Какими могут быть батареи в будущем?
Что на сегодняшний день мы можем знать об новых экспериментальных версиях новых моделей батарей? Ведь не каждый из простых людей может попасть в лабораторный и исследовательский комплексы по изобретению электрических батарей нового вида. Любой из нас хорошо понимает, что мир не стоит на месте и всё отрасли очень быстро развиваются. Перед тем как выпустить на рынок готовый продукт, его долго разрабатывают и тщательно испытывают, причем это относиться не только к аккумуляторным батареям. Так же во все эти дела сильно вовлечены инвесторы, жаждущие крупных прибылей с новинок в мире аккумуляторов. Иногда из-за желания инвесторов быстрее получить конечный продукт, для извлечения исключительно прибыли, некоторые прототипы остаются не замеченными для массового потребителя. Хотя можно догадаться что в 21 веке, те новые изобретения аккумуляторов, спокойно могу демонстрировать невероятные показатели в характеристиках. Мы замечаем что дата релиза новинок “АКБ” постоянно сдвигается, что очень не радует. Но спустя годы, на свет выходит сбалансированный по параметрам продукт.
В идеале для достижения лучших показателей у батарей, на весь процесс от продумывания до тестирования, нужно около 10 лет, тогда мы сможем получить близкий к идеалу аккумулятор. Это надёжно, и качество становиться очень высоким, поэтому при должном терпении получается лучший результат. Хотя инвесторам это не интересно, но на их месте я бы всё таки призадумался, почему оного того стоит. Электрическая батарея это не конструктор Lego, а сложное изобретение которому на данный момент не более 150 лет в общем. Поэтому электрохимический источник питания должен проходить все этапы создания медленно и уверенно.
Анод в виде металлического лития - это база для электрических батарей на литиевой основе, он повышает уровень удельной энергоёмкости до адекватного предела при помощи оксидного катода.
Литий-металлические аккумуляторы впервые вышедшие 40 лет назад, быстро покинули массовый рынок из-за “дендритов” вызывающих взрыв или короткое замыкание, и были отозваны. И даже спустя десятилетия попытки улучшить такую технологию, не увенчались успехом. Остановившись на версии аккумулятора который не перезаряжается, и остается только ждать, когда произойдут инновации в этом типе аккумулятора. Уверен что в ближайшие годы мы получим полностью доработанную конструкцию данной батареи и будем приобретать их с полок магазинов.
Дальше в тексте мы опишем новые разработки в сфере аккумуляторов.
Например, такую, как с кремний-углеродной нано-структурой. И хотя вся конструкция далеко не самая устойчивая из-за расширения и сжатия, во время заряда/разряда, но запас энергии в хранении в более 10-и раз больше. Поэтому всяко лучше, будет скомбинировать кремний с графитом для анода, тем самым повысив ёмкость электрода из графита. Но и это далеко не идеально решение, сказывающееся на продолжительности жизненных циклов анода. Изо дня в день учёные совмещают разные компоненты для получения лучших показателей, и хоть это задача непростая, но со временем разработчики всё таки достигают нужного результата.
Давайте прочитаем про самые интересные типы батарей, которые сейчас находятся на экспериментальной стадии.
Литий-металлический аккумулятор
Мы уже упоминали об этом аккумуляторе в тексте на несколько абзацев выше. Так вот, над ним продолжается усердная работа, исследователи производят батарею в каких-то узкоспециализированных назначениях. Например для некоторых видов электромобилей в которых требовали высокую удельную энергоёмкость аккумулятора. Хотя при таких нагрузках в спорткарах, аккумулятор мог случайно загореться. Виноваты в этом те самые образующиеся металлические нити приводящие к короткому замыканию. Поэтому говорить о его долгосрочной безопасности пока рано, нужно улучшать и дорабатывать этот тип.
Литий-воздушный аккумулятор
Литий-воздушный элемент способен сохранить в себе достаточно много энергии. В цифрах это намного выше чем у остальных электрохимических систем. Реализовали это с помощью воздушно-цинкового и топливного элемента. А в роли катода – каталитический воздух, который подается в литий-воздушный аккумулятор. Цифры, про них мы не забыли, это примерно около 15 кВт-ч/кг, внушительно правда? Есть еще и алюминий-воздушный тип в половину слабей, но все равно достаточно высок в Вт-ч.
Более чем хорошо для электроавто правда? Каждая ячейка выдаёт от 1.5В до 3.2В. Остается ждать максимально стабильной версии данного аккумулятора. Если температуры не низкие и воздух поступающий в него достаточно чист, то и удельная мощность будет высока. Фильтры не дают попасть пленке из пероксида лития в ячейку аккумулятора, и тогда движение электронов не прекращается. Тогда и ёмкость сохраняется в полном объёме. Сейчас прорабатывается увеличение количества циклов на заряд/разряд на более чем 50 раз.
Твердотельный литиевый аккумулятор
А что если заменить графит на чистый литий и добавить керамический сепаратор вместо пористого полимерного? Тогда мы получим твердотельную технологию аккумуляторов. Кто знаком с историей, представляет что эта технология близка к первым моделям литий-полимерных аккумуляторов. Так же в нём есть что-то и от литий-металлического. Оставалось решить только, как избавиться от проблем создания этих металлических нитей; путём сухого полимера и сепаратора их керамики. Были проблемы и с проводимостью при работе в низких температурах. Срок службы тоже маловат, это не более сотни циклов. После доработки изобретателями, такая система послужит хорошо для силовых агрегатов и других устройств которым нужны высокие токи(источники хранения энергии).
Литий-серный аккумулятор
Умеренная масса серы и лёгкость лития – отличное решение для создания литий-серной электрохимической системы. Металлический литий здесь и электрод и двигатель ионов, а оксид металла теперь стал серой. Имея относительно высокую энергоёмкость в районе 500 Вт-ч/кг и мощность 2400 Вт/кг в добавок с напряжением в 2.1В на ячейку – Li-S аккумулятор может уверено считаться достойным своего места на рынке. Он не боится предельно низких температур и сам состав достаточно экологичный. Минусы это невозможность зарядить и разрядить аккумулятор более 50 раз. Слабая проводимость, деградация в серном катоде и не самая высокая стабильности при сильном нагреве. Надежда на нанопроводы и графен, который улучшит этот элемент в целом.
Натрий-ионный аккумулятор
Дешевый натрий отличная альтернатива обычной литий-ионной электрохимической системе. Отсутствие деградации при полном разряде, чего нет у других аккумуляторов. АКБ не требует особых регламентов при перевозках, так как безопасен. Напряжение у батареи 3.6В и энергоёмкость в районе 100 Вт-ч/кг. Цена на него примерна равна свинцово-кислотной ячейке. Доработать это аккумулятор от имеющихся деформаций путем расширения и увеличив циклы выдержки заряда/разряда, можно будет смело запускать его в массы.