В поисках вечной батарейки: как меняются технологии создания аккумуляторов

10-ки компаний стремятся сделать новейший тип аккумов: повысить энергоемкость, срок службы, убыстрить зарядку и создать так, чтоб батарея разряжалась как можно медлительнее. В новейшие технологии хранения энергии вкладывают большие суммы — около $3 миллиардов в год. Согласно оценкам швейцарского банка UBS, за наиблежайшее десятилетие Рынок накопителей энергии может вырасти до $426 миллиардов. «Хайтек» ведает о том, развиваются технологии хранения энергии и почему все упирается в добычу дорогостоящих частей.

Какие задачки решают новейшие технологии

За создание литий-ионной технологии трое ученых получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году. Ведь в том числе благодаря их изобретению расширились способности по использованию портативной техники (ноутбуков, телефонов, планшетов). сейчас к накопителям энергии предъявляют все наиболее высочайшие требования, и это подталкивает к поиску новейших технологий. Важен баланс меж габаритами, энергетическими чертами и ценой. 1-ые два параметра можно настраивать в широком спектре, но стоимость остается суровым препятствием. Ну и технологии, использующие литий, упираются в ограничение: лития в природе не так много, а его добыча обходится довольно недешево. прогресс крайних лет затрагивает, быстрее, энергоэффективность, а не высококачественные свойства. Хотя разработок много, инновации не так стремительно попадают на массовый Рынок.

Развитие батарей для электротранспорта, складской техники и галлактической отрасли происходят значительно резвее. Технологический рывок произойдет и на массовом рынке, но для этого производители мобильной техники должны избрать автономность устройств как главный элемент добавленной цены. Но ожидание будет долгим. По оценкам Интернационального энергетического агентства, главный технологией в наиблежайшие десятилетия останутся литиевые батареи. Выход новейших разработок на Рынок прогнозируются не ранее 2025 года. Но фундамент будущих конфигураций закладывается уже на данный момент, главные тренды соединены с технологией резвой зарядки, уменьшением габаритов и увеличением срока службы аккумов.

Стартапы ради резвой зарядки

разработка резвой зарядки включает три главных момента: методы заряда, энерго характеристики и сечение проводника. Если речь о мобильной технике, то ее зарядка не подразумевает контраста разъемов и кабелей. Type-C стал эталоном для промышленности, потому на 1-ый план выходят методы заряда, такие как Power Delivery и Quick Charge.

Их основная задачка — обеспечить передачу большего количества энергии по тому же проводу, не превышая допустимые значения силы тока (до 3 А). Но устройство не обязано перенагреваться во время зарядки, потому сейчас делают упор не только лишь на повышение зарядного напряжения, да и на разработку особых алгоритмов, равномерно понижающих мощность (по мере того, как батарея восстанавливает уровень заряда). Не считая того, разработка резвой зарядки становится одним из пт, обеспечивающих «привязку» пользователя к экосистеме определенного производителя.

Канадский стартап GBatteries пробует решить задачку резвого восполнения заряда при помощи искусственного ума. Стремительная зарядка получается благодаря поочередным микроимпульсам повсевременно меняющегося тока. Действуют умные методы, которые интегрированы в зарядные станции: они определяют, когда конкретно выслать очередной импульс и определяют уровень напряжения, чтоб не навредить аккумам. Технологию планируют скооперировать с текущим поколением литий-ионных аккумов. Планируется, что благодаря задумке батареи электрокаров сумеют восполнять заряд за 5–10 минут. Канадцы разрабатывают зарядные станции и для иной техники.

Технологию резвой зарядки дает и израильский стартап StoreDot. Заместо модификации принципа работы зарядного устройства они обратились к химии самой аккумуляторной батареи. Заместо графита употребляются олово, германий и кремний в сочетании с органическими соединениями. Заряд батареи, применяемой в электросамокате, вышло восполнить всего за 5 минут. Спецы разрабатывают аккумулятор для телефона, который сумеет восполнить заряд так же стремительно. Посреди инвесторов стартапа — Мерседес Daimler и Самсунг. правда, снова же, вопросец в стоимости — вначале батареи буквально не будут дешевенькими.

Стартапы, пообещавшие супертонкие батареи

Если гласить о литиевых батареях, то задачка по производству аккума шириной около 1 мм полностью осуществима. Но если необходимо сохранить емкость, физический размер активного вещества в аккуме должен остаться постоянным. Как итог — получится узкая, но весьма широкая батарея. При всем этом характеристики энергетической эффективности устройства будут ниже, чем у его обычных «братьев».

Потому сверхтонкие литиевые АКБ нужны только в специфичных областях приборостроения. Что касается массового рынка, малогабаритные устройства постоянно пользуются спросом. к примеру, в линейке наружных аккумов федеральной дистрибьюторской сети Energon модель Revolter 5000 шириной всего 5 мм, и такие габариты уже воспринимаются пользователями как супертонкий формат.

Посреди технологий, которые дозволят сохранить емкость батареи при уменьшении габаритов — стартапы из Стране восходящего солнца. например, 3Dom (стартап, который возник в 2014 году в Токийском институте). К 2022 году в планах — Создание литий-металлических батарей, которые при таковых же габаритах наиболее эффективны, чем современные литий-ионные батареи.

В базе японской технологии — подмена углеродных материалов на железный литий. Схожая химия обеспечивает наиболее высшую плотность энергии, но сразу с сиим вырастает риск маленьких замыканий и воспламенений.

Стартапы: для долгой службы

Существует много электродных материалов, обеспечивающих выдающуюся устойчивость к циклированию — к примеру, LTO либо NMC. Но из-за цены такие батареи недосягаемы для широкого потребительского рынка. И пока нет предпосылок того, что ситуация скоро поменяется.

Но конфигурации происходят — не только лишь в области химии устройств, да и контролеров, менеджмента заряда, энергоэффективности устройств. Работая в комплексе, они существенно продлевают жизнь аккумов. Даже Илон Маск, который любит смелые обещания, признал: перспективнее улучшение литий-ионных аккумов, а не поиск совсем новейших технологий.

Посреди новейших технологий, которые собираются предложить рынку — батареи, где дорогие сплавы изменены дешевенькими и всераспространенными субстанциями. к примеру, южноамериканский стартап Conamix обещает убрать кобальт — элемент, который добывают в Конго. Правительство данной республики повсевременно поднимает налог на сырье. Текущие разработки дозволят уменьшить содержание этого сплава в аккумах для электромобилей с 20% до 4%.

Как батареи тормозят развитие многообещающих технологий

К огорчению, неспешный прогресс в сфере аккумуляторных батарей почти во всем ограничивает развитие смежных индустрий. Телефоны, ноутбуки, электромобили стают все наиболее технологически «нафаршированными» и требуют все больше энергии. К примеру, активному юзеру телефона батареи хватает на 6–8 часов. При этом в среднем россиянин любой денек открывает 10–12 приложений. В связи с сиим создатели телефонов подбирают энергосберегающие программки. Одни производители встраивают приложения в прошивку по дефлоту, остальные оставляют выбор за юзером — дают скачать их. Если покажутся действенные батареи, расширятся способности по использованию программ.

Очередное направление — солнечная энергия. Большая часть установок занимают много места, а их стоимость высока. Узнаваемый факт: львиная часть издержек на развертывание солнечных систем связана с приобретением аккумов, которые будут припасать энергию. Потому наиболее дешевенькие и энергоэффективные накопители обеспечили бы существенно наиболее обширное применение зеленоватых технологий.

Поиск действенного хранения энергии происходит и в сфере солнечной энергии. к примеру, исследователи Стэнфордского института дают кандидатуру — внедрение био систем. разработка подразумевает извлечение метана при помощи бактерии Methanococcus maripaludis. Потом его планируют преобразовывать в электричество благодаря имеющейся инфраструктуре.

Есть несколько обстоятельств, которые тормозят возникновение новейших наиболее действенных батарей. одна из их — очень высочайшая стоимость разработки. По данным Lux Research, в среднем для поддержания работы стартапа, нацеленного на поиск новейших решений в сфере хранения и транспортировки энергии, требуется до $40 млн в течение восьми лет. К примеру, японская компания New Energy & Industrial Technology Development Organization выделила 90 млн на создание батарей новейшего типа. Но почаще стартаперам приходится находить финансирование. к примеру, компания StoreDot обратилась к краудфандингу, где удалось привлечь $6,25 млн инвестиций.

Тиражирование новейших разработок обойдется еще дороже. Лишь для сотворения новейшей производственной полосы и решения сопутствующих задач, по подсчетам, требуется около $500 млн. Потому технологии, которые кажутся чудом, не постоянно разрабатывают стремительно.

Внедрение новейших технологий — дело небыстрое. Ведь даже с момента сотворения размеренных литий-ионных аккумов до старта серийного производства прошло наиболее 10 лет.

Читайте также:

Сделать ядерный реактор на Земле реально. Какие будут последствия?

Ледник «Судного денька» оказался опаснее, чем задумывались ученые. Рассказываем основное

На 3 денек Источник