: бензин — рекордсмен — 47,5 МДж / кг и 34,6 МДж / литр; бензин в полностью заправленном автомобиле имеет такое же энергосодержание, как тысяча динамитных шашек.Литий-ионный аккумулятор имеет около 0,3 МДж / кг и около 0,4 МДж / литр (Chevy VOLT). Таким образом, бензин имеет примерно в 100 раз большую плотность энергии, чем литий-ионный аккумулятор. Эта разница в плотности энергии частично компенсируется очень высокой эффективностью электродвигателя при преобразовании энергии, накопленной в батарее, для движения автомобиля: обычно он имеет КПД 60-80 процентов. Эффективность двигателя внутреннего сгорания по преобразованию энергии, запасенной в бензине, для движения автомобиля обычно составляет 15 процентов (EPA 2012).При соотношении около 5 аккумулятор с плотностью хранения энергии 1/5 от плотности бензина будет иметь такой же запас хода, что и автомобиль с бензиновым двигателем. В настоящее время мы даже не приблизились к этому.
Электроэнергия для автомобиля значительно эффективнее, чем для бензинового двигателя с точки зрения потребления первичной энергии. В то время как эффективность использования энергии электромобилем очень высока, большинство электростанций, производящих электричество, эффективно преобразовывают первичную энергию в электроэнергию, поставляемую потребителю, лишь на 30 процентов.Превращение нефти в бензин очень эффективно. Это приводит к увеличению использования первичной энергии в электричестве в 1,6 раза по сравнению с бензином, что является важным аргументом в ее пользу.
В отчете APS по энергоэффективности за 2008 год анализировались статистические данные о том, сколько миль проезжают американцы в день. Вывод этого исследования заключался в том, что полный парк PHEV с запасом хода на электротяге в 40 миль (60 км) может снизить потребление бензина более чем на 60 процентов. Таким образом, Америке может не понадобиться полный парк BEV для достижения очень значительного сокращения использования бензина.
Неоспоримый вопрос заключается в том, могут ли электромобили обеспечить удобство, стоимость и запас хода, необходимые для замены их бензиновых аналогов в качестве основного стандартного американского семейного автомобиля. И это почти полностью зависит от состояния разработки аккумуляторов, вкупе с проблемами экологизации энергосистемы и обеспечения широкой инфраструктуры для подзарядки электромобилей.
Сегодняшний ответ неоднозначен:
- HEV уже популярны, хотя сегодня они составляют лишь небольшую часть автомобилей.Нынешнее поколение аккумуляторов подходит для HEV, и запас хода не является проблемой, поскольку 100 процентов энергии, необходимой для питания автомобиля, вырабатывается бензином. Стоимость покупки выше, чем у обычного автомобиля; Преимущество заключается в улучшении экономии топлива на 40 или более процентов (EPA 2012).
- PHEV теперь поступают на рынок (рис. 1). Электрический диапазон ограничен, а батареи, имеющиеся в наличии в настоящее время, лишь частично подходят. Общий запас хода не является проблемой, поскольку бензин хранится на борту в качестве «расширителя диапазона».”
- BEV, поступающие на рынок, дороги, а их ассортимент слишком мал для многих американских водителей, по крайней мере, в качестве основного семейного автомобиля. Батареи с гораздо более высокой плотностью накопления энергии и более низкой стоимостью необходимы для того, чтобы BEV стали популярными за пределами ограниченного рынка высококлассных городских жителей в качестве второго автомобиля, который будет использоваться для местного транспорта, где возможна домашняя подзарядка и где время зарядки ограничено. проблема.
Требования к батареям для HEV, PHEV и BEV различаются.Батарея для HEV не должна хранить много энергии, но должна иметь возможность быстро накапливать энергию от рекуперативного торможения. Поскольку он работает в ограниченном диапазоне заряда / разряда, его срок службы может быть очень долгим. Аккумулятор PHEV должен иметь гораздо большую емкость хранения энергии для достижения разумного электрического диапазона и будет работать со значительно большим диапазоном заряда / разряда, что ограничивает срок службы батареи. Батарея для BEV должна обеспечивать всю энергию для питания автомобиля на всем диапазоне — скажем, 150–300 км — и должна использовать большую часть своего диапазона заряда / разряда.Эти требования означают, что аккумулятор для BEV будет большим, тяжелым, дорогим и с ограниченным сроком службы. Замена аккумулятора на BEV может повлечь за собой расходы, превышающие десять тысяч долларов, которые, разделенные на пробег, вероятно, значительно превысят стоимость электроэнергии для питания автомобиля.
Симпозиум в Беркли 2012 был посвящен двум альтернативным химическим соединениям: литий / кислород (литий / воздух) и литий / сера. Оба теоретически предлагают гораздо более высокую плотность энергии, чем это возможно даже при теоретическом пределе развития литий-ионных аккумуляторов.Однако технические трудности при создании практичной батареи с хорошей способностью к перезарядке с использованием любого из этих химических компонентов являются значительными.
Существуют серьезные исследовательские проблемы, касающиеся всех аспектов батареи: катода, анода и электролита, а также поверхностей раздела материалов и возможных производственных проблем. Литий-воздушная (Li / O 2 ) батарея требует охлажденного сжатого воздуха без водяного пара или CO 2 , что значительно усложняет систему литиево-воздушной батареи.Литий-воздушная батарея будет больше и тяжелее литий-ионной, что делает маловероятной перспективу использования в автомобилях в ближайшем будущем. Однако ведущая группа по разработке аккумуляторов в IBM написала в 2010 году статью о литий-воздушных батареях; «Автомобильные силовые батареи только начинают переход от никель-металлогидридных к литий-ионным батареям после почти 35 лет исследований и разработок последних. Переход на воздушно-литиевые батареи (в случае успеха) следует рассматривать с точки зрения аналогичного цикла разработки.«Возможно, нам нужно набраться терпения.
Для разработки и улучшения характеристик батарей используются многие подходы, включая исследования с использованием нанотрубок, нанопроволок, наносфер и других наноматериалов. Однако ни один из исследователей не сообщил о прогрессе до такой степени, что можно было бы представить практическую батарею, использующую Li / air или Li / S.
Томас Греслер, менеджер группы разработки элементов в лаборатории электрохимических исследований энергии General Motors, был пессимистичен в отношении перспектив нового химического состава аккумуляторов: «Мы не инвестируем в технологию литий-воздушных и литий-серных аккумуляторов, потому что мы не думаем от с точки зрения автомобилестроения, в обозримом будущем это принесет существенные выгоды.”
Существенной инфраструктурной проблемой является сеть, которую необходимо будет построить для подзарядки батареи BEV. В США более 120 000 автозаправочных станций. Поскольку диапазон современного BEV составляет менее трети диапазона бензинового автомобиля, потребуется очень большое количество станций подзарядки в дополнение к домашней зарядке, что может быть осуществимо только для тех, кто живет в частные дома или многоквартирные дома с выделенной парковкой.
Зарядка электромобиля занимает часы, и даже быстрая зарядка займет больше времени, чем большинство людей готовы ждать. А зарядка должна производиться ночью, когда выработка электроэнергии и мощность сети наиболее доступны.
Исследования аккумуляторов финансируются на скромном уровне, поскольку среди общественности и политиков существует ложное представление о том, что характеристики аккумуляторов достаточны для повсеместного признания электромобилей на аккумуляторах. Национальное внимание уделяется возобновляемым источникам энергии.Соединенные Штаты не станут независимыми от иностранной нефти и сжигания ископаемого топлива до тех пор, пока не будут разработаны новые аккумуляторные технологии. Это потребует согласованных национальных усилий в области науки и технологий, что потребует значительных затрат.
Фред Шлахтер недавно вышел на пенсию с должности физика в Advanced Light Source Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Он является соавтором отчета APS за 2008 год «Энергетическое будущее: думайте об эффективности», для которого он написал главу о транспорте.
«Закон Мура» для батарей?
Нет ли какого-то «закона Мура» для батарей? Почему прогресс в повышении емкости батареи настолько медленный по сравнению с увеличением вычислительной мощности компьютера? Существенный ответ заключается в том, что электроны не занимают места в процессоре, поэтому их размер не ограничивает возможности обработки; пределы задаются литографическими ограничениями.Ионы в батарее, однако, занимают место, а потенциалы определяются термодинамикой соответствующих химических реакций, поэтому можно значительно улучшить емкость батареи только за счет перехода на другой химический состав.
Разработчик алюминиево-ионных аккумуляторов утверждает, что они заряжаются в 60 раз быстрее, чем литий-ионные, предлагая прорыв в диапазоне электромобилей
Революционная технология графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов способна выбросить литий-ионные батареи из-за энергии, … [+] плотности энергии, скорости перезарядки и экологичности.Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графенаБеспокойство по поводу дальности, опасения по поводу утилизации отходов и быстрой зарядки — все это может стать частью истории электромобилей с изобретением австралийских аккумуляторов, основанным на нанотехнологиях.
Утверждается, что графеновые алюминиево-ионные аккумуляторные элементы от компании Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена заряжаются до 60 раз быстрее, чем лучшие литий-ионные элементы, и удерживают в три раза больше энергии, чем лучшие элементы на основе алюминия.
Они также более безопасны, не имеют верхнего предела в амперах, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичны и легче утилизируются благодаря стабильным материалам основы. Тестирование также показывает, что проверочные батареи типа «таблетка» служат в три раза дольше, чем литий-ионные версии.
GMG планирует вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторные элементы в конце этого или в начале следующего года, а выпуск автомобильных аккумуляторных элементов планируется выпустить в начале 2024 года.
Созданные на основе передовой технологии Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ), в элементах батарей используются нанотехнологии, позволяющие вставлять атомы алюминия внутрь крошечных отверстий в графеновых плоскостях.
Алюминиево-ионная технология Graphene Manufacturing Group позволяет заряжать iPhone менее чем за 10 … [+] секунд. Он работает, бросая атомы алюминия в отверстия в графене. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графенаТестирование, проведенное рецензируемым специализированным изданием «Advanced Functional Materials». В публикации «Advanced Functional Materials» сделан вывод, что элементы обладают «выдающейся высокой производительностью (149 мАч г-1 при 5 А г-1), превосходящей все ранее описанные катодные материалы AIB».
Управляющий директор GMG Крейг Никол настаивал на том, что, хотя элементы его компании — не единственные разрабатываемые графеновые алюминиево-ионные элементы, они, несомненно, являются самыми мощными, надежными и быстрыми заряжающимися.
«Он заряжается так быстро, что это, по сути, суперконденсатор», — заявил Николь. «Он заряжает монетный элемент менее чем за 10 секунд».
Утверждается, что новые аккумуляторные элементы обеспечивают гораздо большую удельную мощность, чем существующие литий-ионные аккумуляторы, без проблем с охлаждением, нагревом или редкоземельными элементами, с которыми они сталкиваются.
«Пока проблем с температурой нет. Двадцать процентов литий-ионной аккумуляторной батареи (в автомобиле) связано с их охлаждением. Очень высока вероятность, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев », — заявил Николь.
«Он не перегревается и пока хорошо работает при минусовых температурах при тестировании.
«Им не нужны контуры для охлаждения или обогрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в упаковке 100 кВт / ч».
При перезарядке алюминиево-ионных батарей они возвращаются к отрицательному электроду и меняют местами три алюминиевых… [+] электронов на ион, по сравнению с максимальной скоростью лития, равной одному. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графенаНиколь настаивал на том, что новую технологию ячеек можно также индустриализировать, чтобы она могла поместиться в существующие литий-ионные корпуса, такие как архивная фотография MEB от Volkswagen Group, что позволит избежать проблем с архитектурой автомобильной промышленности, которая, как правило, используется до 20 лет.
«Наши будут иметь ту же форму и напряжение, что и нынешние литий-ионные элементы, или мы можем придать любую необходимую форму», — подтвердил Николь.
«Это прямая замена, которая заряжается так быстро, что это, по сути, суперконденсатор.
«Некоторые литий-ионные элементы не могут работать более 1,5–2 ампер, иначе вы можете взорвать аккумулятор, но наша технология не имеет теоретических ограничений».
Алюминиево-ионные аккумуляторные элементы — горячая почва для развития, особенно в автомобильной промышленности.
Одни только недавние проекты включали сотрудничество между Китайским Технологическим университетом Даляня и Университетом Небраски, а также другими проектами из Корнельского университета, Университета Клемсона, Университета Мэриленда, Стэнфордского университета, факультета полимероведения Чжэцзянского университета и промышленного консорциума European Alion. .
Различия носят сугубо технический характер, но в элементах GMG используется графен, полученный с помощью собственной плазменной технологии, а не из традиционных источников графита, и в результате плотность энергии в три раза превышает плотность энергии следующей лучшей ячейки из Стэнфордского университета.
Алюминиево-ионный монетный элемент Graphene Manufacturing Group будет запущен в производство в начале 2022 года. Фото: … [+] Graphene Manufacturing Group
Группа по производству графенаАлюминий-ионная технология Стэнфордского природного графита дает 68.7 Ватт-часов на килограмм и 41,2 Вт на килограмм, в то время как его вспененный графит обеспечивает мощность до 3000 Вт / кг.
Аккумулятор GMG-UQ нагнетает мощность от 150 до 160 Вт / кг и до 7000 Вт / кг.
«Они (UQ) нашли способ проделывать дырки в графене и способ хранить в дырках атомы алюминия ближе друг к другу.
«Если мы просверлим отверстия, атомы застрянут внутри графена, и он станет намного более плотным, как шар для боулинга на матрасе».
В рецензируемой публикации Advanced Functional Materials обнаружено, что трехслойный графен с перфорацией на поверхности (SPG3-400) имеет «значительное количество плоских мезопор (≈2.3 нм) и чрезвычайно низкое отношение O / C 2,54% продемонстрировали отличные электрохимические характеристики.
«Этот материал SPG3-400 демонстрирует исключительную обратимую емкость (197 мАч г-1 при 2 А г-1) и выдающуюся производительность», — заключил он.
Алюминий-ионная технология имеет существенные преимущества и недостатки по сравнению с литий-ионной аккумуляторной технологией, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле.
Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития, равного только одному.
Использование алюминиево-ионных элементов дает также огромное геополитическое, ценовое, экологическое и вторичное преимущество, поскольку в них практически не используются какие-либо экзотические материалы.
«Это в основном алюминиевая фольга, хлорид алюминия (прекурсор алюминия, который может быть переработан), ионная жидкость и мочевина», — сказал Николь.
«Девяносто процентов мирового производства и закупок лития по-прежнему осуществляется через Китай, а 10 процентов — через Чили.
«У нас есть весь необходимый нам алюминий прямо здесь, в Австралии, и его можно безопасно производить в странах первого мира.”
Главный научный сотрудник Graphene Manufacturing Group д-р Ашок Кумар Нанджундан (слева) и д-р … [+] Сяодан Хуанг из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета обсуждают прорыв в области батарей. Фото: Производственная группа графена.
Группа по производству графенаЗарегистрированная на бирже TSX Venture в Канаде, GMG подключилась к технологии графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов UQ, поставив университету графен.
«Наш ведущий специалист по продуктам д-р Ашок Нанджундан с самого начала участвовал в проекте Университета Квинсленда в своем исследовательском центре нанотехнологий», — сказал Николь, признав, что GMG почти «повезло» с технологией, бесплатно предоставив для исследовательских проектов свой графен. .
GMG не заключила договор на поставку с крупным производителем или производственным предприятием.
«Мы еще не связаны с крупными брендами, но это может войти в Apple iPhone и зарядить его за секунды», — подтвердил Николь.
«Сначала мы выведем на рынок монетный элемент. Он заряжается менее чем за минуту и имеет в три раза больше энергии, чем литий », — говорится в продукте Barcaldine.
«Это также гораздо менее вредно для здоровья. Ребенка можно убить литием, если его проглотить, но не алюминием.
Монетная батарея станет первой производимой алюминиево-ионной батареей Graphene Manufucturing Group, … [+] которая начнется в начале следующего года. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графенаЕще одно преимущество — стоимость.Литий подорожал с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну на этой неделе, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период.
Еще одно преимущество заключается в том, что в графеновых алюминиево-ионных элементах GMG не используется медь, которая стоит около 8470 долларов США за тонну.
Хотя он открыт для производственных соглашений, предпочтительный план GMG — «работать» с технологией, насколько это возможно, с установками от 10 гигаватт до 50 гигаватт, во-первых, даже если Австралия не может быть логическим первым выбором для производственного предприятия.
Это не единственная компания из Брисбена, которая продвигает в мир аккумуляторные батареи.
PPK Group имеет совместное предприятие с Deakin University по разработке литий-серных батарей, а Vecco Group подтвердила сделку с Shanghai Electric по производству в Брисбене завода по производству ванадиевых батарей для коммерческого хранения энергии.
Сверхбыстрая зарядка алюминиево-ионных аккумуляторов превосходит литий-ионные
Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) объявила впечатляющие результаты испытаний производительности нового типа алюминиево-ионных аккумуляторов, которые могут заряжаться в 10 раз быстрее, чем современные литий-ионные аккумуляторы, при этом длится намного дольше и не требует охлаждения.
В экспериментах, проведенных Австралийским институтом биоинженерии и нанотехнологий при Университете Квинсленда, прототипы новой батареи с плоскими ячейками показали следующие ключевые показатели производительности.
Во-первых, удельная мощность около 7000 Вт / кг. Плотность мощности определяет, насколько быстро элемент может заряжаться и разряжаться. С нынешними литий-ионными батареями мощностью 250-700 Вт / кг, это огромный скачок, и он ставит алюминиево-ионные батареи почти на уровень ультраконденсаторов, которые могут выдавать около 12000-14000 Вт / кг.
Во-вторых, плотность энергии 150–160 Вт · ч / кг — поэтому он несет только около 60 процентов энергии на единицу веса лучших на сегодняшний день коммерческих литий-ионных элементов.
Плотность энергии долгое время была ключевым номером спецификации для аккумуляторов электромобилей; чем выше плотность энергии, тем больший радиус действия вы можете получить от аккумуляторной батареи. Таким образом, одна только плотность энергии, эта новая батарея GMG не получит второго взгляда от производителя электромобилей.
Но его чудовищная скорость заряда может изменить это, наряду с парой других ключевых преимуществ.По словам GMG, эти устройства могут заряжаться так быстро, что мобильный телефон, работающий на этой алюминиево-ионной технологии, может полностью зарядиться за 1-5 минут. Перенесите эту концепцию в мир электромобилей, и вы смотрите на электромобиль, который проезжает на 60 процентов дальше, чем эквивалентная Tesla на зарядке, но заряжается так чертовски быстро, что запас хода может стать гораздо меньшей проблемой.
Более того, они значительно превосходят литиевые батареи при испытаниях жизненного цикла, проходя 2000 полных циклов зарядки и разрядки без видимого ухудшения рабочих характеристик, они чрезвычайно безопасны, с низким потенциалом возгорания и более пригодны для вторичной переработки, чем литиевые батареи. тоже по окончании срока их полезного использования.И да, литий им не нужен. Поскольку около 90 процентов мирового производства и закупок лития проходит через Китай, мировые цепочки поставок определенно уязвимы в торговых спорах.
Еще один козыр в рукаве аккумулятора GMG — выдающиеся тепловые характеристики. Даже когда они заряжаются и разряжаются с огромной скоростью, кажется, что они не перегреваются. «Пока нет проблем с температурой», — сказал управляющий директор GMG Крейг Николь в интервью Forbes. «Двадцать процентов литий-ионной аккумуляторной батареи (в автомобиле) связано с их охлаждением.Очень высока вероятность того, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев. Он не перегревается и пока при тестировании неплохо работает при минусовых температурах. Им не нужны контуры для охлаждения или обогрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в батарее 100 кВтч ».
Этот факт меняет уравнение диапазона: если взять батарею 100 кВтч, описанную выше, батарея GMG того же веса будет несут только 60 кВтч. Но если дополнительные 80 кг охлаждающего оборудования не нужны, автомобиль с двигателем GMG может работать с дополнительными 80 кг элементов, что в сумме даст вам 72.8 кВтч, согласно обратной стороне нашего конверта — наряду с значительно более высокой скоростью зарядки, которая в значительной степени может положить конец опасениям относительно дальности.
Это кажется довольно убедительным компромиссом, особенно в отношении аккумулятора, который вполне может прослужить несколько автомобилей, прежде чем он будет выведен из эксплуатации.
GMG протестировала свою технологию на прототипах плоских аккумуляторов, которые будут разосланы клиентам для дальнейшего тестирования в конце этого года.GMG
Но — а с этими вещами всегда есть «но» — есть и другие соображения.
Один — это зарядная инфраструктура. Мобильные телефоны могут быстро заряжаться, не перегревая электросеть, но электромобили сейчас просто не могут. Нагнетатели Tesla уже перекачивают электроны со скоростью до 250 кВт, что соответствует передаче энергии 60 кВтч примерно за 15 минут. Если вы хотите заряжаться всего в 10 раз быстрее, вам нужно иметь возможность мгновенно подавать 2,5 мегаватта через зарядный кабель.
Для справки, типичная угольная электростанция имеет общую мощность около 600 мегаватт — поэтому, если бы 240 из этих сверхбыстрых заряжаемых автомобилей подключились одновременно, они мгновенно нагрузили бы эквивалент электросети. на целую электростанцию.Это заряжается в 10 раз быстрее, чем современные аккумуляторы; GMG заявляет, что он может заряжаться в 60 раз быстрее, чем некоторые элементы.
Таким образом, сверхбыструю зарядку электромобилей определенно будет сложно масштабировать, особенно в связи с тем, что мир движется к возобновляемым источникам энергии, а не к таким вещам, как уголь и газ, которые могут быстро воспламениться, чтобы удовлетворить всплеск спроса. И даже если бы у зарядных станций был собственный накопитель энергии с быстрой разрядкой на месте, подзарядка от сети с более медленными темпами, вам также понадобился бы чертов кабель от коробки к машине, чтобы так быстро переместить такое количество электронов.
Другой ключевой ингредиент в батарее GMG — пористый графен, внутри и вокруг которого распространяются молекулы алюминия в процессе производства GMG. GMG заявляет, что может производить высококачественный графен по низкой цене и в масштабируемых количествах, но не дает никаких цифр о том, сколько могут стоить эти батареи при массовом производстве. При цене на графен около 100 долларов за грамм, даже «недорогая» версия может оказаться чертовски дорогой.
И последний — это временная шкала.Как вы наверняка с болью знаете, между испытательным стендом и конечным продуктом обычно есть небольшой разрыв; даже больше, когда дело касается автомобильных компаний. GMG заявляет, что к концу этого года будет изготавливать прототипы монетных ячеек для очень небольших испытаний заказчиков, с ячейками для мешочков в разработке, но нет никаких указаний на то, когда эти штуки могут появиться на рынке в больших масштабах.
Слева направо: г-н Крейг Никол (GMG), г-н Тимоти Шейве (GMG), д-р Ашок Нанджундан (GMG) и д-р Сяодан Хуанг (AIBN) стоят вокруг, показывая друг другу ячейки с монетами, как будто их попросил фотографУниверситет Квинсленда
Компания не разрабатывала технологию аккумуляторов; Первоначально он был разработан в Университете Квинсленда, а результаты испытаний были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Тем не менее, в игре с батареями нет никаких гарантий, и остается только гадать, сможет ли GMG производить эту вещь в больших масштабах по конкурентоспособной цене. Но сама технология определенно кажется многообещающей.
Источники: GMG, Университет Квинсленда через Forbes
Двухионный аккумулятор с высокой плотностью энергии для стационарного хранения электроэнергии с использованием концентрированного фторсульфонилимида калия
Графит в качестве катода для двухионных аккумуляторов
Обычно используется графит в качестве анодного материала в коммерческих литий-ионных аккумуляторах, где он поглощает литий-ионный аккумулятор (до зарядной емкости 372 мАч г -1 ).Однако в контексте DIB этот материал служит катодом, позволяющим интеркалировать AlCl 4 —, BF 4 —, PF 6 —, CF 3 SO 3 — 34 , бис (трифторметансульфонимид) (TFSI —) 11,35 , фторсульфонил (трифторметансульфонил) имид (FTFSI —) имесульфонил-, бис (этфторметансульфонил) 36 37 и бис (фторсульфонил) имид (FSI —) 38 анионы из ионных жидкостей и органических электролитов.Основными факторами, обеспечивающими эффективное поглощение анионов графитом, являются высокая степень графитизации 39 , увеличенная площадь «небазальной плоскости» и небольшие анионные интеркалянты 38 . Такие графитовые катоды обеспечивали катодную емкость до 60–100 мАч. –1 при среднем напряжении разряда 1,4–1,7 В по сравнению со стандартным водородным электродом (SHE), т.е. 4,4–4,7 В по сравнению с Li + / Li. . Типичный анод может быть спарен с катодами, включая графитовый, углеродный, металлический Li и Na, а также различные электроды конверсионного типа (Bi, Sn, Pb).В этом исследовании мы сосредотачиваемся на безлитиевых комбинациях электродов и электролитов, которые включают только элементы, распространенные на Земле.
Механизм и удельная энергия GDIB
GDIB работает как не качалка, то есть двухионная батарея за счет использования обратимого внедрения анионов в графитовый катод во время зарядки (окисление графитовой сетки). +}} + {\ mathrm {Материал}} \ leftrightarrow {\ mathrm {Материал (Cat)} } _x \, \\ \ left ({{\ mathrm {интеркаляция / легирование}}} \ right) $$
(3)
, где A — — анион (FSI —, TFSI —, PF 6 — и т. Д.), Cat + обычно представляет собой катион щелочного металла (Na + , K + и т. Д.). «Материал» представляет собой активный материал, способный поглощать атомы металла, например, за счет ионной интеркаляции (графит и другие углеродистые материалы) 9,10,40,41 или легирования (например, Sn и Pb) 16 . Процесс зарядки заканчивается, когда в электролите не остается катионов или анионов или когда графитовый катод или анод из активного материала достигает своей максимальной емкости для накопления заряда. Следовательно, при расчете теоретической плотности энергии на уровне ячейки необходимо учитывать согласованное по емкости количество электролита. {- 1}} \ right), $$
(5)
где F = 26.8 × 10 3 мАч моль -1 (постоянная Фарадея), x — заряд электроактивных частиц, [электролит] — молярная концентрация электролита в M (моль л -1 ), C c — удельная гравиметрическая емкость графитового катода в мАч г −1 , ρ — плотность электролита в г мл −1 , а ρ C — объемная плотность графит в г мл −1 . Чтобы оценить плотность энергии, значение C cell необходимо умножить на среднее напряжение батареи, E = C cell V .
Используя уравнение. (4) и аналогичное выражение гравиметрической емкости на клеточном уровне, описанное Dahn et al. 42 . для других вариантов GDIB без лития с реакцией интеркаляции / легирования на анодной стороне, а также по заявленным емкостям электродов, напряжениям батарей и молярностям электролитов, можно показать, что плотности энергии на уровне ячеек зарегистрированных DIB, не содержащих Li, падают в диапазоне 22–68 Вт · ч кг −1 (см. дополнительный рис. 1 и таблицу 1) 9,10,11,13,17,21,40,41,43 .Наибольшее зарегистрированное значение ок. 68 Вт · ч кг -1 было для GDIB, использующего 1 М NaPF 6 в этиленкарбонате / этилметилкарбонате (EC / EMC) электролите 40,41 . Также можно продемонстрировать, что плотность энергии ограничена умеренными концентрациями электролитов (обычно около 0,3–1 М) или довольно низким напряжением батареи (например, 2 В для батарей на основе AlCl 3 ) 43 . Отметим, что за счет использования высококонцентрированных электролитов в литиевых GDIB (до 4 M) были достигнуты гораздо более высокие плотности энергии до 150 Вт · ч кг -1 44,45,46,47 .Основываясь на этих соображениях, здесь мы сосредоточены на поиске высококонцентрированного, но не содержащего лития состава электролита, максимизирующего анодную емкость без ущерба для емкости графита.
KFSI-графитовый DIB с высококонцентрированным электролитом
Обычно растворимость соли определяется энергией решетки (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для образования отдельных ионов от кристаллической решетки) и энергией сольватации ионов (выигрыш энергии во время сольватация в растворителе, называемая энергией гидратации, когда растворителем является вода).Согласно Gopal 48 , температура плавления солей щелочных металлов может служить полуколичественным индикатором их энергии решетки. С другой стороны, энергия сольватации ионов положительно коррелирует с их плотностью заряда 49 . Поэтому мы изучили температуры плавления и ионные размеры сложных одновалентных анионов, которые могут интеркалировать в графит и доступны в виде безлитийных солей, таких как FSI — , CF 3 SO 3 — , TFSI — , AlCl 4 — , BF 4 — , FTFSI — , ClO 4 — , PF 6 — и BETI — .Среди них соли FSI — имеют особенно низкие температуры плавления (примерно 99–103 ° C для KFSI и примерно 109–114 ° C для NaFSI) и, в то же время, относительно небольшой размер ионов (примерно 5,4 Å в длину), по сравнению, например, с TFSI — (примерно 8,0 Å в длину) 38 . Для растворителей двумя ключевыми факторами являются кислотность Льюиса (способность координировать анионы) и электрохимическая стабильность. Среди множества возможных растворителей мы выбрали растворитель этиленкарбонат / диметилкарбонат (EC / DMC) из-за его самого высокого окна электрохимической стабильности до 6 В 50 .Другие полярные растворители с более высокой кислотностью Льюиса (например, диметоксиэтан, ацетонитрил и вода) были непригодны из-за их гораздо более низкой устойчивости к окислению или восстановлению. Важно отметить, что мы обнаружили, что молярность насыщенного раствора KFSI в EC / DMC при комнатной температуре превышает 5 M (65 мас.% KFSI). Для сравнения, насыщенный раствор NaFSI в EC / DMC составляет всего 1,8 М (37 мас.% NaFSI), что хорошо согласуется с его более высокой температурой плавления. Насыщенные растворы других солей, отличных от Li, упомянутых выше, также имели более низкие концентрации в смеси растворителей EC / DMC.
Механизм КФСИ-графита ДИБ можно описать следующим образом. Во время зарядки FSI — внедряется в графит, а ионы K + восстанавливаются и осаждаются на алюминиевом токосъемнике в виде металлической пленки калия (рис. 1а). Согласно формуле. Согласно (4) емкость накопления заряда на уровне элемента будет определяться емкостью графитового катода и молярностью электролита KFSI. Для расчетов плотности энергии мы предполагаем постоянное напряжение батареи 4.7 В в сравнении с K + / K, полученными экспериментально с 5 M электролитом KFSI / EC / DMC (рис. 1б). Рисунок 1c иллюстрирует влияние молярности электролита на ограничение емкости, поскольку теоретические значения C ячейки для 1 и 5 M растворов составляют 17 и 44 мАч г -1 , соответственно. Наконец, мы получили высокую теоретическую плотность энергии 207 Вт · ч · кг −1 (388 Вт · ч · L −1 ) для концепции DIB KFSI-графит с использованием 5 M электролита, рассчитанная из емкости катодного графита 98 мА · ч · г −1 (206 Ач л −1 ).
Рис. 1Принцип работы и удельная энергия КФСИ-графита ДИБ. a Схема процесса зарядки в KFSI-графит DIB. Атомы фтора, кислорода, серы и азота в анионе FSI – показаны коричневым, красным, синим и зеленым цветами соответственно. b Типичный профиль гальваностатического напряжения KFSI-графитового DIB, измеренный при плотности тока 50 мА г -1 . c Расчетная (кривая из уравнения (4)) и экспериментальная (одна точка) плотность энергии на уровне клеток KFSI-графит DIB с использованием различных концентраций KFSI в растворителе EC / DMC. d Сравнение объемных и гравиметрических плотностей энергии графитовой DIB-батареи KFSI с батареями других технологий: PHS, ванадиевая окислительно-восстановительная батарея (VRB), свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея
С точки зрения хранения энергии на уровне сети , плотность энергии ок. 200 Втч кг −1 выгодно отличается от традиционных коммерческих технологий, таких как свинцово-кислотные батареи (30–50 Втч кг, −1 ) и ванадиевые батареи с окислительно-восстановительным потоком (10–30 Втч кг, −1 ).Более подробное сравнение с основными аккумуляторными технологиями, которые используются или могут быть использованы для стационарного хранения, показано на рис. 1d. Два важных преимущества GDIB на основе KTFSI — это практически неограниченное естественное изобилие его элементарных компонентов и отсутствие токсичных металлов.
DFT-исследование интеркаляции анионов FSI
— в графитЧтобы лучше понять стадийный механизм интеркаляции анионов FSI — в графит, были выполнены расчеты DFT.Сложные формы анионов не внедряются равномерно в каждый прослойку графита, а уникальным периодическим способом, называемым ступенчатым механизмом, как показано на дополнительном рис. 2. Такой механизм является результатом баланса между силами Ван-дер-Ваальса между графеновыми слоями с одной стороны. и ионное отталкивание между интеркалянтными слоями и внутри них 51 . Этот механизм проходит через разные этапы с различным периодическим расстоянием повторения I c (которое является расстоянием между двумя соседними слоями анионного интеркаланта FSI —) и высотой галереи интеркаланта, не зависящей от стадии d i ( я.е. расстояние между двумя соседними слоями графита с интеркалантом анионов FSI — ). Более низкий номер стадии ( n ) соответствует более высокой концентрации интеркалянта и меньшему количеству пустых графен-графеновых слоев, поэтому это также означает более высокую емкость накопления заряда.
Чтобы смоделировать механизм стадии, моделируются четыре различных стадии интеркаляции (см. Дополнительный рис. 3), и для каждой стадии рассматриваются три различных концентрации. Принимая во внимание формульную единицу C 6 [FSI] x , значения x равны 0.167, 0,334 и 0,50 для этапа 1; 0,083, 0,167 и 0,250 для этапа 2; 0,055, 0,112 и 0,167 для стадии 3; и 0,042, 0,083 и 0,125 для этапа 4. Суперячейка 6 × 6 × 2 из 288 атомов углерода сконструирована для расчета этапа 1 (дополнительный рис. 4), этапа 2 (дополнительный рис. 5) и этапа 4 (дополнительный рис. . 6). Еще одна сверхъячейка 6 × 6 × 3 из 432 атомов использовалась для расчетов стадии 3 (дополнительный рис. 7).
Затем мы смоделировали картины XRD (рис. 2a) на основе релаксированных атомных координат, полученных в результате расчетов методом DFT.Для всех стадий между n = 1 и 4 мы обнаружили два доминирующих пика, обозначенных пунктирными линиями на рис. 2а, которые отражают феномен стадийности. Хорошо известно, что для стадии n два наиболее доминирующих пика XRD соответствуют плоскостям ( 00n + 1 ) и ( 00n + 2 ), а отношение d 00 n +1 / d 00 n +2 отражает номер стадии соединения интеркаляции графита 52 .Периодическое расстояние повторения связано со значениями d-интервала как I c = ( n + 1) d 00 n + 1 = ( n + 2) d 00 n +2 = ( n + m) d 00 n + m , где d 00 n +1 , d 00 n +2 и d 00 n + m — это d -пространства ( 00n + 1 ), ( 00n + 2 00n и ( + м ) самолетов соответственно.Для этапа 1 значения интервала d 00 n +1 и d 00 n +2 составляют 3,92 и 2,61 Å соответственно, что приводит к периодическому повторению расстояния I c = 2 × 3,92 = 3 × 2,61, в диапазоне от 7,83 до 7,84 Å. В целом, эти результаты указывают на образование интеркалированного графита FSI — на стадии 1 в полностью заряженной батарее KFSI-графит (рис. 2b). При этом межслоевое расширение составляет 134% при интеркаляции аниона FSI — , что меньше, чем при интеркаляции аниона AlCl 4 (150–160%) 53 и сопоставимо со значениями PF 6 – и TFSI – интеркаляция анионов (130–140%) 54 .Полностью интеркалированная ступень 1 с формулой C 6 [FSI] 0,5 имеет максимальную емкость хранения 186 мАч g –1 .
Рис. 2Расчеты методом DFT интеркаляции анионов FSI — в графит. a Моделированные рентгенограммы порошка заряженного графита с интеркалированными анионами FSI – на разных стадиях. Пунктирные линии представляют положения наиболее интенсивных пиков для стадий 1, 2, 3 и 4. Для стадии 1 пик при 2 θ = 20.81 ° соответствует плоскости ( 0k0 ) из-за бокового смещения графитовых слоев (AB наложенных) при внедрении FSI — в полностью заряженную систему. Поскольку для других стадий (стадии 2, 3 и 4) наблюдается гораздо меньший сдвиг AB-суммирования, мы не обнаружили никаких дополнительных пиков для этих систем (см. Дополнительный рисунок 8 и примечание 3 для подробного объяснения). b Схема аниона FSI — , интеркалированного в графит для стадии 1 ( n = 1). Атомы фтора, кислорода, серы и азота, представляющие анион FSI — , показаны коричневым, красным, синим и зеленым цветами соответственно. c Расчетный профиль напряжения интеркаляции анионов FSI — в графит как функция молярного отношения между FSI — и C (т. Е. x в C 6 [FSI] x )
Мы рассчитали профиль напряжения KFSI-графитового DIB, следуя ступенчатому механизму интеркаляции анионов FSI — в графит (рис. 2c, подробности см. В дополнительном примечании 4). Очевидно, что напряжение увеличивается с увеличением степени интеркаляции анионов FSI — .Расчетные напряжения для ступеней 4, 3, 2 и 1 составляют 4,75, 4,76, 4,82 и 4,95 В относительно K + / K, соответственно, при их среднем значении 4,82 В относительно K + / K. Как правило, помимо окислительного потенциала графита, существуют и другие факторы, влияющие на напряжение интеркаляции анионов в графит. Это энергия десольватации аниона (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для образования отдельных анионов из электролита, чем меньше анион — тем выше эта энергия) и энергия интеркаляции (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для внедрения аниона в решетку графита, чем крупнее анион, тем выше энергия).Более высокая мощность заряда требуется для открытия межслоевых пространств для вставки более крупных анионов. Более высокие энергии десольватации и интеркаляции увеличивают напряжение интеркаляции. Например, напряжение интеркаляции FSI — , представленное в этой работе, часто оказывается выше, чем напряжение интеркаляции PF 6 — 16,21,28 , что можно отнести к большему размеру аниона FSI — Анион (объем Ван-дер-Вааль, 95 Å 3 ) по сравнению с анионом PF 6 — (объем Ван-дер-Вааль, 69 Å 3 ) 55 .В то же время можно ожидать, что меньший размер аниона PF 6 — увеличит его энергию сольватации, несколько нейтрализуя нижний барьер интеркаляции. Здесь в игру вступает свойство растворителя, которое может сместить этот баланс в сторону более высокого напряжения интеркаляции PF 6 — . Например, более высокое напряжение интеркаляции 5 В по сравнению с Li + / Li было зарегистрировано для системы на основе PF 6 — , когда пропиленкарбонат использовался в качестве растворителя 56 , который имеет более высокую полярность, чем Смесь растворителей EC / DMC, использованная в данной работе.
Исследование интеркаляции FSI
– методом XRD на местеПосле проведения вычислительных исследований механизм перехода аниона FSI – в графит был экспериментально исследован с помощью измерений XRD на месте. На рис. 3 показаны полученные закономерности при зарядке и разрядке графитового катода в течение первых двух циклов. Расщепление отражения ( 002 ) исходного графита при зарядке свидетельствует о процессе интеркаляции.Появление двух доминирующих пиков, соответствующих рефлексам ( 00n + 1 ) и ( 00n + 2 ), также указывает на внедрение анионов FSI — в графит. После полной зарядки при верхнем пределе потенциала 5,25 В относительно K + / K, положения двух самых сильных пиков (22,76 ° и 34,40 ° в 2 θ единицах или 0,39 и 0,26 нм в d). ) хорошо согласуются с результатами расчетов (белые пунктирные линии на рис.3), что указывает на стадию 1. Судя по гальваностатическим кривым, до 0,3 моль анионов FSI — может быть интеркалировано в 6 моль углерода, что дает емкость 112 мАч г -1 . Некоторый необратимый захват анионов FSI — происходит во время первой зарядки, о чем свидетельствует разница в емкости между первой зарядкой и первой разрядкой. После первого разряда практически одинаковые емкости при последующих полуциклах заряда и разряда показывают обратимость процесса интеркаляции.Необратимый захват анионов FSI — во время первой загрузки можно объяснить на основе необратимых изменений, произошедших в графите с точки зрения межслоевого расстояния (от 3,35 до 7,85 Å), а также плоскостей (от (00l ) до ( 0k0 ) — ( 00l ) плоскость, см. Дополнительный рис.9). Эта смещенная вбок структура графита дает FSI — стабильную плоскость для идеального интеркалирования и взаимодействия с соседними графитовыми слоями с максимальным связыванием, что приводит к менее благоприятному процессу деинтеркаляции и, в конечном итоге, улавливанию некоторых анионов FSI — внутри слоя структура графита, как видно из экспериментального наблюдения этого исследования и некоторых предыдущих исследований PF 6 — анионов 57 .Однако после первого цикла заряда / разряда последующая интеркаляция / деинтеркаляция анионов FSI — во время процессов заряда / разряда становится плавной из-за уже смоченной (открытой просторной) структуры графитового электрода 58 .
Рис. 3Рентгеноструктурные измерения графита на месте во время зарядки и разрядки. Вверху: профиль гальваностатического напряжения, измеренный при плотности тока 10 мА г -1 для первых двух циклов. Внизу: рентгенограммы графита во время цикла.Белые горизонтальные пунктирные линии соответствуют вычисленным положениям для различных стадий (показаны на рис. 2a).
Спектроскопическое свидетельство интеркаляции FSI
—Судьба частиц FSI — также была исследована в растворах и в твердом состоянии. 19 Спектроскопия ЯМР F (рис. 4а). Для этих измерений графит загружали и разряжали при плотности тока 10 мА г -1 до 5,25 В по сравнению с K + / K, а затем смывали избыток электролита, используя чистый растворитель EC / DMC.Сохранение заряженного состояния во время очистки, обработки и измерений было подтверждено измерениями XRD (рис. 4b), где сравниваются спектры, собранные in situ в конце электрохимической зарядки и ex situ после выделения и промывки. Спектр твердотельного ЯМР 19 F заряженного и промытого графита показывает широкий сигнал между 20 и 125 частями на миллион, который намного слабее, чем тот, который наблюдается для разряженного графита, подтверждая интеркалирование фторсодержащих частиц при зарядке.Сходство частотной области 19 F сигнала в заряженном графите с изотропным химическим сдвигом электролита KFSI (измеренным методом ЯМР в растворе) указывает на то, что одна или несколько конформаций FSI —, скорее всего, являются доминирующими. форма интеркалированных F-содержащих частиц. Повышенная ширина спектра твердотельного ЯМР связана с невозможностью раскручивать образец из-за проводящих свойств графита. Тем не менее, форма спектра статических твердотельных спектров 19 F напоминает статический аксиальный тензор, как и следовало ожидать, если предположить, что изотропные частицы FSI — , т.е.g., вращением или переворачиванием иона, окружены двумя плоскими и параллельными слоями графена. Контрольное измерение проводилось простым погружением графита в электролит KFSI без электрохимической интеркаляции с последующей промывкой EC / DMC. В этом случае сигнал не обнаружен.
Рис. 419 F ЯМР и XRD характеристики чешуек графита. Спектры ЯМР a 19 F заряженных и разряженных чешуек графита (промытых в EC / DMC), незаряженных чешуек графита (эталон) и 5 M KFSI / EC / DMC электролита.b Рентгенограммы заряженного графита, собранного in situ и ex situ (т.е. после отделения и промывки чешуек графита). Для сравнения, образец для чистого графита также показан. / Электролит DMC для сравнения) оценивали с использованием монетных элементов K | Al с использованием сепаратора Celgard 2400. Ячейки циклически переключались при плотности тока 0.5 мА см −2 (рис. 5а). Емкость процессов зарядки и разрядки была ограничена значением 1 мАч см −2 . В электролите с низкой концентрацией 1 M плетение / удаление калия не было обратимым с низкой кулоновской эффективностью. Напротив, стабильное циклирование было измерено в 5 M электролите KFSI / EC / DMC в течение по меньшей мере около 150 циклов со 100% кулоновской эффективностью. Эти результаты демонстрируют сильную способность электролита 5 M KFSI-EC / DME поддерживать обратимое покрытие / удаление металлического калия.Фактически, эти результаты и аналогичные исследования гальванического покрытия Li 59 , Na 60 и K 61 из высококонцентрированных электролитов показывают, что такие электролиты создают гомогенизирующий катионный поток, который вызывает плоское и равномерное осаждение металла 62 . Мы также протестировали другую стратегию подавления образования дендритов, вставив барьер из твердого электролита между металлом и жидким электролитом. Используя твердый электролит β ″ -оксида алюминия калия для отделения катода, мы наблюдали стабильное гальваническое покрытие (дополнительные рис.10 и 11). Согласно дополнительному рисунку 10, твердотельный калиевый электролит не препятствовал работе батареи, поддерживая катодную емкость 80 мАч g -1 при 4,7 В по сравнению с K + / K. Такая твердотельная конструкция может быть интересна для практических аккумуляторов KFSI-GDIB, например с расплавленным электролитом KFSI, не содержащим растворителей.
Рис. 5Электрохимические характеристики КФСИ-графита ДИБ. a Кривые гальваностатического плетения (разряда) и снятия изоляции (заряда) элементов монетного типа, состоящих из металлического калия в качестве противоэлектрода и электрода сравнения и алюминия в качестве рабочего электрода в электролите 1 и 5 M KFSI / EC / DMC, измеренные на площади текущая плотность 0.5 мА · см −2 (с ограничением емкости 1 мАч · см −2 ). b — d Кривые гальваностатического заряда-разряда ( b ), измерения скоростной способности ( c ) и циклические характеристики KFSI-графита DIB ( d )
Гальваностатические циклические эксперименты с KFSI-графитом DIB были выполнены с использованием изготовленных на заказ ячеек монетного типа из нержавеющей стали с покрытием TiN. Следует отметить, что обычные металлы, такие как алюминий или нержавеющая сталь, могут легко корродировать при высоком напряжении выше 4.4 В по сравнению с K + / K (4,5 В по сравнению с Li + / Li). Таким образом, защитная пленка из TiN была использована для предотвращения окисления катодного токосъемника при включении цикла, по аналогии с нашим более ранним отчетом о AlCl 3 -графитовой батарее 63 . Пленка TiN толщиной 500 нм была выращена магнетронным распылением на одной стороне монеты из нержавеющей стали в атмосфере азота и аргона с использованием мишени из Ti. Ячейка монетного типа состояла из тонкой пленки калия (используемой в качестве затравочного слоя), прижатой к алюминиевой фольге, стекловолоконного сепаратора, пропитанного 5 M электролитом KFSI / EC / DMC, и графитового катода.Следует отметить, что наибольшая емкость, среднее напряжение разряда и начальная кулоновская эффективность наблюдались для 5 M электролита KFSI, что указывает на то, что это оптимальная концентрация среди различных молярностей KFSI в EC / DMC (дополнительный рисунок 12). Графитовый катод состоял из чешуек природного графита (загрузка: 10 мг / см -2 ) без использования связующих или проводящих добавок.
На рисунке 5b показаны кривые гальваностатического напряжения KFSI-графитового DIB, измеренные в интервале напряжений 3.2–5,25 В по сравнению с K + / K при плотности тока 100 мА г −1 . Графитовые катоды показали очень плоские профили напряжения с начальной кулоновской эффективностью 85%. Среднее напряжение заряда и разряда составляло 5,0 и 4,7 В относительно K + / K соответственно. На рисунке 5c показана производительность KFSI-графитового DIB при различных плотностях тока 50–500 мА г –1 , что дает катодную емкость 98–47 мАч г –1 , соответственно. Падение емкости KFSI-графит DIB при высоких плотностях тока 200 и 500 мАч г −1 можно объяснить ограничивающим эффектом ионной проводимости электролита KFSI / EC / DMC при очень высоких молярностях (5 M, 65 мас.% KFSI) 64 .Важно отметить, что когда значение тока вернулось к 50 мА g −1 с 500 мА g −1 , емкость почти полностью восстановилась. Соответствующая удельная мощность при 500 мАч g −1 составила 1338 Вт кг −1 , что выгодно отличается от батарей, используемых в коммерческих хранилищах на уровне сети, а именно свинцово-кислотных (75–300 Вт кг −1 ) и ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи (60–100 Вт, кг –1 ). Испытания графита на устойчивость к циклическим нагрузкам при плотности тока 100 мА г -1 показывают сохранение емкости более 80 мА г -1 в течение не менее 300 циклов с кулоновской эффективностью 93–99%.С точки зрения энергоэффективности, полученная энергоэффективность 89% (полученная из соотношения интегрированных площадей кривых заряда и разряда для 100-го цикла, в качестве примера) сопоставима с таковой у коммерческих литий-ионных аккумуляторов. . Следует отметить, что снижение кулоновской эффективности связано с окислением / коррозией краев изготовленного на заказ элемента монетного типа из нержавеющей стали с покрытием TiN (см. Дополнительный рис. 13). Слой TiN действует как токоприемник, как было показано в наших более ранних работах для ряда химических элементов батарей 63 .Напротив, нержавеющая сталь не подходит для такого типа батарей из-за ее коррозии при таких высоких напряжениях. Непрерывное покрытие монетного элемента из нержавеющей стали проводящей пленкой TiN было в конечном итоге ограничено методом магнетронного распыления, использованным в данной работе, который позволяет выращивать защитную пленку TiN только на относительно плоских поверхностях. Эти результаты предполагают, что будущая работа должна быть сосредоточена на дальнейшем улучшении конструкции ячеек графитовой батареи KFSI, а также других DIB (которые имеют аналогичные проблемы) с целью минимизировать окисление / коррозию используемых токосъемников.Этот сценарий коррозии хорошо согласуется с наблюдением высокой кулоновской эффективности на начальном этапе и ее снижением со временем из-за образования, вероятно, точечных отверстий и других усиленных процессов коррозии.
Заряд в секундах, за последние месяцы
(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью.Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.
Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.
Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки.Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.
Маркус Фолино / Технологический университет ЧалмерсаСтруктурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей
Исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса, уже много лет рассматривают возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента. Преимущество этого предложения состоит в том, что продукт может уменьшить количество структурных компонентов, потому что батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, а в качестве положительного — фосфат лития-железа, последняя батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя есть еще кое-что, чтобы увеличить энергоемкость.
NAWA TechnologiesВертикально выровненный электрод из углеродных нанотрубок
NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, изменил правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность.NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.
Литий-ионная батарея без кобальта
Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», — сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.
SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальт
Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования металлов, таких как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой находится в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.
Тимо Иконен, Университет Восточной ФинляндииНа шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом
Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.
Университет МонашаЛитий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные, менее вредно для окружающей среды
Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.
Утверждается, что новая технология аккумуляторов оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая возможность питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.
Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит по своим характеристикам литий-ионный
IBM Research сообщает, что они обнаружили новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батарее и что материалы можно извлекать из морской воды.
Производительность аккумулятора многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что он может превзойти литий-ионный в ряде различных областей — он дешевле в производстве, он может заряжаться быстрее, чем литий-ионный, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторе с низкой горючестью электролитов.
IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и вместе с Mercedes-Benz, среди прочего, она работает над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.
PanasonicСистема управления батареями Panasonic
В то время как литий-ионные батареи повсюду и их число растет, управление этими батареями, включая определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных в них.
Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с множеством ячеек, которые можно найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.
Асимметричная модуляция температуры
Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к сверхбыстрой зарядке — XFC — который направлен на пробег 200 миль электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой — это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить гальванику, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает износ батареи, позволяя заряжать XFC.
Pocket-lintПесочная батарея обеспечивает в три раза больший срок службы батареи
В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний, что обеспечивает в три раза лучшую производительность, чем современные графитовые литий-ионные батареи. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается и его трудно производить в больших количествах.С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.
Silanano — стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности батареи на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.
Захват энергии от Wi-Fi
Хотя беспроводная индукционная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которую думают всего несколько атомов, что сделало ее невероятно гибкой.
Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.
Энергия, полученная от владельца устройства
Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.
Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.
Золотые батареи с нанопроволокой
Великие умы из Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, которые выдерживают много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.
Нанопроволока, которая в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы этого избежать. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.
Твердотельные литий-ионные
Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.
В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсатора, полностью заряжаясь или разряжаясь всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем нынешние батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.
Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.
Графеновые батареи Grabat
Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших среди имеющихся. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.
Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.
Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.
Лазерные микроконденсаторы
Rice UniveristyУченые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но с использованием лазеров, которые вскоре могут измениться.
При использовании лазеров для выжигания рисунков электродов на листы пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается батарея, которая может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.
Пенные аккумуляторы
Прието считает, что будущее аккумуляторов — за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется вспененная медная подложка.
Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут предлагать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.
Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых устройствах. Но в нем говорится, что батареи можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.
Carphone WarehouseСкладной аккумулятор похож на бумагу, но прочный
Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и другие носимые устройства.
Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе складывалась более 200 000 раз без потери производительности.
Ник Билтон / The New York TimesuBeam над воздушной зарядкой
uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем преобразуются обратно в энергию при достижении устройства.
На концепцию uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.
StoreDotStoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд
StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из природных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.
В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом быть не должно.
Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода до 300 миль.
Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.
Pocket-lintПрозрачное солнечное зарядное устройство
Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.
Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямыми солнечными лучами, так и со стандартным освещением, так же, как и обычные солнечные батареи.
PhienergyАлюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки
Автомобиль сумел проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные батареи, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.
Бристольская робототехническая лабораторияБатареи с питанием от мочи
Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?
Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.
Звук работает
Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.
Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, улавливающие окружающий шум и преобразующие его в электрический ток.
Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон, пока разговаривают.
Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее
Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.
В батареях используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и безопасны, чем существующие в настоящее время альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.
Натрий-ионные аккумуляторы
Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которые не нуждаются в литии, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.
Исследования натриево-ионных аккумуляторов продолжаются с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.
UppЗарядное устройство для водородных топливных элементов Upp
Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам подключаться к электросети и оставаясь безвредным для окружающей среды.
Одна водородная ячейка обеспечивает пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный производимый побочный продукт — это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.
Батареи со встроенным огнетушителем
Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже могут взорваться.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.
В батарее есть компонент под названием трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется химический трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.
Майк ЦиммерманБатареи, защищенные от взрыва
Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала с жидким электролитом, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.
Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может выдерживать прокалывание, измельчение и нагревание, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.
Батареи Liquid Flow
Ученые из Гарварда разработали батарею, которая хранит свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.
Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.
Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое выше, чем у обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.
IBM и ETH Zurich и разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.
Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор
Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, которая уже готова к использованию потребителями.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.
Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.
Цинково-воздушные батареи
Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Цинково-воздушные батареи можно считать лучше литий-ионных, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты в работе.
Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!
Умная одежда
Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.
Эту технологию можно применить не только к одежде, ее можно интегрировать в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания ленточных ламп или в шинах автомобиля, чтобы он может привести машину в действие.
Растягиваемые батареи
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растягиваемый биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.
Графеновая батарея Samsung
Компания Samsung сумела разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.
Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.
Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов
Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее, чем рекомендуемые пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.
Ученые обнаружили, что существующие аккумуляторы фактически могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Возможно, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!
Написано Крисом Холлом.