Tai paradoksas, tačiau nepaisant didžiulio kelio, kurį elektronika nuėjo per pastaruosius 30 metų, visi mobilieji įrenginiai vis dar aprūpinti ličio jonų baterijomis, kurios į rinką pateko dar 1991 m., Kai įprastas kompaktinių diskų grotuvas buvo nešiojamųjų technologijų inžinerijos viršūnė.
Daugybę naujų elektronikos pavyzdžių ir prietaisų naudingų savybių išlygina negausus šių įrenginių maitinimo iš mobiliosios baterijos laikas. Mokslinis muilas ir išradėjai būtų jau seniai pasitraukę į priekį, tačiau juos saugo akumuliatoriaus „inkaras“.
- „Salik.biz“
Pažvelkime į tai, kokios technologijos gali pakeisti elektronikos pasaulį ateityje.
Pirma, šiek tiek istorijos
Dažniausiai ličio jonų (ličio jonų) baterijos naudojamos mobiliuosiuose įrenginiuose (nešiojamuosiuose kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose, PDA ir kituose). Taip yra dėl jų pranašumų prieš anksčiau plačiai naudojamas nikelio-metalo hidrido (Ni-MH) ir nikelio-kadmio (Ni-Cd) baterijas.
Ličio jonų baterijos turi daug geresnius parametrus. Tačiau reikia nepamiršti, kad Ni-Cd akumuliatoriai turi vieną svarbų pranašumą: galimybę užtikrinti aukštą iškrovos srovę. Ši savybė nėra kritiškai svarbi, kai maitinami nešiojamieji kompiuteriai ar mobilieji telefonai (kai Li-ion dalis siekia 80%, o jų dalis tampa vis didesnė), tačiau yra nemažai prietaisų, kurie vartoja dideles sroves, pavyzdžiui, visų rūšių elektriniai įrankiai, elektriniai skustuvai ir kt. P. Iki šiol šie prietaisai buvo beveik išimtinai „Ni-Cd“baterijų sfera. Tačiau šiuo metu, ypač atsižvelgiant į kadmio naudojimo apribojimą pagal Pavojingų medžiagų naudojimo apribojimo direktyvą, suaktyvėjo akumuliatoriai be kadmio su didele iškrovos srove.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pirminės baterijos („baterijos“) su ličio anodu atsirado XX a. 70-ųjų pradžioje ir greitai buvo pritaikytos dėl jų aukštos specifinės energijos ir kitų pranašumų. Taigi buvo įgyvendintas ilgalaikis noras sukurti cheminės srovės šaltinį su aktyviausiu reduktoriu - šarminiu metalu, kuris leido dramatiškai padidinti tiek akumuliatoriaus darbinę įtampą, tiek jo specifinę energiją. Jei pirminių elementų, turinčių ličio anodą, kūrimas vainikavo gana greitą pasisekimą ir tokie elementai tvirtai užėmė savo vietą kaip nešiojamųjų įrenginių energijos šaltiniai, tada ličio baterijų kūrimas susidūrė su pagrindiniais sunkumais, kuriems įveikti prireikė daugiau nei 20 metų.
Po daugybės bandymų devintajame dešimtmetyje paaiškėjo, kad ličio baterijų problema yra susukta aplink ličio elektrodus. Tiksliau, apie ličio aktyvumą: procesai, vykstantys eksploatacijos metu, galų gale, sukėlė žiaurią reakciją, vadinamą „ventiliacija išleidžiant liepsną“. 1991 m. Į gamyklas buvo pritraukta daug ličio baterijų, kurios pirmą kartą buvo naudojamos kaip mobiliųjų telefonų energijos šaltinis. Priežastis - pokalbio metu, kai maksimalus dabartinis suvartojimas, iš akumuliatoriaus išsiskleidė liepsna, deginanti mobiliojo telefono vartotojo veidą.
Dėl metaliniam ličiui būdingo nestabilumo, ypač kraunant, moksliniai tyrimai perėjo į akumuliatoriaus kūrimo sritį nenaudojant Li, bet naudojant jo jonus. Nors ličio jonų akumuliatoriai suteikia šiek tiek mažesnį energijos tankį nei ličio akumuliatoriai, ličio jonų akumuliatoriai yra saugūs, jei yra tinkamai įkrauti ir iškrauti. Tačiau jie nėra atsparūs sprogimams.
Šia linkme taip pat, kol viskas bandoma vystytis ir nestovėti vietoje. Pavyzdžiui, Nanjano technologijos universiteto (Singapūras) mokslininkai sukūrė naujo tipo ličio jonų akumuliatorius, pasižyminčius rekordinėmis savybėmis. Pirma, jis per 2 minutes įkraunamas iki 70% savo maksimalios talpos. Antra, akumuliatorius daugiau nei 20 metų dirbo beveik be sugedimo.
Ko galime tikėtis toliau?
Natris
Pasak daugelio tyrėjų, būtent šis šarminis metalas turėtų pakeisti brangų ir retą ličio, kuris, be to, yra chemiškai aktyvus ir pavojingas ugniai. Natrio akumuliatorių veikimo principas yra panašus į ličio - akumuliatoriui perduoti naudojami metalo jonai.
Daugelį metų įvairių laboratorijų ir institutų mokslininkai kovojo su natrio technologijos trūkumais, tokiais kaip lėtas įkrovimas ir maža srovė. Kai kuriems iš jų pavyko išspręsti problemą. Pavyzdžiui, išankstiniai „BroadBit“akumuliatorių pavyzdžiai įkraunami per penkias minutes ir turi pusantro ar du kartus didesnę talpą. Gavusi kelis apdovanojimus Europoje, tokius kaip „Inovacijų radaro“prizas, „Eureka Innovest Award“ir daugybė kitų, įmonė perėjo prie sertifikavimo, gamyklos statymo ir patentų gavimo.
Grafenas
Grafenas yra vieno atomo storio anglies atomų plokščioji kristalinė gardelė. Dėl milžiniško kompaktiško tūrio paviršiaus, galinčio kaupti krūvį, grafenas yra puikus sprendimas kuriant kompaktiškus superkondensatorius.
Jau yra eksperimentinių modelių, kurių talpa gali siekti 10 000 faradų! Tokį superkondensatorių sukūrė „Sunvault Energy“bendradarbiaudama su Edisonu Poweru. Kūrėjai tvirtina, kad ateityje pristatys modelį, kurio energijos užteks visam namui maitinti.
Tokie superkondensatoriai turi daug pranašumų: beveik greito įkrovimo galimybė, ekologiškumas, saugumas, kompaktiškumas ir mažos išlaidos. Dėka naujos grafeno gamybos technologijos, panašios į spausdinimą 3D spausdintuvu, „Sunvault“žada baterijų kainą beveik dešimt kartų mažiau nei ličio jonų technologijos. Tačiau pramoninė gamyba dar labai nutolusi.
„Sanvault“taip pat turi konkurentų. Australijos Svinburno universiteto mokslininkų grupė taip pat pristatė grafeno superkondensatorių, kurio talpa panaši į ličio jonų akumuliatorius. Jį galima įkrauti per kelias sekundes. Be to, jis yra lankstus, kuris leis jį naudoti įvairių formos veiksnių įrenginiuose ir net protinguose drabužiuose.
Atominės baterijos
Branduolinės baterijos vis dar yra labai brangios. Artimiausiu metu jie negalės konkuruoti su jau pažįstamomis ličio jonų baterijomis, tačiau negalime jų nepaminėti, nes šaltiniai, kurie 50 metų nuolat gamina energiją, yra daug įdomesni nei įkraunamos baterijos.
Jų veikimo principas tam tikra prasme yra panašus į saulės elementų veikimą, tik vietoj saulės energijos šaltinis juose yra izotopai su beta spinduliuote, kurį vėliau sugeria puslaidininkiniai elementai.
Skirtingai nuo gama spinduliuotės, beta spinduliuotė yra praktiškai nekenksminga. Tai yra įkrautų dalelių srautas ir lengvai ekranuojamas plonais specialių medžiagų sluoksniais. Jį taip pat aktyviai absorbuoja oras.
Šiandien tokių baterijų kūrimas vykdomas daugelyje institutų. Rusijoje NUST MISIS, MIPT ir NPO Luch paskelbė apie bendrą darbą šia kryptimi. Anksčiau panašų projektą pradėjo įgyvendinti Tomsko politechnikos universitetas. Abiejuose projektuose pagrindinė medžiaga yra nikelis-63, gaunamas neutronu švitinant nikelio-62 izotopą branduoliniame reaktoriuje, toliau atliekant radiocheminį apdorojimą ir atskyrimą dujų centrifugose. Pirmasis akumuliatoriaus prototipas turėtų būti paruoštas 2017 m.
Tačiau šie beta-voltatiniai maitinimo šaltiniai yra mažai energijos ir yra labai brangūs. Rusijos plėtros atveju numatomos miniatiūrinio energijos šaltinio išlaidos gali būti iki 4,5 milijono rublių.
„City Labs“naudojamo tričio „NanoTritium“pagrindu sukurtas atominis energijos tiekimas.
„Nickel-63“taip pat turi konkurentų. Pvz., Misūrio universitetas ilgą laiką eksperimentavo su stroncis-90, o miniatiūrines beta-voltatines baterijas, pagrįstas tričio pagrindu, galima rasti komerciškai. Už tūkstančio dolerių kainą jie gali maitinti įvairius širdies stimuliatorius, jutiklius arba kompensuoti ličio jonų akumuliatorių savaiminį išsikrovimą.
Šviesioji raktų pakabukas su tričiu.
Šiuo metu ekspertai yra ramūs
Nepaisant požiūrio į pirmųjų natrio akumuliatorių masinę gamybą ir aktyvaus darbo su grafeno maitinimo šaltiniais, pramonės ekspertai artimiausius kelerius metus neprognozuoja jokių apsisukimų.
Bendrovė „Liteko“, veikianti po „Rusnano“sparnu ir gaminanti ličio jonų baterijas Rusijoje, mano, kad kol kas rinkos augimo sulėtėjimo priežasčių nėra. Pastovų ličio jonų akumuliatorių poreikį pirmiausia lemia jų aukšta specifinė energija (kaupiama masės arba tūrio vienetui). Remiantis šiuo parametru, šiuo metu jie neturi konkurentų iš daugkartinio įkrovimo cheminių energijos šaltinių, pagamintų serijiniu būdu “, - komentuoja bendrovė.
Tačiau tuo pačiu „BroadBit“natrio akumuliatorių komercinės sėkmės atveju rinka gali keistis per kelerius metus. Nebent savininkai ir akcininkai nori uždirbti daug pinigų iš naujos technologijos.