Линн
Команда блога TSA

Зарядка в секундах, последние месяцы и питание по воздуху

Несмотря на то, что смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, их мощность по-прежнему ограничена. Батарея не развивалась десятилетиями. Но мы на пороге энергетической революции.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся все более эффективными для энергосбережения, мы по-прежнему рассчитываем на день или два использования смартфона без подзарядки.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем наши телефоны проработают неделю, разработка идет успешно. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от зарядки по воздуху до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки. Надеюсь, вы скоро увидите эту технологию в своих гаджетах.

Структурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей

Исследования в Технологическом университете Чалмерса в течение многих лет рассматривали возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента. Преимущество, которое это предлагает, заключается в том, что продукт может уменьшить структурные компоненты, поскольку батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, в то время как положительный представляет собой фосфат лития-железа, новейшая батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя еще предстоит пройти определенный путь для увеличения энергоемкости.

Вертикально ориентированный электрод из углеродных нанотрубок

Компания NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, меняет правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает электромобили основным бенефициаром, сокращающим углеродный след и стоимость производства аккумуляторов при одновременном повышении производительности. NAWA заявляет, что запас хода в 1000 км может стать нормой, а время зарядки сократится до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году9.0003

Литий-ионный аккумулятор без кобальта

Исследователи Техасского университета разработали литий-ионный аккумулятор, в катоде которого не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89%), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт является наименее распространенным и самым дорогим компонентом в катодах аккумуляторов», — сказал профессор Арумугам Мантирам, директор Департамента машиностроения Уокера и директор Техасского института материалов. «И мы полностью устраняем его». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели распространенные проблемы, обеспечив хорошее время автономной работы и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет аккумуляторы, не содержащие кобальта, для электромобилей

Несмотря на то, что свойства электромобилей снижать выбросы вредных веществ общепризнанны, до сих пор ведутся споры по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. SVOLT, базирующаяся в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых аккумуляторов, предназначенных для рынка электромобилей. Помимо сокращения редкоземельных металлов, компания утверждает, что они имеют более высокую плотность энергии, что может привести к запасу хода до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также увеличить срок службы батареи и повысить безопасность. Где именно мы увидим эти батареи, мы не знаем, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Пытаясь решить проблему нестабильности кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , с использованием микрочастиц мезопористого кремния и углеродных нанотрубок. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала повышает производительность батареи, а силиконовый материал экологически безопасно производится из золы ячменной шелухи.

Литий-серные батареи могут превосходить литий-ионные и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду

Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные батареи, которые могут питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные батареи. Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования электросетей будут продолжаться.

Утверждается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионный, и более низкие производственные затраты, а также дает возможность питать автомобиль на 1000 км (620 миль) или смартфон в течение 5 дней.

Батарея IBM получена из морской воды и превосходит литий-ионную

IBM Research сообщает, что она открыла новый химический состав батареи, не содержащий тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионную. IBM Research сообщает, что эта химия никогда ранее не использовалась в комбинации в батареях и что материалы можно извлекать из морской воды.

Производительность батареи является многообещающей, и IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионную в ряде различных областей — она ​​дешевле в производстве, может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может иметь более высокую мощность. и плотности энергии. Все это имеется в аккумуляторе с пониженной горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую аккумуляторную технологию подходящей для электромобилей, и, среди прочего, она работает с Mercedes-Benz над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Система управления батареями Panasonic 

Несмотря на то, что литий-ионные батареи используются повсеместно, и их количество растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда эти батареи достигли конца своего срока службы, затруднено. Компания Panasonic в сотрудничестве с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-иона в них.

Panasonic говорит, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что облегчит мониторинг и оценку батарей с несколькими ячейками, которые вы можете найти в электромобиле. Panasonic, что эта система поможет добиться устойчивого развития, поскольку она сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который делает нас на шаг ближе к экстремально быстрой зарядке — XFC, цель которой — проехать 200 миль электромобиля примерно за 10 минут при зарядке мощностью 400 кВт. Одной из проблем с зарядкой является литий-покрытие в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить покрытие, но ограничивает это циклами до 10 минут, избегая межфазного роста твердого электролита, что может сократить срок службы батареи. Сообщается, что этот метод снижает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.

Батарея Sand продлевает срок службы батареи в три раза

В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний, что обеспечивает в три раза более высокую производительность по сравнению с современными графитовыми литий-ионными батареями. Аккумулятор по-прежнему литий-ионный, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается, и его сложно производить в больших количествах. С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем растереть с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, в результате чего получится чистый кремний. Он пористый и трехмерный, что повышает производительность и, возможно, срок службы батарей. Первоначально мы взялись за это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — это стартап по производству аккумуляторов, который выводит эту технологию на рынок и получил крупные инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение может быть внедрено в существующее производство литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности аккумуляторов на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Получение энергии от сети Wi-Fi

Хотя беспроводная индуктивная зарядка широко распространена, возможность получения энергии от сети Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну для сбора радиоволн), которая состоит всего из нескольких атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы мощность переменного тока можно было собирать от Wi-Fi в воздухе и преобразовывать в постоянный ток либо для подзарядки аккумулятора, либо для непосредственного питания устройства. Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без внутренней батареи (что более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для перезарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования ТЭНов увенчаются успехом. ТЭН или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Института передовых технологий Суррея и Университета Суррея дала представление о том, как эта технология может быть использована для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть его в действии, исследование должно дать разработчикам инструменты, необходимые им для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Батареи из нанопроволоки из золота

Великие умы из Калифорнийского университета в Ирвине взломали батареи из нанопроволоки, которые могут выдержать многократную перезарядку. Результатом могут стать будущие аккумуляторы, которые не умирают.

Нанопровода, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывают большие возможности для будущих батарей. Но они всегда ломались при перезарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были протестированы на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали никакой деградации.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита. В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается о проведенных ими испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходную батарею.

В результате получилась батарея, способная работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает ее идеальной для автомобилей. Поскольку это полупроводниковые батареи, это также означает, что они гораздо более стабильны и безопасны, чем современные батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 градусов по Цельсию и до ста.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в автомобилях в ближайшее время, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжающимся батареям.

Графеновые аккумуляторы Grabat

Графеновые аккумуляторы могут стать одними из самых лучших из доступных. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям дальность пробега до 500 миль без подзарядки.

Компания Graphenano, стоящая за разработкой, говорит, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут, а заряжать и разряжать в 33 раза быстрее, чем литий-ионные. Разрядка также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет ни слова о том, используются ли в настоящее время аккумуляторы Grabat в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, велосипедов и даже для дома.

Лазерные микросуперконденсаторы

Ученые Университета Райса совершили прорыв в области микросуперконденсаторов. В настоящее время они дороги в производстве, но с использованием лазеров, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания рисунков электродов на листах пластика производственные затраты и трудозатраты значительно снижаются. В результате батарея может заряжаться в 50 раз быстрее, чем современные батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже крепкие, способные работать даже после того, как их согнули более 10 000 раз во время испытаний.

Аккумуляторы из пенопласта

Прието считает, что будущее аккумуляторов — в 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью батареи, в которой используется подложка из вспененного меди.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию легковоспламеняющегося электролита, но и будут иметь более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.

Компания Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, таких как носимые устройства. Но в нем говорится, что батареи можно увеличить, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Складная батарея, похожая на бумагу, но прочная

Аккумулятор Jenax J.Flex был разработан для создания гибких гаджетов. Аккумулятор, похожий на бумагу, может складываться и является водонепроницаемым, что означает, что его можно интегрировать в одежду и носимые устройства.

Аккумулятор уже создан и даже прошел испытания на безопасность, в том числе был сложен более 200 000 раз без потери работоспособности.

Беспроводная зарядка uBeam

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия превращается в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем, достигнув устройства, преобразуются обратно в энергию.

На концепцию uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или превратить в предмет декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы получать заряд.

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, основанный на факультете нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot. Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из встречающихся в природе органических соединений, известных как пептиды — короткие цепи аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфоны за 60 секунд. Аккумулятор содержит «негорючие органические соединения, заключенные в многослойную защитно-защитную структуру, которая предотвращает перенапряжение и нагрев», поэтому не должно быть проблем с его взрывом.

Компания также объявила о планах по созданию батареи для электромобилей, которая заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода в 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда это произойдет, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Прозрачное зарядное устройство на солнечных батареях

Компания Alcatel продемонстрировала мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя он вряд ли появится в продаже в ближайшее время, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневную проблему нехватки заряда батареи. Телефон будет работать как при прямом солнечном свете, так и при стандартном освещении, точно так же, как обычные солнечные батареи.

Алюминиево-воздушная батарея позволяет проехать 1100 миль без подзарядки

Автомобиль смог проехать 1100 миль на одной зарядке аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в типе аккумуляторной технологии, называемой алюминиево-воздушной, которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные аккумуляторы, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Батареи с питанием от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться мочой. Этого достаточно для зарядки смартфона, что ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы берут мочу, расщепляют ее и производят электричество.

Звуковое питание

Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться от окружающего звука в атмосфере вокруг него.

Смартфон был построен с использованием принципа, называемого пьезоэлектрическим эффектом. Были созданы наногенераторы, которые улавливают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни реагируют даже на человеческий голос, а это означает, что болтливые мобильные пользователи могут включить питание своего телефона во время разговора.

Двойной углеродный аккумулятор Ryden заряжается в двадцать раз быстрее

Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden Dual Carbon. Он не только прослужит дольше и заряжается быстрее, чем литий, но и может быть изготовлен на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В батареях используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и экологичны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдерживать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Японские ученые работают над новыми типами аккумуляторов, которым не нужен литий, как в аккумуляторе вашего смартфона. В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натрий-ионных аккумуляторов ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, батареи можно сделать намного дешевле. Ожидается, что коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и многого другого начнется в ближайшие 5-10 лет.

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

Портативное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp доступно уже сейчас. Он использует водород для питания вашего телефона, защищая вас от сети и оставаясь безвредным для окружающей среды.

Одна водородная ячейка обеспечивает пять полных зарядок мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственным побочным продуктом является водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходным напряжением 5 В, 5 Вт и 1000 мА.

Аккумуляторы со встроенным огнетушителем

Литий-ионные аккумуляторы нередко перегреваются, загораются и даже взрываются. Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные аккумуляторы со встроенными огнетушителями.

Аккумулятор содержит компонент под названием трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике. Он добавляется к пластиковым волокнам, чтобы разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов Цельсия, пластиковые волокна плавятся и высвобождается химическое вещество трифенилфосфат. Исследования показывают, что этот новый метод может остановить возгорание батарей за 0,4 секунды.

Взрывобезопасные батареи

Литий-ионные батареи имеют слой пористого материала с довольно летучим жидким электролитом, зажатый между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал аккумулятор, емкость которого удваивает емкость литий-ионных аккумуляторов, но без присущих ему опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, чуть толще двух кредитных карт, и в ней вместо жидкого электролита используется пластиковая пленка с аналогичными свойствами. Он может выдержать прокалывание, измельчение и может подвергаться воздействию тепла, поскольку не воспламеняется. Предстоит провести еще много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но приятно знать, что существуют более безопасные варианты.

Батарейки Liquid Flow

Гарвардские ученые разработали батарею, которая накапливает энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с текущими литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим технологию в смартфонах и т.п., так как жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, удвоив напряжение по сравнению с обычными проточными батареями. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнечная энергия, для быстрого включения в сеть по требованию.

IBM и ETH Zurich и разработали жидкостную батарею гораздо меньшего размера, которую потенциально можно использовать в мобильных устройствах. Утверждается, что эта новая батарея способна не только питать компоненты, но и одновременно охлаждать их. Две компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.

Углеродно-ионный аккумулятор Zap&Go

Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первый углеродно-ионный аккумулятор, готовый к использованию потребителем. Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе возможности сверхбыстрой зарядки суперконденсатора с производительностью литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригоден для вторичной переработки.

У компании есть зарядное устройство для внешних аккумуляторов, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Воздушно-цинковые батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей намного дешевле, чем существующие методы. Воздушно-цинковые батареи можно считать более совершенными, чем литий-ионные, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты для работы.

Сиднейскому университету удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а вместо этого использовать более дешевые альтернативы. Более безопасные и дешевые аккумуляторы уже в пути!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ, с помощью которого вы сможете использовать свою одежду в качестве источника энергии. Батарея называется трибоэлектрическим наногенератором (ТЭНГ), который преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эту технологию можно применять не только к одежде, ее можно интегрировать в тротуар, чтобы, когда люди постоянно ходят по нему, он мог накапливать электричество , которое затем можно было бы использовать для питания уличных фонарей или в автомобильных шинах, чтобы оно может привести автомобиль в действие.

Растяжимые аккумуляторы

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растягиваемый биотопливный элемент, который может генерировать электричество из пота. Говорят, что вырабатываемой энергии достаточно для питания светодиодов и Bluetooth-радио, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Компании Samsung удалось разработать «графеновые шарики», способные повысить емкость существующих литий-ионных батарей на 45% и заряжать их в пять раз быстрее, чем современные батареи.