Меню

Новое поколение аккумуляторов для автомобилей

Новое поколение аккумуляторов для автомобилей

Что нового в аккумуляторах: 10 фактов и новостей в 2021-м

Что на самом деле нового происходит в мире аккумуляторов для потребительской электроники и электромобилей? Предлагаем взглянуть на 10 наиболее интересных фактов и новостей за прошедший год.

В большой пучине пустых обещаний и ничем не подкреплённых анонсов нам помог разобраться доктор наук Крис Хорн (Chris Horn) из Ирландии.

Забегая наперёд, к 2021-му году мы не получили ни одной революции аккумуляторных технологий. Короли рынка всё ещё литий-ионные аккумуляторы. Да, им уже 30 лет в обед, но достойной альтернативы все ещё не появилось. И на ближайшее будущее особых надежд никто не питает даже среди учёных.

Доктор наук Крис Хорн (Chris Horn) из Ирландии помог нам разобраться, что нового в аккумуляторах произошло в 2020-м году

Кто такой Крис Хорн и почему мы прислушались к его мнению?

Крис Хорн (Chris Horn) — крупный деятель научного плацдарма Ирландии, доктор наук, предприниматель, промышленник, управленец, председатель в именитых ВУЗах страны. Известен по таким компаниям, как IONA Technologies, IBEC, Sophia Search, Science Gallery. Имеет множество наград за научный вклад в Ирландии.

Крис Хорн о современной ситуации в мире аккумуляторов

«Мы все стали намного лучше осведомлены об улучшениях в технологии аккумуляторов. Просто потому что мы ищем новейшие ноутбуки, смартфоны и гаджеты.

Значительную часть их размера и веса составляет аккумулятор. А ведь всем нам нужны устройства полегче и покомпактнее.

Время, доступное между подзарядками, также влияет на наши решения о покупке. Но многократная подзарядка сокращает срок службы батареи. И всё чаще производители не предусматривают возможность замены батареи».

В 2021-м году Крис Хорн высказался об эволюционной характеристике современных аккумуляторов. Мы хотели бы запечатлеть его высказывания в контексте ключевых событий 2020-го, так как они однозначно заслуживают нашего с вами внимания.

Что нового в аккумуляторах: 10 фактов и новостей в 2021-м

Что нового у аккумуляторов электроники: 10 интересных фактов

Многие из вас наверняка сразу же снимут с уст слово «электромобили», но это лишь распиаренная инвесторами тема. Касаемо аккумуляторных технологий мы предпочитаем научный подход. Давайте посмотрим, что получилось в итоге.

1. Системы хранения энергии

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, уже давно не фантазия утопистов. Даже в нашей стране ветряки существовали ещё при СССР, крупнейшие солнечные электростанции вы найдёте вдоль южных границ на Алтае, в Оренбурге, Ставрополе, Крыму и так далее.

В таких системах возникает необходимость балансировать нагрузку (например, из-за капризов погоды).

По всему миру все последние годы активно развиваются проекты и строятся комплексы по сохранению энергии в аккумуляторах. В России в том числе — вот вам пример, а вот другой. Гигантские накопительные батареи обеспечивают ёмкости на сотни мегаватт-час и подстраиваются к городским или промышленным энергосистемам — и это настоящий тренд 2021.

2. Климатические условия для аккумуляторов

Если раньше для электротранспорта (Electric Vehicle, EV) более всего важно было обеспечить как можно большее расстояние пробега на одном заряде в принципе, то за прошлый год учёные озаботились этой характеристикой в экстремальных условиях эксплуатации. Например, зимой в России или Канаде. Либо в супер-жарких климатических регионах.

Тяговые аккумуляторные батареи в электротранспорте «не любят» отклонения от температурной нормы (ниже -20°C и выше +50°C для Li-Ion). Дальность хода снижается, срок службы сокращается.

Нужны климатические адаптации — подогреватели, охладители и так далее. За прошедший 2020-й год в отрасли возникли масштабные проекты и стартапы в этой области. Финансируют это сами автопроизводители. Опытное применение на практике мы увидим в течение 2021-го года в электромобилях, гироскутерах, электроскейтах, велосипедах и самокатах на аккумуляторах и так далее.

3. Безопасность литиевых аккумуляторов

За последний год было получено более десятка сообщений о возгорании литий-ионных аккумуляторов в электромобилях. Ни один из этих случаев не связан с ДТП. Просто припаркованный или заряжаемый электромобиль самопроизвольно загорелся.

Из-за многочисленных самовоспламенений были отозваны целиком партии электромобилей во всём мире:

  • Hyundai Kona EV (источник) в октябре 2020 года;
  • Chevy Bolt EV от General Motors (источник) в ноябре 2020 года.

Вот каким предостережением поделился Крис Хорн : « Если у вас есть лодочный прицеп, то будьте предельно осторожны при спуске лодки на воду, чтобы не погрузить аккумулятор электромобиля в водоём! » Автопроизводители вынуждены теперь печатать это в инструкциях к электромобилям, исходя из опыта нескольких случаев в 2020-м.

4. Литий — новое «белое золото»

По крайней мере, так считают участники глобальной торговли сырьевыми товарами. Мировой спрос на литий увеличился благодаря батареям для электромобилей.

Узнайте всё про литий для аккумулятора: откуда он берётся, почему дорожает?

Например, производство аккумуляторов Tesla зашло так далеко, что компания намеревается целиком взять под контроль все поставки редкоземельных металлов. Сейчас она уже владеет промышленностью по добыче лития.

5. Кобальт дорожает

Ещё один чуть менее важный для аккумуляторного рынка химический элемент — кобальт. Он тоже дорожает, так как используется в большинстве современных аккумуляторов электромобилей. Материал составляет при этом значительную часть стоимости тяговых батарей.

Демократическая Республика Конго контролирует большую часть мирового производства кобальта на данный момент (источник). Высокий спрос вынуждает предприятия по добыче идти на нарушения законов. В 2020-м даже были заявления о детском труде и нарушениях прав человека в Республике Конго при разработке этого ценного ресурса.

6. Усовершенствование аккумуляторов больше не выгодно откладывать

Может показаться, что аккумуляторы не совершенствуют нарочно — ведь можно ещё выжать все «соки» из существующих разработок. Однако действительность играет против воли хитрых маркетологов и жадных бизнесменов

Индустрия электромобилей нуждается в новых технологиях как никогда.

Автопроизводителям EV не хватает чуть более надёжных, безопасных и «дальнобойных» по расстоянию пробега аккумуляторов, чтобы окончательно победить индустрию двигателя внутреннего сгорания. Вот только учёные всё ещё не готовы предложить готовые коммерческие образцы своих стартапов и изобретений. Их несовершенство препятствует здоровой конкуренции с 30-летней литий-ионной технологией.

7. Твердотельный электролит из Стэнфорда

Существует мнение, что если в аккумуляторах когда-то и случится революция, то это будет связано с твердотельным электролитом. В 2020-м году компания QuantumScape под крылом Стэнфордского университета в Калифорнии (США) вышла на финишную прямую в создании гибкого керамического электролита для твердотельной батареи (источник).

Плюсы аккумулятора QuantumScape:

  • • 15-минутная зарядка среднестатистического электромобиля;
  • • в 2 раза увеличенный срок службы (6 лет в гаджетах, более 12 лет в EV).

В сентябре 2020-го года QuantumScape стала публичной компанией. Сейчас её стоимость составляет 16 миллиардов долларов и продолжает расти.

8. Китайцы тоже могут

Известный китайский поставщик аккумуляторов для iPhone и прочих мобильных устройств, промышленной электроники и электромобилей компания Contemporary Amperex Technology (CATL) тоже сделал анонс в 2020-м году. Речь о новой аккумуляторной технологии для автоконцернов.

Плюсы аккумулятора Amperex:

  • • срок службы более 16 лет;
  • • гарантия на 2 миллиона километров пробега.

Вместе с Volkswagen компания CATL уже строит завод в Германии (источник). Начало производства аккумуляторов с 16-летним сроком службы запланировано на конец 2021-го года.

9. Сульфатный твердотельный электролит

На эту технологию сделали ставку в Solid Power (стартап из Колорадо, США). Инвестиции в проект уже сделали Ford, BMW, Hyundai.

Читайте также:  Аком аккумуляторы для тракторов

В Азии также заинтересованы в твердотельных батареях на сульфатном твердотельном электролите (источник). Своё одобрение в материальной поддержке изъявили такие гиганты, как Toyota, Panasonic, Samsung и LG Energy.

10. European Battery Innovation

Проект European Battery Innovation стоит примерно столько же (источник), сколько за год Россия тратит на всю систему здравоохранения (источник). В 2020-м году сумма составила 11,9 млрд евро. Деньги идут на совершенствование аккумуляторных технологий.

  • • сам Европейский Союз (бюджетные вложения в размере 2,9 млрд евро);
  • • 12 различных государств-участников проекта;
  • • 42 коммерческих организаций и производителей.

Мы скептически относимся к анонсам и заявлениям производителей аккумуляторов, стартапов и коммерсантов. Подробнее о причинах мы рассказывали в нашей статье: «Действительно ли технология аккумуляторов достигла своего предела и остановилась в развитии?».

Однако совсем игнорировать явные изменения и явления в индустрии нельзя. Мы хотели поделиться с вами свежими и достойными вашего внимания событиями, важность которых подтверждает и доктор наук Крис Хорн .

Напишите в комментарии, какие на ваш взгляд события из аккумуляторного бизнеса достойны упоминания или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Источник



Самые значимые достижения 2020 года в разработке аккумуляторов

Уже через несколько лет традиционные литий-ионные батареи будут не актуальны с их нынешними характеристиками. В прошедшем году ученые предлагали самые разные способы улучшить аккумуляторы, сделав их мощнее, экономичнее и эффективнее.

Безопасный металлический литий

Один из самых перспективных новых материалов — металлический литий. Его использование в качестве анода может серьезно повысить плотность аккумулятора и продлить срок его службы. Но металлический литий небезопасен: при зарядке на аноде формируются наросты (дендриты), что ведет к коротким замыканиям и возгоранию — не очень привлекательная перспектива.

Ученые из Вашингтонского государственного университета предложили добавить несколько химикатов в раствор катода и электролита. Благодаря этому на поверхности анода образовался защитный слой и анод смог оставаться стабильным при зарядке в течение 500 циклов. Плюс технологии — возможность ее интеграции в существующие производственные процессы.

Аккумулятор с ультразвуком

Весьма творчески подошли к решению проблемы с металлическим литием ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего. Они разработали миниатюрное ультразвуковое устройство и включили его в литий-металлическую батарею. Устройство посылает высокочастотные звуковые волны через жидкий электролит, заставляя его плавно течь, а не оставаться в статике.

Это, в свою очередь, приводит к равномерному распределению лития на аноде и дендриты не нарастают. При тестировании аккумулятор с новым оборудованием заряжался с 0 до 100% всего за 10 минут и продержался 250 циклов зарядки.

Самые быстрые электроды в мире

Специалисты французского стартапа Nawa Technologies решили изменить структуру электродов в обычных литий-ионных батареях — их мощность значительно увеличилась. Вместо беспорядочной структуры, требующей, чтобы заряженные ионы перемещались по лабиринту, разработчики предложили электрод, который состоит из вертикально выровненной структуры, напоминающей щетку для волос, с высокопроводящими углеродными нанотрубками.

По сути, это создает скоростную трассу для перемещающихся ионов и позволяет увеличить скорость заряда батареи в 10 раз — пополнение аккумулятора от 0 до 80% происходит всего за 5 минут. Срок службы вырастает в 5 раз, а плотность энергии увеличивается трехкратно.

Нанонити для увеличения емкости

Российские учёные из МИЭТ разработали нанонити, которые способны увеличить емкость батарей в 3 раза, а тепловые потери в процессе работы благодаря им можно обратить в электричество.

По замыслу ученых, нанонити из германия могут заменить графитовые электроды в современных батареях. Емкость их при этом повысится, а размеры не изменятся.

Кремниевый анод

Кремний может хранить в четыре раза больше ионов лития, чем современные графит и медь, но емкость батарей быстро уменьшается. Ученые из Кореи нашли метод этого избежать. Кремниевый анод поместили в специальный раствор, который заставляет электроны и ионы лития просачиваться в электрод — так компенсируются потери.

Обычно аноды на основе кремния теряют более 20% ионов лития во время зарядки, а новый анод потерял менее 1%. Также его плотность энергии на 25% выше, чем коммерчески доступные аналоги.

Натрий-ионные аккумуляторы из пластиковых бутылок

Еще один вид аккумуляторов с большим потенциалом — это натрий-ионные. Ученые из Университета Пердью использовали обычные пластиковые отходы для создания ключевого компонента такой батареи.

Для превращения пластика в хлопья они применили стандартную микроволновую технологию, обработав его сверхбыстрым микроволновым излучением. В результате ученые получили терефталат натрия, известный своими хорошими электрохимическими характеристиками и пригодный для производства натрий-ионной батареи.

Электроды из панцирей креветок

Хитин, содержащийся в панцирях креветок, в Массачусетском технологического институте использовали для производства экологически безопасного электрода для проточной батареи. Вместо того, чтобы хранить энергию внутри самого аккумулятора, такие батареи хранят энергию в жидких электролитах в огромных внешних резервуарах, которые при необходимости можно просто увеличить.

Ученые решили сделать ключевой строительный блок этих батарей из экологически чистых материалов. Для производства электродов для проточной батареи они взяли хитин из панцирей креветок в сочетании с войлоком. Кроме высоких показателей удельной мощности такой батареи, у нее есть еще преимущество — низкая стоимость исходного материала.

Самый прочный электролит в мире

Еще один пример твердотельной батареи с впечатляющей долговечностью — изобретение исследователей из Университета Брауна. Они утверждают, что, добавив графен в керамический материал, сделали самый прочный твердый электролит на свете.

Что любопытно, графен обладает высокой проводимостью, а это как раз нежелательно для электролита батареи. Но, поддерживая концентрацию графена на достаточно низком уровне, ученые смогли найти золотую середину, которая не позволяла графену проводить электричество, но при этом обладала высочайшей прочностью.

Жидкометаллическая батарея, работающая при комнатной температуре

Обычно в жидкометаллических аккумуляторах металлы нужно нагревать до температуры не менее 240 °C. Но экспериментальная полностью жидкометаллическая батарея способна работать при комнатной температуре и по характеристикам гораздо лучше литий-ионных аккумуляторов.

В ней ученые из Техасского университета в Остине использовали сплавы, способные оставаться жидкими при комнатной температуре. Такая батарея имеет более высокую мощность, чем литий-ионная, и гораздо быстрее заряжается.

Новое покрытие для старой батареи

В Аргоннской Национальной Лаборатории нашли способ продлить срок службы привычных литий-ионных аккумуляторов — для этого использовали инновационное катодное покрытие из полимера PEDOT.

Благодаря такому покрытию традиционные аккумуляторы становятся безопаснее, так как не образуется нежелательная пленка на катоде. При этом , срок их службы продлевается, так как повышается рабочее напряжение.

Источник

Автомобильные аккумуляторы нового поколения

Аккумуляторы КАЛЬЦИЙ – КАЛЬЦИЙ (кальциевые)

Ряд производителей транспортных средств (например, Ford) оборудует свои автомобили системой зарядки SmartCharge, работающей с напряжениями зарядки 14,1 – 14,8 V. Кроме того, в современных авто могут достигаться кратковременные пиковые напряжения в 16 V. Ввиду такого высокого напряжения зарядки традиционный стартерный аккумулятор в таких автомобилях не может использоваться, так как он быстро придет в негодность. В современном аккумуляторе Кальций – Кальций изменен сплав решетки, а также структура медовых сот, что позволяет эксплуатировать его с более высокими токами заряда. Кроме того, такой тип строения позволяет уменьшить расход воды примерно на 10 %, что способствует увеличению срока службы аккумулятора, достигнуть снижения скорости саморазряда и повышения устойчивости к изменению температуры по сравнению с батареями традиционного типа. В настоящее время аккумуляторы с данным типом строения устанавливаются на 90 % транспортных средств, допущенных к движению. Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано. При покупке аккумулятора данного типа следует иметь в виду, что батарея в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая, но зато при должном уходе Вы получаете высококачественный и надежный источник питания для Вашего автомобиля.

Читайте также:  Электробритва микма 354р замена аккумулятора

Главной особенностью аккумуляторов данного типа является присутствие в их составе кремниевой кислоты, связывающей электролит и преобразующей его в гелевую массу. Поэтому гелевые аккумуляторы также иначе называют гелево-кремниевыми. Их корпус полностью закрыт (встроен только предохранительный клапан) и имеет стенки большей толщины по сравнению со стандартным. Основные преимущества данной технологии:

  • Возможность установки аккумулятора в различных положениях (без риска протечки электролита). Допустимый угол наклона при этом составляет 180º;
  • Эффективность рекомбинации (соединение производимого кислорода с водородом в воде), составляющей >95 %;
  • Низкая скорость производства водорода в процессе эксплуатации за счет намеренного увеличения отрицательной массы. Благодаря этому отрицательный электрод постоянно находится в процессе заряда, что препятствует образованию водорода;
  • Наличие специального клапана, сконструированного таким образом, чтобы предотвратить реверсию газа и поддерживать давление на нормальном уровне.

Более высокая стойкость к циклам и наличие усовершенствованных возможностей заряда после глубокой разрядки. Это достигается благодаря добавлению фосфорной кислоты к смеси геля. Минусы гелевых аккумуляторов:

  • Более низкие пусковые токи;
  • Чувствительность к высоким температурам, из-за чего они могут использоваться только в холодных местах установки;
  • Высокая стоимость;
  • Небольшое разнообразие типов.

Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях.

Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).

Аккумулятор EFB (Enhanced Flooded Battery) является наиболее «продвинутой» модификацией аккумулятора традиционного типа. Инновация заключается в том, что его положительная пластина покрывается слоем так называемого «стекломата», оказывающего дополнительную поддержку активного материала на пластине. Благодаря этому батареи EFB отличаются большей устойчивостью к циклам, механическим нагрузкам (вибрации) по сравнению с традиционными. К другим конструкционным изменениям относятся:

  • Утолщение отрицательных решеток, позволяющее достичь более высокой коррозионной стойкости, в первую очередь, при нагрузке высокими токами;
  • Улучшенная способность к зарядке благодаря добавлению углерода к отрицательной массе;
  • Повышение качества положительной массы, за счет увеличения веса применяемого свинца.

Важно, что в случае повреждения аккумулятора EFB его можно заменить только таким же. Это связано с тем, что традиционный аккумулятор не выдерживает высоких токов заряда автотранспортного средства и не может быть использован в транспортном средстве с системой рекупации и системой управления аккумулятором. Чаще всего аккумуляторы этого типа используются в транспортных средствах с технологией Start-Stop.

Для автомобилей с технологией Start-Stopи дополнительной функцией экономии энергии (рекуперацией) требуется особенно высокая стойкость к циклам и небольшое газообразование. Для такого транспорта был разработан аккумулятор AGM(Absorbent Glass Mat), в конструкцию которого входит стекловолокно, расположенное между положительными и отрицательными пластинами вместо традиционных сепараторов, пропитанное электролитом. Иначе такие батареи называют аккумуляторами с рекомбинацией. Одним из преимуществ батарей данного типа является отсутствие угрозы расслоения электролита, характерное для аккумуляторов традиционного типа.

Кроме того, они оборудованы специальными пробками со встроенными клапанами сверхдавления и газонепроницаемыми элементами питания. Благодаря этому предотвращается потеря воды в результате газообразования, и срок службы аккумулятора продлевается в значительной степени, особенно в частично разряженном состоянии. Такое конструкционное усовершенствование делает аккумуляторы AGM непроливаемыми. Для уменьшения скорости отделения активной базы сепараторы из стекловолокна каждый раз прилипают непосредственно к активной пластине. В процессе производства они прижимаются с определенным поверхностным давлением к активной массе, благодаря чему данное свойство усиливается еще больше.

В результате циклическая производительность в четыре раза превышает аналогичный показатель в традиционных аккумуляторах стартерного типа. Высокая способность заряда позволяет использовать аккумуляторы AGM в транспортных средствах с рекуперацией энергии торможения (микро-гибридных). Эта же технология производства также применяется в авто, имеющих большое количество энергоемких приемников.

Источник

Графеновый аккумулятор – современные технологии

Даже те, кто мало разбирается в технике, знают, что любой автономной системе, работа которой связана с электричеством, требуются независимые источники электроэнергии. Это мобильные устройства, транспортные средства, оборудованные аккумуляторами и батареями.

Графеновый аккумулятор

«Батарейки», широко используемые сейчас, ограничены в объеме и имеют непродолжительный срок службы. Графеновый аккумулятор этих недостатков лишен. В статье пойдет речь о том, что собой представляют такие батареи, как они устроены, какие у них достоинства и недостатки и где их можно найти.

О материале графен

Известно две формы углерода – графит и алмаз. Первый используется в качестве стержней карандашей, алмаз – наиболее прочный материал на всей планете. В 2004 году российские ученые «получили» ранее неизвестную, третью форму – графен.

О материале графен

Сам графен – это вещество пленкообразной структуры, «собранное» из атомов углерода (как гласит википедия). В природных условиях эту двумерную пленку не встретишь. Изготавливается она человеком, для чего требуются повышенное давление и температура.

По факту, это вещество является плоскостью графита, отделенной от общей структуры материала. Атомы углерода графена «объединяются» и получается шестигранная кристаллическая решетка.

Электроны в веществе сохраняют свою подвижность, поэтому открытый в 2004 году материал годится для «внедрения» в полупроводниковые схемы, батареи и нанотехнологии. Особенность графеновых аккумуляторов – они мало весят, при этом имеют рекордную емкость.

Графеновые аккумуляторы

«Инновационный углерод» нашел применение, в первую очередь, в автомобилестроении. Точнее – в производстве электромобилей. Повышенная активность заряженных частиц позволяет увеличить полезную емкость графеновых батарей.

У графена высокая электропроницаемость

На начальных этапах разработки этих источников питания, в листы графена добавляли литий. Но вещество «бурно» реагировало на воду и другие окислители, поэтому для промышленных задач эта схема оказалась малопригодной.

Литий, контактирующий с водой на открытой местности, приводит к масштабному взрыву. Поэтому такие модификации не устанавливались в автомобили, ведь, если транспортное средство повредится, а вместе с ним и аккумулятор – это может стать причиной возгорания.

Читайте также:  Как зарядить аккумулятор lead acid battery

Сам процесс производства требовал большого количества лития – вещества, которого на планете не так уж и много.

Принцип действия аккумулятора аналогичен тому, как работают классические батареи в автомобилях с ДВС. Различаются только электрохимические процессы, проходящие в «теле» устройства. Они практически аналогичны реакциям литий-полимерных батарей.

Есть две технологии производства графеновых источников питания:

  • американская модель. Источником реакции выступают кобальтат литий и катод из перемежающихся пластин кремния и графена;
  • российская модель. Магний-графеновая модификация, в которой литиевую соль (анод) заменили на оксид магния (доступное и менее токсичное вещество).

У графена высокая электропроницаемость, а еще он склонен к накоплению электрозаряда. Поэтому в обоих случаях скорость движения ионов между электродами повышается, а вместе с этим и емкость батарей.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки

Если сравнивать с традиционными технологиями, то у графеновых источников питания следующие достоинства:

  • исходное сырье доступно и распространенно. Сейчас графен производят в промышленных масштабах, причем довольно простым способом;
  • малый вес. Масса 1 м 2 графена – менее 1 грамма. Значит, снижается общая масса аккумулятора, что вносит свои коррективы в производство электромобилей;
  • экологически чистое вещество, не оказывающее негативного воздействия на окружающую среду;
  • высокие показатели прочности и водонепроницаемости;
  • поврежденные участки быстро восстанавливаются;
  • проводимость выше, чем у любого доступного сейчас полупроводника;
  • высокая удельная емкость. Если графеновая батарея применяется как источник тока, то электрический автомобиль способен «на ней» проехать 1000 км не подзаряжаясь;
  • технически долговечное вещество, мощность которого не снижается из-за частых циклов зарядки/разрядки;
  • быстро заряжается.

Но и это не самая «страшная» проблема. Дело в том, что до сих пор батареи из графена не производят крупномасштабными партиями.

Устройство

Графеновые АКБ работают за счет той же электрохимической реакции, что присуща распространенным свинцовым батареям, в которых кислотный или щелочной электролит.

Графеновые АКБ

Устройство более всего схоже с литий-ионными источниками питания, в которых задействуется твердый электролит.

Единственное, катодом выступает угольный кокс, так как его химический состав наиболее близок к чистому углероду, а графитовый слой заменен графеновым.

Для повышения «вместимости» батареи, ученые начали устанавливать между слоями графена кластеры из кремния. А для повышения скорости зарядки в пластинах графена начали делать небольшие отверстия, 15 – 20 нм (нанометров).

Особенности магний-графенового аккумулятора

Первые магниевые батареи были разработаны испанскими учеными в 2017 году. Графеновые аккумуляторы, в которых электролитом выступает магний, более емкие и быстрее заряжаются.

Нередко это изобретение относят к батареям нового поколения. При этом, они на 77% дешевле и на 50% легче литий-ионных аналогов.

Высокая подвижность ионов позволяет зарядить такой аккумулятор за 8 минут. А максимальной емкости достаточно, чтобы электромобиль смог проехать 1000 км.

Принцип действия любых аккумуляторов – химические процессы окисления и восстановления. Магний, который стоит практически в 20 раз дешевле лития, выбран неслучайно.

Магний, как литий, не взрывоопасен при контакте с жидкостью, также его легче утилизировать. Да и запасов его на планете куда больше.

По мнению ученых, новые магний-графеновые батареи будут иметь емкость в 2,5 раза больше, чем у традиционных литиевых источников питания.

Немецкие автомобильные концерты приняли такую батарею на тестирование. Тест оказался успешным и пошли разговоры об использовании аккумуляторов в промышленности.

Особенности магний-графенового аккумулятора

Электромобиль, работающий без использования ископаемых источников топлива, не будет таким же быстрым, как транспортное средство на бензине или «дизеле». Но снижается цена питания и обслуживания. А это уже значимый шаг, который еще более отображает перспективность машин на электричестве.

По их мнению, подобные источники питания станут еще безопаснее, более стойкими к возникновению коротких замыканий.

Где купить аккумулятор

Аккумуляторы, сделанные из графена, пока что остаются только в виде проектов. Если они будут реализованы, то получатся батареи, которые смогут в течение года работать без подзарядки. Пока что заряд приходится постоянно пополнять и все знают, сколько примерно заряжаются литий-ионные «пластины».

Достаточно представить, что в одной коробочке, размером с пачку масла, может вмещаться 1 мегаватт энергии – такое изобретение кто-то захочет использовать как оружие с немалой поражающей мощностью. Производители продолжают тестировать новинку на своих автомобильных концернах, доводя ее до «норм».

Углеродные источники питания – технология, которая найдет отклик в будущем, когда будут отлажены все технические тонкости производства. Тогда, может быть, появятся и первые смартфоны с графеновыми аккумуляторами, которые будут заряжаться за несколько минут.

Источник

В Австралии создали аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных

Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена на основе разработки Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ) создала аккумуляторы, которые по многим параметрам выглядят намного лучше современных литиевых батарей. Это прорыв, говорят разработчики и обещают через год начать массовое производство новинки.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используют редкоземельных металлов, не горят, выдерживают колоссальные токи и широкий диапазон рабочих температур. Подобные перезаряжаемые элементы питания могут подтолкнуть далеко вперёд развитие электрического транспорта. Впрочем, для электромобилей алюминиево-ионные графеновые аккумуляторы компания GMG обещает начать выпускать только в 2024 году, тогда как со следующего года она запустит в производство аккумуляторы для других нужд.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Отчего так нескоро? В компании заявляют, что для выпуска алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов для электромобилей необходимо создать элементы в стандартных формфакторах и со стандартными электрическими характеристиками, в частности — с таким же напряжением, как литийионные батареи. Пока же компания намерена выпускать революционные элементы в собственном формфакторе, который оптимизирован под фирменную технологию. Это не станет проблемой для выпуска целого спектра продукции на «алюминиевых» батареях, только бы компания сдержала своё обещание.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Катод алюминиево-ионной графеновой батареи представляет собой несколько слоёв перфорированного графена с порами примерно 2,3 нм. В поры уложены атомы алюминия, что делает материал довольно плотным с точки зрения возможности запасать энергию и способным пропускать намного большие токи, чем литийионные. Также следует учитывать, что каждый ион алюминия в процессе заряда обменивается на катоде на три электрона, тогда как ион лития обменивается только на один электрон.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Заявленные разработчиками токовые характеристики алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов достигают 149 мА·ч/г и 5 А/г. По энергоёмкости «алюминиевые» батареи на 30–40 % хуже хороших современных литиевых батарей, но в три раза лучше лучших лабораторных образцов алюминиево-ионных аккумуляторов, которые прежде были разработаны в Стэнфордском университете. Австралийские аккумуляторы в нынешнем виде обещают удельную энергоёмкость до 160 Вт·ч/кг и мощность до 7000 Вт/кг.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Благодаря способности выдерживать большие токи разработчики называют свои батареи чуть ли не суперконденсаторами. Элемент типа «монетка» заряжается за несколько секунд в отличие от литиевых аналогов. С этих элементов, кстати, компания GMG рассчитывает начать коммерческое производство алюминийионных аккумуляторов в конце нынешнего года или в начале следующего. Что же, надеемся вскоре увидеть что-то новое и необычное на рынке аккумуляторов.

Источник