Революция в производстве электрических батарей

В мире больше мобильных телефонов, чем людей. Почти все они питаются от литий-ионных батарей, которые являются одним из важнейших компонентов, обеспечивающих революцию в портативной электронике за последние несколько десятилетий. Ни одно из устройств не было бы привлекательным для пользователей, если бы у него не хватало энергии для того, чтобы продержаться как минимум несколько часов без подзарядки.

Литий-ионные аккумуляторы также весьма полезны для электрических транспортных средств, систем энергосбережения и сетей. Инновации исследователей, стремящиеся улучшить литий-ионные батареи, прокладывают путь для развития батарей с еще большей производительностью. Уже существует высокий спрос на батареи большой емкости, которые не будут загораться или взрываться, можно будет зарядить за считанные минуты, сохраняя при этом достаточно энергии для питания устройства в течение нескольких дней.

Электромобили и системы хранения энергии были бы еще востребование, если бы их можно было разряжать и заряжать десятки тысяч раз за многие годы или даже десятилетия. Владельцы таких устройств и электромобилей были бы счастливы, если бы их агрегаты сами оповещали о необходимости зарядки.

Новые материалы

По большей части, достижения в области хранения энергии будут основываться на продолжающемся развитии и повышении пределов производительности существующих аккумуляторных материалов и разработке совершенно новых структур батарей и композиций.

Аккумуляторная индустрия уже работает над уменьшением стоимости литий-ионных батарей, в том числе путем удаления дорогого кобальта. Это также снизило бы человеческие затраты на эти батареи, поскольку многие шахты в Конго, ведущем в мире источнике кобальта, используют детский труд.

Исследователи находят способы заменить материалы, содержащие кобальт, катодами, изготовленными в основном из никеля. В конце концов они могут заменить никель марганцем. Каждый из этих металлов дешевле и безопаснее для работы, чем его предшественник.

Также рассматривается замена ионов лития, которые перемещаются между двумя электродами, ионами и электролитами, которые могут быть дешевле и потенциально безопаснее, например, на основе натрия, магния, цинка или алюминия.

Исследовательские группы также рассматривают возможности использования двумерных материалов, по существу чрезвычайно тонких листов веществ с полезными свойствами. Графен, пожалуй, самый известный из них — лист углерода толщиной всего в один атом.

Внутри батареи

Раньше исследователи проводили батарею через определенный процесс зарядки-разрядки или количество циклов, а затем удаляли материал из батареи и исследовали его после испытания. Только тогда ученые могли узнать, какие химические изменения произошли во время процесса, и понять, как работает батарея, и что повлияло на ее производительность.

Теперь исследователи могут наблюдать за материалами батарей, анализируя даже их атомную структуру и состав в реальном времени. Стало возможным использовать сложные методы спектроскопии, такие как рентгеновские методы, доступные с помощью ускорителя частиц, называемого синхротронном, а также электронные микроскопы и сканирующие зонды — для наблюдения за движением ионов и изменения физических структур, поскольку энергия хранится и высвобождается из материалов в батарее.

По материалам: theconversation.com. Подготовил: hevcars.com.ua