Свет

219 подписчиков

Свежие комментарии

  • Владимир Коржов
    Начнем с того, что все бренды завышают цену изделия, именно из-за своего логотипа. Если вам нравится переплачивать 40...6 характеристик, ...
  • Sergey Ivanov
    Проверил. Ни хрена не мерцает! И понятно, почему: В светодиодных лампах имеется встроенный импульсный преобразовател...Почему светодиодн...
  • Виталий Попов
    Да уж куда нас заведут с такими советами. Особенно понравилось про температуру при которой надо заряжать. Автор, ты н...Как делать не нуж...

Какая технология может изменить будущее гаджетов и электромобилей

Попробуйте представить: сейчас проходит тестирование технология, которая, когда ее представят общественности, станет той самой долгожданной революцией в энергетике. Эта новая технология обещает быть более безопасной и эффективной, чем все, что есть сейчас на рынке. Она будет влиять на то, что мы считаем обычным - электроинструменты, электроника, ноутбуки, смартфоны, игрушки и другие носимые гаджеты - а ещё на такие важные сферы как - медицинские устройства, космические корабли и технологичные автомобили, которые не избавят от нужды заправлять их бензином. Люди знали об этой технологии на протяжении веков, но до сих пор могли делать лишь небольшие шаги к ее созданию. Миллиарды долларов вкладываются в исследования, и миллиарды долларов будут получены после того, как технология будет усовершенствована и выпущена.

Это описание может быть похоже на описание термоядерной энергии. Тем не менее, на самом деле это относится к грядущим инновациям в области аккумуляторных технологий, особенно в области твердотельных аккумуляторов. И хотя термоядерная энергия и твердотельные батареи были названы технологиями будущего, достижения и инвестиции в твердотельные материалы с годами значительно улучшились.

Сегодня в этом участвует не только множество крупных компаний и заслуживающих доверия ученых, но и кажется, что мы, наконец, увидим, что эти батареи будут выпущены всего в ближайшие несколько лет.

Чего мы можем ожидать, когда эта неуловимая, преобразующая технология, наконец, будет готова к массовому производству?

Какая технология может изменить будущее гаджетов и электромобилей

Аккумуляторы — это не что иное, как устройства, которые накапливают химическую энергию и преобразуют ее в электрическую. Они состоят из четырех основных частей: катода, анода, электролита и разделителя. Катод и анод — это электроды. Электрический ток возникает, когда электроны переходят от одного электрода к другому. В этом случае электроны переходят от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду. Таким образом, роль двух электродов - производить электрический ток. Раствор электролита позволяет положительно заряженным ионам течь между двумя электродами. Это уравновешивает поток электронов. Наконец, разделитель делит два электрода и предотвращает короткое замыкание аккумулятор.

Есть одно важное отличие между нашими нынешними аккумуляторами и твердотельными аккумуляторами будущего: электролит. Современные литий-ионные батареи содержат жидкий электролит. К сожалению, некоторые соединения, присутствующие в жидком электролите, запускают рост кристаллических структур, известных как дендриты. Дендриты образуют длинные острые усы, которые могут проткнуть разделитель и вызвать короткое замыкание, что, в свою очередь, приведет к опасным взрывам. Как следует из названия, твердотельные батареи содержат твердый электролит, который препятствует росту этих вредных дендритов.

Аккумулятор с твердотельным накопителем имеет более высокую плотность, а это значительно снижает риск возгорания и взрыва, он занимает меньше места и может работать в более широком диапазоне температур. Давайте посмотрим, например, что это будет значить для автомобилей.

Светло-серые кристаллические структуры представляют собой дендриты, образующиеся внутри литиевого электрода. Изображение предоставлено El-Cell. "Прошедшее время: 42 часа"
Светло-серые кристаллические структуры представляют собой дендриты, образующиеся внутри литиевого электрода. Изображение предоставлено El-Cell. "Прошедшее время: 42 часа"

Безусловно, самым большим недостатком современных электромобилей является их ограниченный запас хода. Средний электромобиль будет иметь запас хода в 402–483 км. при полной зарядке. Полная зарядка автомобиля занимает от часа до 17 часов в зависимости от того, заряжается ли автомобиль на станции или от стандартной розетки дома. Тем не менее, ожидается, что популярность электромобилей будет продолжать расти, и в конечном итоге они будут доминировать в автомобильном секторе. Чтобы этого достичь, им нужно будет расширить свой диапазон запаса хода, как минимум до 724 км, оставаясь при этом доступными для потребителя.

Теперь давайте представим, что твердотельный аккумулятор уже используется в электромобилях

Запас хода электромобилей увеличивается вдвое или втрое по сравнению с текущим значением. Компании могут выбрать между изготовлением более малой в размерах и более легкой батареи, которая будет заряжается быстрее, или оставив аккумулятор того же размера, но с гораздо более длительным запасом хода. Время зарядки также сократится до 15 минут. Если мы посмотрим на достижения Samsung в области твердотельных аккумуляторов, мы увидим, что они смогли разработать аккумулятор, который можно заряжать и разряжать более 1000 раз с запасом хода до 805 км на одном заряде. И при этом иметь возможность эффективно работать при более экстремальных температурах. Такие аккумуляторы сделают электромобили более востребованными, чем автомобили на топливе.

Для ноутбуков и смартфонов это означает, что устройства могут работать несколько дней от одной (очень быстрой) зарядки, а общий срок службы батареи увеличится с 2 лет до более чем 10. Медицинские устройства могут стать более портативными и компактными, а больший температурный диапазон означает твердотельные батареи могут найти применение в космической технике будущего.

Этот потенциал не ускользнул от внимания влиятельных компаний. Volkswagen, Ford, BMW, Hyundai, Toyota и Билл Гейтс вложили миллиарды долларов в исследования полупроводников. Компания QuantumScape, поддерживаемая Биллом Гейтсом, создала твердотельные батареи со слоями керамики, устойчивыми к росту дендритов и способными работать при более низких температурах. Toyota планирует ограниченный выпуск автомобилей с твердотельными аккумуляторами к 2025 году. И все же самый захватывающий прорыв исходит от человека, о котором вы, вероятно, никогда не слышали.

CeraCharge производит твердотельные батареи размером с рисовое зерно.
CeraCharge производит твердотельные батареи размером с рисовое зерно.

Группа исследователей во главе с физиком Джоном Гуденаф подала патент на стеклянную и керамическую твердотельную батарею, которая является стабильной, негорючей, обеспечивает более быструю зарядку и имеет в 3 раза больше энергии, чем обычная литий-ионная батарея. Это было достигнуто путем добавления натрия или лития, чтобы сформировать электрод в батарее. Не менее важно то, что аккумулятор доступен по цене и рассчитан на более чем 2000 циклов зарядки и разрядки. Диапазон рабочих температур стеклянной батареи составляет от -20º C до 60º C.

Сам Гуденаф - необычный ученый. Он получил 8 научных наград, в том числе Нобелевскую премию по химии. Его прошлые инновации, изменившие мир, включают оригинальную литий-ионную батарею и оперативную память, необходимую для работы вашего компьютера. Его участие - наряду с участием многих крупных конкурирующих компаний - сделало твердотельные батареи доступными для нас. Мы можем увидеть ограниченный выпуск этой технологии всего через 3 или 4 года, хотя трудно сказать, когда она станет доступной для широкой публики.

Аккумулятор — это гораздо больше, чем просто удобство. Он представляет собой ключевой элемент в спасении мира. Более мощные электромобили могут привести к резкому сдвигу на автомобильном рынке - переходу от автомобилей с более тяжелым выбросом газа. Твердотельные батареи также могут производиться из экологически чистых материалов, таких как тот самый натрий, который содержится в нашей морской воде. Но, возможно, больше всего появление твердотельных батарей будет отражать возможности наших самых блестящих умов: способность воплотить в жизнь технологию, о которой мы знали веками и о которой мечтали десятилетиями. Эта технология уже совсем скоро должна войти в наше настоящее прямо из будущего.

Спасибо за чтение! Если было полезно и интересно, подписывайтесь на канал и ставьте палец вверх.

Картина дня

наверх
,,