Содержание
Алюминий-ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой
Ученые из Стэнфордского университета изобрели первый высокопроизводительный алюминиевый аккумулятор, который быстро заряжается, долговечен и недорог. Исследователи говорят, что новая технология является безопасной альтернативой многих массово-производимых батарей сегодня.
«Мы разработали алюминиевый аккумулятор, который может заменить существующие устройства хранения энергии, такие как щелочные батареи, которые вредны для окружающей среды, а также литий-ионные батареи, которые иногда возгораются», — сказал Хонгжие Дай, профессор химии в Стэнфордском университете. «Наша новая батарея не загорится, даже если вы просверлите её насквозь.»
Профессор Дай и его коллеги описывают новые аккумуляторы в журнале Nature как: «сверх-быстро-перезаряжаемые алюминиево-ионные аккумуляторы».
Алюминий уже давно стал привлекательным материалом для батарей, в основном из-за его низкой стоимости, низкой горючести и высокой емкости заряда.
В течение многих десятилетий исследователи безуспешно пытались разработать коммерчески жизнеспособную алюминий-ионную батарею.
Основной задачей было найти материалы, способные производить достаточное напряжение после нескольких циклов заряда-разряда.
Графитовый катод
Алюминий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов: отрицательно заряженный анод из алюминия и положительно заряженный катод.
«Люди пробовали различные виды материалов для катода,» сказал Дай. «Мы случайно обнаружили, что простое решение заключается в использовании графита, который состоит в основном из углерода. В нашем исследовании мы определили несколько типов графитового материала, которые дают нам очень хорошую производительность.»
В экспериментальных батареях, команда Стэнфордского университета помещала в алюминиевый анод и графитовый катод в ионный жидкий электролит, в гибкий полимерный пакет с покрытием.
Исследователи Стэндфордского университета за работой над алюминиево-ионным аккуумлятором
«Электролит в основном состоит из растворов солей, а это жидкость при комнатной температуре, поэтому это очень безопасно,» — сказал аспирант Стэнфорда Мин Гун.
«Алюминиевые батареи безопаснее, чем обычные литий-ионные батареи, используемые в миллионах портативных компьютеров и мобильных телефонов на сегодняшний день, добавил профессор Дай. «Литий-ионные батареи могут стать причиной возникновения пожара», сказал он.
В качестве примера он указал на недавнее решение авиакомпании Юнайтед энд Дельта, запрещающее перевозить литиевые батареи на пассажирских самолетах.
«В нашем исследовании на видео мы показываем, что вы можете просверлить аккумуляторную оболочку, но они будут продолжать работу некоторое время и не загорятся», — сказал Дай.
Одним из достоинств аккумуляторов является их является ультра-быстрая зарядка. Владельцы смартфонов знают, что это может занять несколько часов, при зарядке литий-ионных аккумуляторов. Разработчики новых аккумуляторов заявили «беспрецедентную скорость», до одной минуты у прототипа аккумулятора.
Долговечность является еще одним важным фактором. Алюминиевые батареи, разработанные в других лабораториях обычно теряют емкость уже всего после 100 циклов заряда-разряда.
Батарея Стэнфордского университета в состоянии выдержать более 7500 циклов без какой-либо потери мощности. «Это первая модель алюминиево-ионных батарей, с ультра-быстрой зарядкой, со стабильностью в тысячи циклов», — пишут авторы.
Для сравнения: типичный литий-ионный аккумулятор выдерживает около 1000 циклов.
«Другой особенностью алюминиевой батареи является гибкость,» — сказал Гонг. «Вы можете согнуть его и сложить, поэтому у аккумулятора есть потенциал для применения в гибких электронных устройствах. Алюминий также более дешевый металл, чем литий.»
Применение
В дополнение к использованию в портативных электронных устройствах, алюминиевые батареи могут быть использованы для хранения возобновляемой энергии в электросетях.
«Сетям нужна батарея с длительным жизненным циклом, которые могут быстро накапливать и выделять энергию», — объяснил Дай. «Наши последние неопубликованные данные свидетельствуют о том, что алюминиевую батарею можно заряжать десятки тысяч раз. Трудно представить себе строительство огромного литий-ионного хранилища для сетевого резервирования.»
«Алюминий-ионная технология также предлагает экологически чистую альтернативу одноразовым щелочным батареям», — сказал Дай. «Миллионы потребителей используют элементы типа АА и ААА напряжением 1,5 вольт.
Наш аккумулятор генерирует около двух вольт электричества. Это выше, чем кто-либо добился с алюминием, но дальнейшее улучшение аккумулятора позволит достичь напряжения литий-ионных батарей » — добавил он.
«Пока плотность хранения алюминиево-ионных аккумуляторов составляет около 40 Вт*час/кг, в то время как у литий-ионных 100-206 Вт*час/кг.
Но улучшение катодного материала, в конечном итоге, может увеличить напряжение и плотность энергии.
В противном случае, наша батарея уже имеет все, что вы хотели иметь в батарее: недорогие электроды, хорошую безопасность, высокоскоростная зарядка, гибкость и длительный срок службы » — сообщил профессор Хонгжие Дай.
Алюминий-ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой
Ученые Стэндфордского университета совсем недавно изобрели современный высокопроизводительный алюминиевый аккумулятор, который способен заряжаться за короткий промежуток времени.
Плюс ко всему, он обладает повышенной долговечностью и стоит недорого. Как говорят исследователи, именно за такой технологией будущие, ведь именно она является отличной альтернативой.
В этой статье мы расскажем вам, что такое алюминий-ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой и почему за ними будущие.
Что собой представляют алюминий-ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой
Профессор химии Стэндфордского университета Хонгжие Дай сказал – «Нам удалось изобрести алюминиевый аккумулятор, который даст нам возможность заменить существующие устройства хранения электрической энергии.
К ним можно отнести: щелочные батареи (вредные для окружающей среды) и литий-ионные батареи (иногда взрываются). Все эти устройства требуют доработок, а мы создали лучшее устройство, которое никогда не загорится, даже если вы сделаете несколько десятков сквозных отверстий».
Также узнайте, что собой представляет солнечная батарея Power Bank и почему производители так нагло врут нам.
Первые упоминания про такие аккумуляторы были напечатаны в газете Nature, там они позиционируются как быстро зарядные ионные аккумуляторы.
Из чего состоят алюминий-ионные батареи
Алюминий-ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой состоят из двух электродов:
Во время исследований были испробованы множество материалов, и как оказалось, самое простое и правильное решение заключается в использовании графита, состоящего из углерода. Было установлено, что именно такой тип графитового материала способен показать лучшую производительность.
Применение батарей со сверхбыстрой зарядкой
Батареи такого типа могут быть использованы для хранения большого количества энергии в электросетях.
«Электросетям необходима батарея, которая способна долго работать, быстро накапливать и выделить энергию», – именно это и удалось показать нам, объяснил Дай. «Как показывают последние исследования алюминиевую батарею можно заряжать несколько тысяч раз без потери производительности». Также читайте: Модульная солнечная электростанция Panasonic: преимущества и недостатки.
Такая технология позволит в полной мере заменить обычные элементы АА и ААА, которые имеют напряжение в 1.5 Вольт. Батареи из алюминия способны выдавать 2 Вольта, но есть и определенные недостатки. К примеру, плотность хранения алюминево-ионных аккумуляторов 40 Вт*час/кг, литий-ионные показывают плотность в 100-206 Вт*час/ кг.
Но, такие результаты временные, в скором времени все должно существенно измениться. Разработки не останавливаются, есть положительные сдвиги, но у них пока никто не говорит, все скрывается. Первые серьезные результаты, которые получит общественность, будут опубликованы в 2017-2018 году, а пока посмотрите вот такое видео про работу сверхбыстрых батареек.
Прорыв в изготовлении аккумуляторов на основе алюминия
Инженеры из Стэнфордского университета добились успеха в создании аккумуляторной батареи на основе алюминия. Она заряжается в течение нескольких минут, выдерживает тысячи циклов перезарядки без деградации, гибкая и недорогая в изготовлении.
Такая батарея гораздо безопаснее популярных литий-ионных (Li-ion). После сверления алюминиевой батареи она не только не загорается и не взрывается, но и продолжает некоторое время работать. Такие батареи на основе алюминия будут гораздо меньше вредить окружающей среде при утилизации.
Инженеры уже давно присматривались к алюминию, как к недорогой и практичной замене лития, однако до сего момента им не удавалось сделать батарею, выдававшую приемлемое напряжение после множества циклов зарядки и разрядки.
В отличие от предыдущих неудачных прототипов алюминиевых батарей, умиравших после сотни циклов зарядки, экспериментальная батарея выдержала в лаборатории 7500 циклов без какой бы то ни было деградации.
Для сравнения, типичная литий-ионная батарея теряет 20% ёмкости после 600 циклов зарядки/разрядки.
Ознакомительный ролик, включающий процесс сверления алюминиевой батареи:
Для сравнения — что будет, если проткнуть гвоздём li-ion аккумулятор …
… или просто ткнуть в него ножиком …
Батарея состоит из алюминиевого анода и графитового катода, погруженных в электролит и заключенных в гибкую полимерную оболочку. Такое сочетание было найдено в ходе экспериментов практически случайно. По словам исследователей, прототип выдаёт напряжение порядка 2V и имеет удельную ёмкость порядка 70mAh/g.
Удельная энергия типичной литий-ионной батареи составляет от 100 до 265Wh/kg. Для новой батареи этот показатель составил порядка 140Wh/kg. Плотность тока алюминиевого прототипа — 3000W/kg, что более,чем на порядок, превосходит аналогичный показатель литий-ионных (Li-ion) батарей.
Хонгжи Дай, профессор химии, участвовавший в разработке, рассказывает о своём изобретении: «Наша батарейка выдаёт примерно вдвое меньшее напряжение, чем типичная литиевая.
Но, улучшив материал катода, можно добиться увеличения как напряжения, так и плотности энергии.
Все остальные качества, о которых можно только мечтать, у неё уже есть: недорогие электроды, безопасность использования, высокоскоростная зарядка, гибкость и долгий жизненный цикл».
Алюминиевая батарея сможет найти применение не только в гаджетах (включая будущие гибкие устройства), но и, например, в энергосетях, в которых позарез нужны недорогие аккумуляторы, способные быстро накапливать и отдавать электрическую энергию.
По материалам Geektimes
Мечта об энергии: какими могут быть аккумуляторы будущего
В последние годы мы часто слышали, что вот-вот — и человечество получит аккумуляторы, которые будут способны питать наши гаджеты неделями, а то и месяцами, при этом очень компактные и быстрозаряжаемые. Но воз и ныне там. Почему до сих пор не появились более эффективные аккумуляторы и какие существуют разработки в мире, читайте под катом.
Сегодня ряд стартапов близки к созданию безопасных компактных аккумуляторов со стоимостью хранения энергии около 100 долларов за кВт⋅ч. Это позволило бы решить проблему электропитания в режиме 24/7 и во многих случаях перейти на возобновляемые источники энергии, а заодно снизило бы вес и стоимость электромобилей.
Но все эти разработки крайне медленно приближаются к коммерческому уровню, что не позволяет ускорить переход с ископаемых на возобновляемые источники. Даже Илон Маск, который любит смелые обещания, был вынужден признать, что его автомобильное подразделение постепенно улучшает литий-ионные аккумуляторы, а не создаёт прорывные технологии.
Многие разработчики верят, что будущие аккумуляторы станут иметь совсем другую форму, строение и химический состав по сравнению с литий-ионными, которые в последнее десятилетие вытеснили иные технологии со многих рынков.
Основатель компании SolidEnergy Systems Кичао Ху (Qichao Hu), в течение десяти лет разрабатывавший литий-металлический аккумулятор (анод металлический, а не графитовый, как в традиционных литий-ионных), утверждает, что главная проблема при создании новых технологий хранения энергии заключается в том, что при улучшении какого-то одного параметра ухудшаются остальные. К тому же сегодня существует столько разработок, авторы которых громко утверждают о своём превосходстве, что стартапам очень трудно убедить потенциальных инвесторов и привлечь достаточно средств для продолжения исследований.
Согласно отчёту Lux Research, за последние 8—9 лет компания вложила в исследование хранения энергии около 4 млрд долларов, из которых стартапам, создающим «технологии нового поколения», в среднем досталось по 40 млн долларов. При этом Tesla вложила около 5 млрд долларов в Gigafactory, занимающуюся производством литий-ионных аккумуляторов. Такой разрыв очень трудно преодолеть.
По словам Герда Седера (Gerd Ceder), профессора в области материаловедения Калифорнийского университета в Беркли, создание маленькой производственной линии и решение всех производственных проблем для налаживания выпуска аккумуляторов обходится примерно в 500 млн долларов.
Автопроизводители могут годами тестировать новые аккумуляторные технологии, прежде чем решить, приобретать ли создавшие их стартапы. Даже если новая технология выходит на рынок, нужно преодолеть опасный период наращивания объёмов и поиска клиентов.
К примеру, компании Leyden Energy и A123 Systems потерпели неудачу, несмотря на перспективность их продуктов, поскольку финансовые потребности оказались выше расчётных, а спрос не оправдал ожиданий.
Ещё два стартапа, Seeo и Sakti3, не успели выйти на массовые объёмы производства и значительный уровень дохода и были куплены за гораздо меньшие суммы, чем ожидали первичные инвесторы.
В то же время три основных мировых производителя аккумуляторов — Samsung, LG и Panasonic — не слишком заинтересованы в появлении инноваций и радикальных переменах, они предпочитают незначительно улучшать свою продукцию.
Так что все стартапы, предлагающие «прорывные технологии», сталкиваются с основной проблемой, о которой они предпочитают не упоминать: литий-ионные аккумуляторы, разработанные в конце 1970-х, продолжают совершенствоваться.
Но всё же — какие технологии могут прийти на смену вездесущим литий-ионным аккумуляторам?
В литий-воздушных аккумуляторах в качестве окислителя используется кислород. Потенциально они могут быть в разы дешевле и легче литий-ионных аккумуляторов, а их ёмкость способна оказаться гораздо больше при сравнимых размерах. Главные проблемы технологии: значительная потеря энергии за счёт теплового рассеивания при зарядке (до 30 %) и относительно быстрая деградация ёмкости. Но есть надежда, что в течение 5—10 лет эти проблемы удастся решить. Например, в прошлом году была представлена новая разновидность литий-воздушной технологии — аккумулятор с нанолитическим катодом.
Это устройство в виде специального горшка для растений, использующего энергию фотосинтеза для зарядки мобильных гаджетов. Причём оно уже доступно в продаже. Устройство может обеспечивать две-три сессии зарядки в день с напряжением 3,5 В и силой тока 0,5 А. Органические материалы в горшке взаимодействуют с водой и продуктами реакции фотосинтеза, в результате получается достаточно энергии для зарядки смартфонов и планшетов. Представьте себе целые рощи, в которых каждое дерево высажено над таким устройством, только более крупным и мощным. Это позволит снабжать «бесплатной» энергией окружающие дома и будет веской причиной для защиты лесов от вырубки.
В Калифорнийском университете в Ирвайне разработали нанопроводниковые аккумуляторы, которые могут выдерживать более 200 тыс. циклов зарядки в течение трёх месяцев без каких-либо признаков деградации ёмкости. Это позволит многократно увеличить жизненный цикл систем питания в критически важных системах и потребительской электронике. Нанопроводники в тысячи раз тоньше человеческого волоса обещают светлое будущее. В своей разработке учёные применили золотые провода в оболочке из диоксида марганца, которые помещены в гелеобразный электролит. Это предотвращает разрушение нанопроводников при каждом цикле зарядки.
В Toyota работают над использованием магния в аккумуляторах. Это позволит создавать маленькие, плотно упакованные модули, которым не нужны защитные корпуса. В долгосрочной перспективе такие аккумуляторы могут быть дешевле и компактнее литий-ионных. Правда, случится это ещё не скоро. Если случится. В обычных литий-ионных аккумуляторах в качестве среды для переноса заряженных частиц между электродами используется жидкий легковоспламеняющийся электролит, постепенно приводящий к деградации аккумулятора.
Этого недостатка лишены твердотельные литий-ионные аккумуляторы, которые сегодня считаются одними из самых перспективных. В частности, разработчики Toyota опубликовали научную работу, в которой описали свои эксперименты с сульфидными сверхионными проводниками.
Если у них всё получится, то будут созданы аккумуляторы на уровне суперконденсаторов — они станут полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут. Идеальный вариант для электромобилей. А благодаря твердотельной структуре такие аккумуляторы будут гораздо стабильнее и безопаснее современных литий-ионных.
Расширится и их рабочий температурный диапазон — от –30 до +100 градусов по Цельсию.
Учёные из Массачусетского технологического института в содружестве с Samsung также разработали твердотельные аккумуляторы, превосходящие по своим характеристикам современные литий-ионные. Они безопаснее, энергоёмкость выше на 20—30 %, да к тому же выдерживают сотни тысяч циклов перезарядки. Да ещё и не пожароопасны.
Совершенствование топливных ячеек может привести к тому, что смартфоны мы будем заряжать раз в неделю, а дроны станут летать дольше часа. Учёные из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея) создали ячейку, в которой объединили пористые элементы из нержавеющей стали с тонкоплёночным электролитом и электродами с минимальной теплоёмкостью. Конструкция оказалась надёжнее литий-ионных аккумуляторов и работает дольше них. Не исключено, что разработка будет внедрена в коммерческие продукты, в первую очередь в смартфоны Samsung.
Многие специалисты считают, что будущее — за графеновыми аккумуляторами. В компании Graphenano разработали аккумулятор Grabat, который может обеспечить запас хода электромобиля до 800 км. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается всего за несколько минут — скорость зарядки/разрядки в 33 раза выше, чем у литий-ионных. Быстрая разрядка особенно важна для обеспечения высокой динамики разгона электромобилей. Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт⋅ч/кг. Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт⋅ч/кг.
Учёные из Университета Райса добились прогресса в разработке микросуперконденсаторов. Один из главных недостатков технологии — дороговизна изготовления, но применение лазера может привести к существенному удешевлению.
Электроды для конденсаторов вырезаются лазером из пластикового листа, что многократно снижает трудоёмкость производства. Такие аккумуляторы могут заряжаться в 50 раз быстрее литий-ионных, а разряжаются медленнее используемых сегодня суперконденсаторов.
К тому же они надёжны, в ходе экспериментов продолжали работать даже после 10 тыс. сгибаний.
Группа французских исследователей и компаний RS2E разработала натрий-ионные аккумуляторы для ноутбуков, в которых используется обычная соль. Принцип работы и процесс изготовления держатся в секрете. Ёмкость 6,5-сантиметрового аккумулятора — 90 Вт⋅ч/кг, что сравнимо с массовыми литий-ионными, но он выдерживает пока не более 2 тыс. циклов зарядки.
Другая тенденция в разработке технологий хранения энергии — создание трёхмерных структур. В частности, компания Prieto создала аккумулятор на основе субстрата пенометалла (меди). Здесь нет легковоспламеняющегося электролита, у такого аккумулятора большой ресурс, он быстрее заряжается, его плотность в пять раз выше, а также он дешевле и меньше современных аккумуляторов. В Prieto надеются сначала внедрить свою разработку в носимую электронику, но утверждают, что технологию можно будет распространить шире: использовать и в смартфонах, и даже в автомобилях.
Ещё одна разработка Массачусетского технологического института — наночастицы для аккумуляторов: полая оболочка из диоксида титана, внутри которой (как желток в яйце) находится наполнитель из алюминиевой пудры, серной кислоты и оксисульфата титана.
Размеры наполнителя могут меняться независимо от оболочки. Применение таких частиц позволило в три раза увеличить ёмкость современных аккумуляторов, а длительность полной зарядки снизилась до шести минут. Также снизилась скорость деградации аккумулятора.
Вишенка на торте — дешевизна производства и простота масштабирования.
В Стэнфорде разработали алюминий-ионный аккумулятор, который полностью заряжается примерно за одну минуту. При этом сам аккумулятор обладает некоторой гибкостью. Главная проблема — удельная ёмкость примерно вдвое ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Хотя, учитывая скорость зарядки, это не так критично.
Если компании Fuji Pigment удастся довести до ума свой алюминий-воздушный аккумулятор Alfa battery, то нас ждёт появление носителей энергии, ёмкость которых в 40 раз больше ёмкости литий-ионных. Более того, аккумулятор перезаряжается доливкой воды, простой или подсоленной. Как утверждают разработчики, на одном заряде Alfa сможет работать до двух недель. Возможно, сначала такие аккумуляторы появятся на электромобилях. Представьте себе автозаправку, на которую вы заезжаете за водой.
Компания Jenax создала гибкий аккумулятор J.Flex, похожий на плотную бумагу. Его даже можно складывать. К тому же он не боится воды и потому очень удобен для использования в одежде.
Или представьте себе наручные часы с аккумулятором в виде ремешка. Эта технология позволит и уменьшить размер самих гаджетов, и увеличить носимый объём энергии. Другой сценарий — создание гибких складных смартфонов и планшетов.
Нужен экран побольше? Просто разверните сложенный вдвое гаджет.
Как утверждают разработчики, тестовый образец выдерживает 200 тыс. складываний без потери ёмкости.
Над созданием гибких носителей энергии работают во многих компаниях.
А команда учёных из Университета штата Аризона пошла дальше и с помощью особой механической конструкции создала аккумулятор в виде эластичной ленты.
Не исключено, что идея будет развита и позволит встраивать аккумуляторы в одежду.
В 2013 году Фонд Билла Гейтса вложился в продолжение исследований Bristol Robotic Laboratory по созданию аккумуляторов, работающих на моче. Весь цимес в использовании «микробных топливных ячеек»: в них содержатся микроорганизмы, расщепляющие мочу и вырабатывающие электричество. Кто знает, возможно, скоро поход в туалет будет не только потребностью, но и в буквальном смысле полезным занятием.
В 2014 году компания Power Japan Plus сообщила о планах по выпуску аккумуляторов, в основе которых лежат углеродные материалы. Их можно было производить на том же оборудовании, что и литий-ионные. Углеродные аккумуляторы должны работать дольше и заряжаться в 20 раз быстрее литий-ионных. Был заявлен ресурс в 3 тыс. циклов зарядки.
В Гарварде была создана технология органических аккумуляторов, стоимость производства которых составляла бы 27 долларов за кВт⋅ч. Это на 96 % дешевле аккумуляторов на основе металлов (порядка 700 долларов за кВт⋅ч). В изобретении применяются молекулы хинонов, практически идентичные тем, что содержатся в ревене. По эффективности органические аккумуляторы не уступают традиционным и могут без проблем масштабироваться до огромных размеров.
Эта технология представляет собой модернизацию литий-ионных аккумуляторов. В Калифорнийском университете в Риверсайде вместо графитовых анодов использовали обожжённую смесь очищенного и измельчённого песка (читай — кварца) с солью и магнием. Это позволило повысить производительность обычных литий-ионных аккумуляторов и примерно втрое увеличить их срок службы.
В Наньянском технологическом университете (Сингапур) разработали свою модификацию литий-ионного аккумулятора, который заряжается на 70 % за две минуты и служит в 10 раз дольше обычных литий-ионных. В нём анод изготовлен не из графита, а из гелеобразного вещества на основе диоксида титана — дешёвого и широко распространённого сырья.
В Мэрилендском университете в Колледж-Парке создали нанопористую структуру, каждая ячейка которой работает как крохотный аккумулятор. Такой массив заряжается 12 минут, по ёмкости втрое превосходит литий-ионные аккумуляторы такого же размера и выдерживает около 1 тыс. циклов зарядки.
Тут речь идёт не столько об аккумуляторах, сколько о способе получения энергии. Теоретически, используя энергию трения носимого устройства (часов, фитнес-трекера) о кожу, можно генерировать электричество.
Если технологию удастся достаточно усовершенствовать, то в будущем в некоторых гаджетах аккумуляторы станут работать просто потому, что вы носите их на теле.
Прототип такого наногенератора — золотая плёнка толщиной 50 нанометров, нанесённая на силиконовую подложку, содержащую тысячи крошечных ножек, которые увеличивают трение подложки о кожу. В результате возникает трибоэлектрический эффект.
uBeam — любопытный концепт передачи энергии на мобильное устройство с помощью ультразвука. Зарядное устройство испускает ультразвуковые волны, которые улавливаются приёмником на гаджете и преобразуются в электричество. Судя по всему, в основе изобретения лежит пьезоэлектрический эффект: приёмник резонирует под действием ультразвука, и его колебания генерируют энергию.
Аллюминий-ионные батареи могут заменить литий-ионные?
Недорогой алюминий может сыграть огромную роль в производстве батареек, поскольку он может дать фору литий-ионным элементам.
Небольшая алюминиевая пластинка имеет в себе больше энергии, чем аналогичные по весу метанол или этанол.
Короче говоря, это и есть причина, по которой учёные пытаются сейчас сделать предпочтение производству батареек на такой химической основе, куда включен алюминий.
Мало того, похоже алюминий-ионные батарейки могут вместить в своё нутро больше энергии, чем литий-ионные, которые в наше время ошибочно признаны наилучшим вариантом.
Алюминий вообще самый богатый элемент из металлов и третий по богатству из всех элементов Земли. Большинство стран, независимо от их уровня развития и местоположения, являются дружественными Соединённым Штатам, если там добывается алюминиевая руда. И химическое богатство её даёт надежду на переход к производству алюминий-ионных батареек, которые обойдутся значительно дешевле.
[box type=»info» style=»rounded» border=»full»]Ключевое преимущество алюминия в «батареечной» промышленности в том, что он трёхвалентный, то есть имеет три электрона в свое валентной схеме. Литий же имеет всего один электрон.
То есть при зарядке и разрядке (на форму вещества) идёт передача трёх электронов от алюминия, тогда как от лития всего один.
Так что и размер батареек на основе алюминия может быть меньше, чем литиевая батарейка с тем же количеством заряда. [/box]
Потенциально алюминиевая батарейка может иметь удельную энергоёмкость в количестве 1060 W-час/кг в сравнении с 406 W-час/кг у литий-ионных элементов.
Но есть однако множество препятствий, могущих усложнить процесс развития «алюминиево-батарейной» химии. С одной стороны, элементы на основе алюминия обычно имеют водный электролит и во время рабочего цикла потребляют воду, да ещё и выделяют водород. Такое поведение элемента не даёт возможности заключить его в твёрдую оболочку.
Другая проблема — алюминий, который используется в аноде элемента, как правило, подвергается коррозии или формирует оксидную плёнку. Эти два печальных фактора снижают эффективность химической реакции в единицу времени.
К сожалению, эти действия могут происходить так быстро, что в бытовом плане элементы на основе алюминия будут непрактичные во многих областях применения.
Но есть пути преодоления таких трудностей. Исследователи уже разрабатывают одну стратегию, представляющую собой замену водного электролита на ионный, наполненный ионами и ионными парами. Ионные электролиты быстро не испаряются, и при отсутствии воды не возникает проблемы выделения водорода, как в случае с элементами на основе алюминия.
Сделано много работы в Национальной Лаборатории Oak Ridge, глубоко исследовались ионные электролиты и алюминий.
Группа учёных, которую возглавили Паранс Парантаман и Жильбер Браун, подошла к созданию ионного электролита, в котором 1-этил-3-метилимидазолия хлорида содержит трихлорид алюминия.
Учёные утверждают, что оба этих химиката предотвращают выделение водорода и появление оксидов на алюминиевом аноде.
Лишь одна сложность с этим вариантом: ионные электролиты имеют меньшую проводимость, чем их алюминиевые собратья. Именно поэтому для успеха имеются пока некоторые помехи: литий-ионные элементы, в электролитах которых используются разные вещества.
Вот пример. Алюминий-ионные батареи, вероятно, будут выполнять те же функции, что и их литий-ионные аналоги.
Вот как говорит старший научный сотрудник лаборатории Жильбер Браун: «Продуктивные батареи с высоким вольтажом имеют неводные электролиты, у которых проводимость на пару порядков меньше, чем в водной серной кислоте, которая имеется в свинцово-кислотных элементах.
Можно сузить проблему — укоротить путь прохождения тока, и литий-ионные элементы не будут набиты как мешки. Но при спешной их разрядке через такой стойкий электролит будет снова происходить перегревание».
Если создать более совершенный специальный катод
Учёные из лаборатории разработали небольшой плоский круглый алюминий-ионный элемент, в котором в виде анода используется алюминий, а в виде катода — оксидо-марганцевая шпинель, которая с алюминием имеет обратную реакцию. Ещё одна исследовательская группа университета Корнелл разработала аналогичную алюминий-ионную батарейку, но с другим материалом для катода.
Группа эта, возглавляемая профессором химии и биомолекулярной инженерии Линденом Арчером, использовала тот же ионный электролит, что и учёные из Национальной Лаборатории Oak Ridge, но в виде катода применила ванадий-оксидный нанопровод. Алюминий пропитывает поры катода из оксида металла. Команда говорит, что у таких батарей хорошая электрохимическая стабильность с относительно широким диапазоном вольтажа и силой тока.
«Ванадий оксид и есть главный рабочий материал с открытой кристаллической структурой», говорит Арчер, «есть идея, что в эту структуру можно вместить относительно много алюминия. Нанопровод даёт высокую удельную поверхность и значительно сокращает расстояние для прохождения электронов».
Команда Корнелла говорит, что круглый плоский элемент повторяет вольтамметрический и гальваностатический циклы. Результаты исследований вполне многообещающие, говорит Арчер. Тесты на вольтметре показали, что повторяющиеся электрохимические процессы подобны процессам в батарейках, так как напряжение то возрастает, то падает.
Гальваностатические опыты с силой тока батарейки показали, что элемент постоянно освобождает свои электроны и они сохраняют свою ёмкость и после многочисленных зарядок и разрядок. Однако, проект алюминий-ионных элементов Корнелла ещё не пригоден для использования.
С одной стороны, его кулоновский КПД недостаточен для долгосрочной работы как вспомогательного элемента. Батарейка с совершенным КПД может сберегать все свои ионы при зарядках и разрядках.
Если кулоновый КПД не стопроцентный, активный материал элемента будет постоянно исчерпываться, что приведёт к кончине батарейки.
«Мы не хотим сейчас создавать много шума, потому что мы пока активно исследуем данную область», заявляет Арчер.
«Наши алюминий-ионные элементы уже производят энергию, чья плотность превышает плотность энергии литий-ионных элементов, используемых современниками. Это конечно здорово, но не так, как того хотелось бы.
Наша цель — создание элемента, который мог бы конкурировать с двигателем внутреннего сгорания, чья плотность энергии была бы приблизительно 5000 W-час/кг.”
Если задуманное будет развиваться как планируется, группа университета Корнелл сможет получить более интересные результаты примерно через один год.
«Обычно если хотят получить более мощную батарейку, тратят для её получения больше материала», говорит Арчер, «и очень приятно, когда получаешь отлично работающую вещь маленького размера.
Мы активно изучаем разные химические элементы, и уже есть успех. Примерно через год мы будем иметь карманные батарейки с мощностью, позволяющей работать лэптопу.
Однако, процесс создания алюминий-ионных элементов с достаточной мощью для электронных гаджетов выходит за пределы практической деятельности университета. Корнелл не имеет технических возможностей для создания таких макроэлементов. Так что если наша группа найдёт область применения макроэлементов, университет будет искать коммерческих партнёров для воплощения изобретения в жизнь».
Как бы заманчиво ни звучала идея создания алюминий-ионных элементов, остаётся ещё много работы. «Похоже мы будем иметь огромное количество проблем с алюминиевыми анодами для батареек. Мы ещё не знаем, на какие проблемы натолкнёмся», говорит старший научный сотрудник Oak Ridge Жильбер Браун.
Одна из них — дороговизна ионного электролита, хотя он и многоразовый. Также полностью не решён вопрос и с материалом для алюминий-ионного анода.
«В алюминий-ионных элементах на электродах появляются дендритные образования, такие самые, которые создают проблемы в литий-ионных элементах», заявил член отборочной команды Oak Ridge и её лидер Паранс Парантаман.
«Есть вещи, за которыми нужно следить, чтобы не нарушилось взаимодействие между электродами и электролитами».
Но переход от литий-ионной к алюминий-ионной химии не решит проблем с разрядкой батареек. Эта трудность стала главной, когда оказалось, что у нескольких владельцев родстеров Tesla стодолларовые батарейки разрядились до нуля, и все они заплатили за их замену кругленькую сумму.
«Мы не понимаем: разве полностью истощённую батарейку нельзя перезарядить?», удивляется господин Жильбер Браун. «Ещё рано говорить, что алюминий-ионные элементы решат все проблемы. Два типа батареек имеют совершенно разную анодную структуру.
Литиевый анод — это графит с прослойками лития. А алюминиевая батарейка имеет алюминиевый анод, на который алюминий нанесён гальваническим способом. Определённо можно сказать лишь, что алюминий-ионные элементы будут иметь абсолютно другие проблемы с разрядкой, чем их имеют литий-ионные элементы».
Кроме того, повреждение алюминий-ионных батареек при аварии может привести к таким же опасным последствиям, как и от повреждения, смятия литий-ионных элементов.
Один из самых известных случаев, когда блок батареек Chevy Volt загорелся через три недели после серьёзного удара их на опытном стенде.
Но первоначально нет никаких намёков на то, что последствия от удара алюминий-ионных элементов будут хуже, чем у их литий-ионных собратьев, хотя точных сведений нет.
«И литий и алюминий реагируют с кислородом и водой», говорит лидер отборочной команды Oak Ridge Паранс Парантаман. «В батарейном отсеке алюминий имеет преимущество в этом вопросе, так как оксид алюминия формируется на поверхности анода и погашает химическую реакцию. Но батарейка при этом конечно повреждается».
И наконец, возможно более преимущественно питать гаджеты обычными не перезаряжающимися алюминий-ионными батарейками, чем изобретать элементы, способные продлить жизнь автомобиля. Этот вариант Национальная Лаборатория не будет игнорировать.
«В поисках батареек можно проехать добрых 500 миль до ближайшей сервисной станции», снова говорит Жильбер Браун. «Автомобилисты захотят делать регулярную перезагрузку элементов при разумных расходах.
Алюминий стоит примерно 2,5 доллара за килограмм. Покупка батарейки на алюминиевой основе равносильна покупке горючего по цене 5 долларов за галлон (примерно 3,8 литра).
Было бы более заманчиво научиться производить металлический алюминий низкотемпературным способом».
Гибкие и дешевые алюминиевые аккумуляторы, которые заряжаются за одну минуту – Электрогенераторные Установки INMESOL
- Устройство может стать реальной альтернативой щелочным батареям и литий-ионным аккумуляторам, используемым в мобильных устройствах.
- Аккумуляторы имеют высокую производительность и длительный срок службы и не воспламеняются
Изображение алюминиевого аккумулятора, разработанного группой исследователей из Стэнфорда.
Ученые работают на опережение над созданием аккумуляторов, которые позволили бы молниеносно заряжать наши мобильные устройства.
В декабре прошлого года мы рассказывали о значительном прорыве, сделанном в этой связи исследователями Наньянского технологического университета: речь идет о литий-ионном аккумуляторе, использующем для создания анода гелевый материал из диоксида титана и заряжающемся до 70 % в течение двух минут.
Сегодня группе исследователей из Стэнфордского университета удалось разработать высокопроизводительный алюминий-ионный аккумулятор с длительным сроком эксплуатации, позволяющий зарядить мобильный телефон всего за одну минуту.
Работа над алюминий-ионными аккумуляторами продолжается уже несколько лет; тем не менее, ранее созданные прототипы оказывались неспособны производить достаточно высокое напряжение, особенно после нескольких циклов перезарядки.
Разработчикам из Стэнфорда удалось преодолеть это препятствие за счет сочетания алюминиевого анода и графитового катода.
Результаты работы были опубликованы 8 апреля в журнале Nature в статье «Сверхбыстрые перезаряжаемые алюминий-ионные аккумуляторы».
Видео, записанное стэнфордскими исследователями, в котором они рассказывают об устройстве разработанного прототипа.
Свойства материалов, использованных в этом новом устройстве, позволяют решить значительные недостатки как щелочных батареек (небезопасных для окружающей среды), так и многих литий-ионных аккумуляторов, используемых сегодня в компьютерах, планшетах и мобильных телефонах: новые аккумуляторы не только выдерживают до 7500 циклов перезарядки по сравнению со стандартными 1000 циклами (без потери емкости), благодаря алюминиевому аноду они намного безопаснее, поскольку не воспламеняются даже в случае нарушения целостности, а благодаря гибкости могут быть с успехом использованы в гибких устройствах нового поколения.
Несмотря на то, что алюминиевый аккумулятор все еще является опытным образцом, все указывает на хорошие возможности коммерциализации и, учитывая вышеупомянутые характеристики, низкую себестоимость.
У исследователей все еще остается нерешенной задача увеличить напряжение: прототип способен генерировать около двух вольт, что больше чем 1,5 В щелочных батареек, но меньше 4 В литиевых аккумуляторов.
Тем не менее, химик, возглавляющий группу ученых из Стэнфорда, Хун-цзе Дай заявил о том, что «улучшение свойств материала, из которого изготовлен катод, приведет к повышению напряжения».
Когда ему это удастся, мы получим безопасные аккумуляторы с сверхбыстрой скоростью зарядки, длительным сроком эксплуатации, гибкие, безопасные для окружающей среды и дешевые, которые также смогут быть использованы для сохранения и подачи электричества в крупных электросетях.
Алюминий ионный аккумулятор
Алюминий ионный аккумулятор[ 2015-07-09 ]
Исследователи из Стэнфордского университета создали новый тип батареи, основанной на алюминии. Как сообщается, новый аккумулятор по многим параметрам превосходит литий-ионные аккумуляторы, свинцово-кислотные и щелочные АКБ. Основные преимущества – безопасность использования, быстрая зарядка, большее количество циклов заряд/разряд.
Прототип алюминий ионного аккумулятора оснащен анодом из алюминия и катодом из графита, помещенными в ионный электролит.
Аккумулятор заключён в гибкий корпус из полимерного материала, что позволяет аккумулятору, в случае механического повреждения, работать еще некоторое время, прежде, чем отключиться, а не загореться, как это бывает с литий ионными аккумуляторами. Электролит представляет из себя раствор соли, абсолютно безопасный.
Конечно, безопасность важна, но для многих куда важнее показатель времени зарядки. Прототип алюминий ионной АКБ показывает беспрецедентное время перезарядки – всего 1 минуту.
Долговечность новинки также поражает – исследователи утверждают, что их разработка выдержала 7500 циклов заряда/разряда без какой-либо потери мощности. Это как минимум в 7 раз дольше, чем выдерживает большинство литиевых батарей.
Ученые предполагают, что их разработка на основе алюминия сможет выдержать десятки тысяч циклов.
Еще одним важным преимуществом экспериментального источника питания является его гибкость – возможность отойти от привычных форм-факторов открывает новые горизонты для использования элементов питания для электротранспорта.
Кроме того, алюминий стоит гораздо дешевле лития, что повлияет, в случае выхода нового аккумулятора на рынок, на стоимость батареи.
Помимо прочего, это еще и экологически чистое решение для хранения энергии, в отличии от щелочных и кислотных батарей, загрязняющих почву.
Последняя проблема, над которой работают ученые – рабочее напряжение. В настоящее время, аккумулятор из алюминия дает 2 вольта, и хотя это выше, чем в других экспериментальных разработках, все же этого недостаточно.
Литиевые элементы дают напряжение вдвое выше- до 4.2v. Разработчики считают, что решить эту проблему может замена материала для катода. Такой ход, теоретически, позволит увеличить и плотность заряда на единицу объема.
Исследования продолжаются, и, в случае успеха, мы увидим на рынке новый тип батарей с отличными характеристиками и по невысокой цене. Ну а пока работа над новинкой не закончена, TM Volta bikes предлагает своим клиентам проверенные и качественные литий полимерные батареи с хорошей плотностью заряда. Наши аккумуляторы безопасны и эффективны для оснащения легкого электротранспорта.
Аккумуляторы, которые заряжаются за минуту
Владельцы современных смартфонов уже давно мечтают о возможности заряжать полностью разряженный аккумулятор своего аппарата за минуту. Над реализацией этой возможности в настоящее время работают исследователи Стэнфордского университета.
В ходе разработки нового «высокопроизводительного» алюминиевого аккумулятора для мобильных устройств перед исследователями Стэнфорда не только задача сокращения времени подзарядки, но и увеличения долговечности и снижения себестоимости – похоже на идеальный аккумулятор для мобильных устройств. К тому же, в отличие от широко используемых в мобильных устройствах литий-ионных аккумуляторов, которые, как известно, могут взрываться при определенных обстоятельствах, аккумулятор исследователей Стэнфорда не воспламенится даже в том случае, если просверлить в нем посередине отверстие.
Разработкой алюминий-ионного аккумулятора занимается команда исследователей под руководством профессора Хун-цзе Дая.
Сам аккумулятор состоит из двух электродов, одним из которых является положительно заряженный катод, а другим – негативно заряженный анод, изготовленный из алюминия.
Наряду с алюминиевым анодом и графитовым катодом в экспериментальном аккумуляторе исследователей Стэнфорда, заключенном в гибком корпусе с полимерным покрытием, в качестве электролита применяется ионная жидкость.
Результаты тестов показали, что алюминий-ионные аккумуляторы способны выдержать более 7500 циклов перезарядки без малейшей потери емкости. Это огромный шаг вперед по сравнении с предыдущим максимальным результатом данного типа батарей, равным 100 циклам перезарядки.
Для сравнения, литий-ионные аккумуляторы, как правило, выдерживают около 1000 циклов перезарядки. Кроме того, 100% емкости аккумулятора можно восполнить всего за одну минуту. Эта возможность позволит пользователям не расставаться со своими любимыми гаджетами подолгу.
Алюминий-ионные аккумуляторы исследователей Стэнфорда являются достаточно гибкими, что может открыть новые горизонты дизайнерам гибких смартфонов. Кроме того, поскольку алюминий дешевле лития, эти аккумуляторы существенно дешевле в производстве.
Единственным недостатком по сравнению современными решениями является низкое рабочие напряжение. Впрочем, команда Хун-цзе Дая уже работает над улучшением свойств материала, из которого изготовлен катод, которое приведет к повышению напряжения.
О перспективах коммерциализации разработки пока данных нет, но, согласитесь, разработка исследователей Стэнфордского университета выглядит довольно многообещающе. Впрочем, учитывая неудержимое стремление одной известной технологической компании к гибким формам, можно смело предположить, что в ближайшем будущем данного рода аккумуляторы выйдут на рынок в составе потребительских смартфонов.
Экологические автомобили
3 октября 2015
О том, насколько внушительным и представительным является BMW X5 eDrive 2015 можно и не говорить лишних слов, потому как этот автомобиль уже успел заработать себе неплохую репутацию.
подробнее
23 июля 2015
Долго ходила молва об этом автомобиле. Ходила и раз за разом обрастала все новыми и новыми слухами. Конечно же, всех автолюбителей интересовал вопрос, каким он будет, этот новый кроссовер. Но, не осталось без внимания и имя этой ожидаемой модели.
подробнее
12 июля 2015
Предположительно к осени 2015 года, компания Audi планирует выпустить в свет новый внедорожник Ауди Q8. Об этом заявил технический директор концерна Wolfgang Durheimer.
подробнее
12 июля 2015
Мы уже успели рассказать вам о том, что японский автомобильный концерн Хонда готовится оснастить свои модели новыми двигателями с системой прямого впрыска – VTEC Turbo и тогда же мы мельком упомянули о хэтче Civic Type-R, который готовится стать первым обладателем этого агрегата. Все верно, готовится и станет!
подробнее
4 июля 2015
Не так давно мы писали о том, что в Интернет попали фотографии автомобиля Subaru WRX 2015 модельного года. Некто инкогнито залил в сеть парочку изображений, которые ускользнули от бдительного японского глаза.
подробнее
24 июня 2015
Наравне с другими не менее выдающимися видами спорта, хоккей является самым, что ни на есть популярным занятием, и его поклонников по всему миру просто не счесть!
подробнее
18 июня 2015
Почитателям марки Porcshe, наверняка понравится новость о появлении в 2018 году гибридной версии спорткара Porcshe 911, под кодовым именем 992.
подробнее
13 июня 2015
В то время как многие компании только начинают выпускать гибридные модели автомобилей, компания Acura успевает обновлять уже вышедшие ранее в свет гибридные версии своих авто.
подробнее
7 июня 2015
Компанией MSO, которая является одним из подразделений Макларен, по индивидуальному заказу построена очередная спец версия гибридного McLaren P1.
подробнее
3 июня 2015
Вслед за Tesla, компания Ford сделала общедоступными и свои патенты. На их взгляд, открытый доступ к технологиям гибридных и электрических авто, позволит ускорить развитие элетрокаров, и улучшить уже существующие.
подробнее
30 мая 2015
Компанией Субару был анонсирован новый хэтчбек Subaru Impreza Sport с гибридной cиловой установкой. В продаже автомобиль будет доступен в Японии уже этим летом. Прием заказов уже начался.
подробнее
Олег Дерипаска обещает самую дешевую электроэнергию в мире
En+ Group миллиардера Олега Дерипаски объявила, что к 2020 году выпустит солнечные батареи, способные производить самую дешевую электроэнергию в мире.
На очереди – алюминий-ионные аккумуляторы для солнечных панелей (и др. возобновляемых источников электроэнергии), а также электромобилей, удешевляющие хранение электроэнергии почти в 2,5 раза.
Это означает в перспективе постепенное снижение доли электростанций, работающих на угле в общей генерации группы, вырабатывающей около 10% всей электроэнергии в России.
Об этом рассказала на конференции «Инновации для корпораций» в «Сколково» руководитель дирекции научно-технической деятельности En+ Group Анна Коротченкова.
Солнечные панели
En+ Group производит около 10% всей электроэнергии в России. Группе принадлежат такие крупные активы, как Красноярская ГЭС, Братская ГЭС, «Иркутскэнерго» и «Востсибуголь», производящие самую дешевую электроэнергию в России. В активах холдинга есть тепловые электростанции, работающие на угле, который не является экологически чистым топливом.
И хотя в En+ не рассматривают в ближайшей перспективе закрытие электростанций, группа c 2016 г. инвестирует в разработку солнечных панелей на основе перовскита. Проект реализуется совместно с факультетом Наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова, взаимодействующего с научной группой всемирно известного учёного в области фотовольтаики из Швейцарии Михаэля Гретцеля.
Перовскит – минерал, впервые обнаруженный на Урале и названный в честь графа Перовского – государственного деятеля и известного коллекционера минералов. В 2009 году было выяснено, что перовскиты, точнее, их аналоги с идентичной структурой кристаллической решётки, эффективно преобразуют солнечную энергию в электричество.
Текущая эффективность лабораторного образца панели на основе перовскита составляет 22,7%. Кроме того, перовскитные панели дешевле кремниевых, а их производство менее токсично.
Плюс перовскитные панели можно делать гибкими и покрывать ими поверхности любой кривизны и сложности, например, облицовывать здания, размещать на кровле, делать шумопоглощающие экраны. Светопоглощающие слои можно наносить методами спреинга или обычной печати. Перовскитные панели в несколько раз легче кремниевых.
Их еще никто не производит в промышленных масштабах, но активно разрабатывают в нескольких лабораториях – в России, Швейцарии, Великобритании, Японии и Корее.
До недавнего времени самую низкую цену за электроэнергию, произведенную на солнце, готова была предложить французская энергетическая компания EDF. При использовании двусторонних кремниевых панелей в климатических условиях Саудовской Аравии стоимость производства электричества составила бы, по расчетам EDF, менее 2-х центов за киловатт/час.
Однако стоимость производства электричества с применением разрабатываемых En+ Group солнечных панелей при их установке в сопоставимых условиях (т.е. на широте Абу-Даби, с высоким коэффициентом инсоляции и светоотражающим белым песком) составила бы, по словам Анны Коротченковой, еще меньше – по предварительным расчетам, до 1 цента за киловатт.
Первые солнечные панели En+ Group собирается запустить в производство через 2-3 года.
В России пока нет развитого рынка распределенной генерации, продать излишки произведенной электроэнергии напрямую потребителю, минуя рынок оптовой энергии, невозможно. Поэтому солнечные панели En+ Group будут продаваться на зарубежных рынках: En+ Group уже подала заявку на получение патента в Европе и других странах.
В Европе, например, даже электромобили могут продавать излишки энергии. Так, в Хельсинки (Финляндия) появилась станция для зарядки электромобилей, которая может не только отдавать электроэнергию для зарядки аккумуляторов автомобилей, но и в пиковые часы потребления принимать энергию от аккумуляторов.
Какой будет выручка от этого нового бизнеса, Коротченкова не говорит.
Алюминий-ионные аккумуляторы
Для сохранения энергии солнца нужны накопители. Сегодня на рынке доминируют литий-ионные аккумуляторы. Они дороги, в том числе из-за высокой стоимости лития.
Литий с каждым годом дорожает, его запасы ограничены. En+ Group решила делать накопители энергии из алюминия.
У алюминия три свободных электрона, а у лития – один, соответственно, энергоемкость алюминия в три раза выше. Плюс алюминий дешевле.
Компания Rusal, входящая в En+ Group, является крупнейшим производителем алюминия в мире. Алюминий-ионные аккумуляторы – недавнее изобретение. En+ занимается ими совместно с Уральским отделением Российской академии наук.
Мелкосерийные образцы алюминий-ионного аккумулятора будут готовы через два года. В том числе они пройдут тестовые испытания на электромобилях «ГАЗа», по словам Анны Коротченковой.
Если хранение энергии в литий-ионных накопителях стоит $500 за кВт/ч, то в алюминий-ионных – не более $200 за кВт/ч.
Еще одной альтернативой может стать натрий-ионный аккумулятор. Исходные материалы для натрий-ионной ячейки на порядок дешевле по сравнению с ячейкой литий-ионной. В En+ подобный вариант также рассматривают.
Беспилотники и блокчейн
Альтернативная энергетика – далеко не все инновации, которые внедряет En+. В группе уже пару лет используют беспилотники для мониторинга состояния линий электропередач.
Сегодня сотрудники сами, то есть в ручном режиме, просматривают снимки, следующий этап – автоматизация обработки изображений и принятие аппаратом решений на их основе. Кроме того, с 2019 г.
En+ начнет использовать блокчейн и машинное обучение на системах автоматизации электростанций для повышения их безопасности.
Однако у конкурентов уровень автоматизации пока значительно выше. Так, в канадской генерирующей компании «Гидро-Квебек» используется робот, произведенный японский компанией HiBot. Устройство самостоятельно взлетает на ЛЭП, чинит провода и снимает процесс.
