10 najlepszych technologii akumulatorów do ładowania i magazynowania przyszłej energii

Wszyscy urządzenia cyfrowe, takie jak odtwarzacze, smartfony, dyktafony i inne gadżety do noszenia, a także samochody elektryczne stają się coraz bardziej zaawansowane. Ograniczenia są nakładane głównie przez skończoną ilość energii zmagazynowanej w akumulatorach.

Na przykład smartfon działa po następnym ładowaniu przez maksymalnie 2 dni. Teraz jeśli baterie ulepszyć, uczynić je bardziej pojemnymi, a następnie pracę nad jednym ładowaniem można było wielokrotnie przedłużyć.

Niestety smartfony rozwijają się w ciągu ostatnich 10 lat znacznie szybciej niż ulepszanie technologii akumulatorowej. Istnieje jednak nadzieja na poprawę, ponieważ nauka nie stoi w miejscu, aw ostatnich latach naukowcy zaczęli oferować bardzo ciekawe nowe rozwiązania. Można je nazwać technologią akumulatorową przyszłości. Zwróćmy uwagę na niektóre z nich.

1. Naładuj samochód elektryczny w 5 minut, a telefon w 30 sekund

W 2022 r. Izraelska firma StoreDot planuje rozpocząć produkcję akumulatorów do samochodów elektrycznych i gadżetów opartych na rewolucyjnej technologii akumulatorów litowych. Technologia pozwoli pojazdom elektrycznym przywrócić zasięg 500 kilometrów w zaledwie 5 minut!

Chcą zastąpić grafit, zwykle stosowany w bateriach litowych, specjalną mieszanką metaloidów, w tym krzemu i niektórych opatentowanych materiałów, które dopiero niedawno zostały zsyntetyzowane w laboratorium firmy. Proces tworzenia mieszaniny jest mniej toksyczny, a ilość kobaltu w akumulatorach zostanie zmniejszona o połowę. Nawiasem mówiąc, baterie będą również bezpieczniejsze.

Nawet nazwa firmy StoreDot zawiera odrobinę maleńkich cząsteczek peptydu bioorganicznego znanego jako nanodoty, które zwiększają gęstość magazynowania ładunku i zapewniają akumulatory oparte na nowej technologii o szybkiej absorpcji i magazynowaniu energii.

Tymczasem naukowcy muszą pokonać pewne trudności techniczne związane z koniecznością przepuszczenia bardzo dużego prądu podczas ładowania. W tym celu potrzebny jest bardziej zaawansowany system chłodzenia kabli i złączy zarówno w systemie samochodowym, jak i bezpośrednio na stacji ładującej.

Fizyk Viktor Krivchenko o obiecujących typach akumulatorów, podstawowych problemach w produkcji źródeł energii litowo-siarkowej oraz zaletach akumulatorów litowo-jonowych:

2. Jak naładować telefon przed hałasem otoczenia

Brytyjscy naukowcy opracowali telefon, który może odbierać ładunek po prostu z hałasu stale stojącego w pobliżu. Technologia oparta jest na efekcie piezoelektrycznym. Same nanogeneratory piezoelektryczne od dawna wytwarzają dużo hałasu w pewnym sensie.

A teraz już stworzono wyspecjalizowane generatory tego rodzaju, pracujące nad hałasem w tle i generujące z niego prąd elektryczny do ładowania małych akumulatorów. W rzeczywistości telefon ładuje się z hałasu, który przez cały czas po prostu działał na nerwy ludzi, a teraz może przynieść wymierne korzyści.

Naukowcy stworzyli specjalną mieszaninę, w której dodano tlenek cynku, i po prostu pokryli powierzchnię gadżetu tą mieszaniną. Tak więc powierzchnia całkowicie pokryta piezoelektrycznymi nanorodkami okazała się powierzchnią aparatu wytwarzającego energię. Te nanorodki są bardzo wrażliwe na fale dźwiękowe i wyginają się nawet przy bardzo słabym ciśnieniu dźwięku.

Nanogeneratory przekształcają te oscylacje w prąd elektryczny, którego energia wystarcza do naładowania akumulatora.Oprócz konwertowania fal dźwiękowych hałasu, nanogeneratory działają również na podstawie głosu, który brzmi podczas rozmowy, dzięki czemu użytkownik rozmawiając przez telefon już częściowo przywraca ładunek swojej baterii.

3. Zwiększ pojemność baterii za pomocą czystego krzemu wydobywanego z piasku

Na Uniwersytecie Riverside grupa naukowców, poszukując alternatywnego podejścia do akumulatorów litowo-jonowych, postanowiła zastąpić tradycyjny grafit zwykłym piaskiem. Początkowo naukowcy zwrócili uwagę na problem szybkiej degradacji nanosizowanego krzemu, który jest również bardzo trudny do uzyskania w ilościach przemysłowych. Następnie naukowcy postanowili spróbować użyć zwykłego dostępnego piasku.

Piasek jest łatwy do czyszczenia i można go łatwo nakładać w postaci proszku. Oczyszczony piasek zwilżono solą i magnezem, a następnie ogrzewano w celu usunięcia tlenu. Otrzymaliśmy więc czysty krzem o porowatej strukturze, co pozwoliło nam trzykrotnie zwiększyć pojemność elementu, a także zwiększyć efektywność jego użytkowania i wydłużyć żywotność! Produkcja jest niedroga i przyjazna dla środowiska.

Baterie do bawełny, ziaren kawy i bomby:Baterie węglowe zastępują lit

4. Naładuj swój smartfon w podróży

Według naukowców z University of Surrey w Manor Park (Anglia) nawet najzwyklejsze ubrania mogą być używane jako generator energii elektrycznej, po nieznacznej modyfikacji. Proponują zastosowanie tak zwanych tryboelektrycznych nanogeneratorów zdolnych do przekształcania energii ruchu powierzchniowego odzieży w ładunek elektryczny. Wytworzona w ten sposób energia elektryczna może być przechowywana, a następnie przekazywana do zwykłej baterii litowej lub bezpośrednio zasilana przez urządzenie przenośne (odtwarzacz, telefon itp.).

Zasadniczo technologia tryboelektrycznych nanogeneratorów nie ma praktycznych ograniczeń, można ją wdrożyć nawet w ścianach domów, w płytach chodnikowych, w pniach drzew i gałęziach, w oponach samochodowych itp. - wszędzie tam, gdzie występują wibracje lub tarcie. Taki system pozwoliłby na wykorzystanie energii z ruchu czegokolwiek - do ładowania akumulatorów lampek nocnych, gadżetów, segwayów i tym podobnych. Więcej na ten temat:Nanogeneratory do ładowania urządzeń przenośnych

5. Przenieś energię do akumulatora w postaci ultradźwięków

Pomysł przesyłania energii elektrycznej „drogą powietrzną” nie jest nowy. Ale dlaczego nie spróbować użyć do tego celu ultradźwięków? Astrobiolog Meredith Perry proponuje zintegrowanie przetworników ultradźwiękowych z elementami wewnętrznymi. Ultradźwięki o określonym zasięgu nie są słyszalne dla ludzi i zwierząt, więc fale dźwiękowe mogą być wysyłane dość bezpiecznie bezpośrednio do gadżetu, zapewniając w ten sposób bezprzewodowe ładowanie.

Płyta o grubości 5,5 mm służy jako nadajnik w takim systemie, który włącza się automatycznie tylko wtedy, gdy gadżet z akumulatorem znajduje się w strefie działania. Fala energii ultradźwiękowej jest kierowana w postaci skupionej wiązki i jest odbierana przez płaski odbiornik zamontowany na ładowalnym urządzeniu. W przeciwieństwie do Wi-Fi, system uBeam na ultradźwiękach nie może pokonać ścian, ale energia jest wysyłana bardzo skoncentrowana.

Baterie bez końca życia

Problemem baterii dowolnego typu jest ograniczona liczba cykli życia, to znaczy, że można je ładować i rozładowywać nieskończoną liczbę razy. Byłoby miło stworzyć baterię, której nigdy nie można wymienić na nową, ale po prostu naładować w razie potrzeby i zrobić to tyle razy, ile chcesz. Na Uniwersytecie Kalifornijskim Irwin stworzył prawie idealną baterię!

Naukowcy opracowali baterię opartą na złotych nanodrutach, która może wytrzymać do 200 000 cykli rozładowania bez zmniejszania pojemności.Okablowanie tysiące razy cieńsze niż włosy umożliwia tworzenie ogromnych powierzchni o wystarczająco wysokiej przewodności. Nanodruty pokryte są specjalną powłoką wykonaną z elektrolitu helowego i dwutlenku manganu, co pozwoliło uzyskać najwyższą odporność na degradację. Ta decyzja jest dziś uważana za jedną z najbardziej obiecujących.

7. Grafen otwiera nowe horyzonty

Grabat stworzył baterie oparte na specjalnej formie węgla - grafen. Dzisiaj to baterie grafenowe są najlepsze dostępne na rynku. Pozwalają na przykład przejechać samochodem elektrycznym 750 kilometrów na jednym ładowaniu.

Zasadniczo takie akumulatory są w stanie naładować się w ciągu kilku minut i zapewniają ładunek 30 razy intensywniejszy niż w przypadku poprzedników litowo-jonowych. Już teraz takie baterie są instalowane w bezzałogowych statkach powietrznych, ponadto zyskują popularność w pojazdach elektrycznych i jako napędy dla domowych elektrowni.

8. Baterie piankowe są tanie

Inżynierowie Prieto polegają na bateriach półprzewodnikowych wytwarzanych przez druk i na bazie pianki miedzianej z elektropolimeryzowanym separatorem. Dlatego firma planuje stworzyć najbezpieczniejsze, najtańsze, szybko ładujące się i trwałe akumulatory, których gęstość ładowania będzie 5 razy wyższa niż nowoczesnych akumulatorów litowych.

9. Sód - konkurent do litu

Sód jest jednym z najbardziej dostępnych pierwiastków chemicznych na naszej planecie. To właśnie z sodu grupa naukowców z Japonii planuje wyprodukować nowy typ baterii. Rzadki lit nie jest tu potrzebny, a jego pojemność zapowiada się 7 razy wyższa niż jego pojemność!

Od lat 80. XIX wieku sód jest aktywnie badany jako podstawa źródeł energii, a teraz, przy użyciu soli i nowoczesnych technologii, technicznie możliwe stało się, aby akumulator sodowo-jonowy był wystarczająco tani. Oczekuje się jednak, że minie jeszcze kilka lat, zanim rozpocznie się powszechne praktyczne wdrożenie.

10. Wodór do ładowania gadżetów

Ostatnio w sprzedaży pojawiły się zupełnie niezwykłe inteligentne ładowarki do urządzeń mobilnych zasilanych paliwem wodorowym. Ten produkt nazywa się Upp. Wodór jest bezpieczny dla środowiska i podczas ładowania powstaje tylko para wodna. Jedno ogniwo wodorowe wystarcza na 5 pełnych ładowań przeciętnego smartfona. W tej chwili urządzenie nie jest szczególnie poszukiwane ze względu na wysokie koszty, ale pomysł wydaje się wielu bardzo interesujący i obiecujący.

Energooszczędne panele słoneczne

5 niezwykłych paneli słonecznych przyszłości

5 nietypowych konstrukcji generatorów wiatrowych

Wykorzystanie energii grawitacji - jak to możliwe