П'ять Batteries для технології завтра Bashny.Net

18 лютого 1745 р. в італійському містечку Комо народився Аміандро Гюзеппе Атоніо Анастасио Героламо Умберто Волта – майбутній винахідник першого хімічного джерела електричного струму.

Зацікавлений в дослідженнях «земна електрика» Галвані, Алесандро Волта багато експериментів, результат яких, в кінцевому підсумку, стає його знаменитим «вольтовим полюсом» - електричним акумулятором. І з перших його батарей Волта назвав «полодження чашок» - кілька склянок, наповнених опаленим соляним розчином, кладуть в коло. У кожному з них він опускає пластини різних металів. Плити сусідніх стаканчиків з'єдналися мідними дротами ... але це було дуже непрактично. І так 1799 р., в лабораторії Волти, вкрай технологічний і надійний дизайн джерела прямого електричного струму - вольти стовпів - народився, на сьогоднішній день мова.

Ось як він описує його винахід: Я кладу на стіл або на деяку підтримку одна з металевих пластин, наприклад, срібла, і на ній цинк, а потім вологий диск і т.д. в тому ж порядку. Цинк завжди слідувати сріблом або навпаки, в залежності від їх розташування в першій парі, і кожна пара передається мокрим диском. Таким чином, я зроблю з цих поверхів стовп такої висоти, що вона може триматися без падіння." Випробувано різноманітні комбінації металів, і виявилося, що кращі «робочі» муги міді і цинку, між якими поміщається картонна колодка, просочена алкілою калію.

Смішні: один з перших споживачів «вольтаїчного стовпа», який створив напругу 60 - 70 В, лікарі, які отримували їх пацієнти з розрядами електричних променів. Промені були в короткому поставці, і ті, хто хоче пройти процедуру - принаймні багато. У Англії хворі оплачені між 2 і 12 щитів на шок. Звісно, "електричний стовп" пішов "урра" ... На шляху, коли в 1801 році він прийшов до Парижа, щоб продемонструвати на Наполеона Бонапарта свої електричні експерименти, його головний винахід був названий: «Художній електричний орган, що мисить природний електричний орган елі або траурного.» Продемонстрація експериментів з Наполеоном з захопленням. На честь Волти, створення призу 80 тис. екзю, а пізніше присуджено Волта звання підрахунку і зробив його членом Королівського Сенату Італії.

У сенсі Алесандро Волта можна порівняти з кучерявою, яка, десь до нього зверху, штовхала галька, викликаючи величезну авальанчу. У руки дослідників з'явились аваліче відкриття, винаходи, технології, що дозволяються простою об'єктивністю: надійне джерело електроенергії. Все інше, як кажуть, є питання таланту і техніки. Сьогодні, на День Народження Алесандро Волта, давайте подивимося на те, що робить його постійними наступниками, 269 років пізніше.

1,1 км Найменша батарея.
Цей розвиток групою дослідників на Національній лабораторій Sandia (США) під керівництвом Jianyu Huang (видалений нижче) ще не розглядається як прототип будь-якого продукту, але дозволяє отримати уявлення про можливі щільності енергії, що зберігаються в літієвих батареях.

Найменшим з існуючих літієво-іонних батарей було виготовлено на основі нанофіберів оксиду вати (катоду) та кобальтового оксиду (аноду). Використання напівпрозорого електронного мікроскопа Центру нанотехнологій кафедри енергетики США, дослідники змогли спостерігати в режимі реального часу процеси введення іонів літію в кристалічну решітку наноелектрода і переконатися, що нанофібри здатні витримати величезні механічні напруження (більше 10 ГПа) при насиченні літію. Найменша світова зарядна батарея має розміри: 10 мкм довгий і 100 нм діаметр. Робоча напруга 3,5 В, з струмом порядку пікоамперів.

2. Друк акумулятора
«Принт» на 3D-принтері крихітних літієво-іонних акумуляторів менше 1 мм вдалося недавно група дослідників в Гарвардських і Іллінойських університетах. Спеціальна друкова головка діаметром 30 мкм утворилася шари електродів зі швидкістю 1 міліметра на секунду.

Катодом акумулятора є чавунний фосфат, анод літій титанат. Експерименти виготовили робочий зразок акумулятора, розміщений в пластиковому корпусі, що містить крихітну краплину електроліту (з малюнком нижче).



3. У Чистий органічний ...
З найменших акумуляторів ми тепер перейдемо до гігантських конструкцій новітніх так званих «квіткових батарей» (зображені нижче – одна з цих пристроїв), призначених для зберігання енергії, створених сонячними рослинами, вітрогенераторами та електростанціями, використовуючи енергію океанських тарілок. Головною ідеєю даного типу акумуляторів є зберігання енергії не в електродах, але в електроліті, яка відкриває фундаментальну можливість створення енергонакопичувача практично будь-якої ємності.

Останні новини з галузі цих технологій пов'язані з створенням потокових батарей, які використовують електрохімічні реакції в середовищі органічних сполук. Нещодавно група науковців Гарвардського університету під керівництвом Михайла Азіса запустив плинний акумулятор на основі водного розчину хінонів (дослідники жарту: ці речовини дивляться на тих, з якими рослина рхубара настільки багата).

Головною перевагою нового органічного акумулятора над існуючими є суттєве зменшення вартості агрегату. У той час як традиційні неорганічні електролітні потоки витрати близько $700/k Wh, новий Гарвардський акумулятор за ціною всього $27/k Вх.

4. У Стартапи приходять...
Минулого року, понад десятки стартапів у Сполучених Штатах отримали понад $1,5 млн на фінансування для створення нових видів хімічних джерел струму. Що вони працюють зараз? Ну, тут, наприклад...

Амбірський стартап професор Дон Садоуей Массачусетського технологічного інституту розробляє напрямок, в якому планується створити новий тип акумулятора, який використовує електроди з рідкого металу та плавленої солі електроліту.

Imprint Energy працює важко створювати ультратонкі, паперові, гнучкі акумулятори, виготовлені з використанням технології друку екрана. Ці пристрої будуть використовувати цинк замість літію. Основними споживачами нових акумуляторів буде носіння медичних виробів. На фото нижче - аналог цього розвитку від Apple.

Програма U.S. ARPA-E, Pellion налаштовує свої пам'ятки на загальному надходженні всіх можливих катодних матеріалів акумулятора, здатних працювати з магнієм анодом. Для цього створено спеціальну комп’ютерну програму імітаційного моделювання, яка повинна аналізувати більш ніж 10000 можливих електрохімічних пар.

Компанія Prieto Батарея, створена професором Aimee Prieto, має намір звільнити нову літієво-іонну акумулятор на основі мідних нанопроводів (анодів) та твердого полімерного електроліту протягом наступного року та половини, яка зможе заряджати протягом 5 хвилин, маючи потужність 5 разів вище струму.

5. Умань І запах сірки...
Акумулятор рекордного споживання енергії на основі незвичайної електрохімічної пари «літій – сірка» був створений на Національній лабораторії Лоренса в Берклі. Якщо звичайний літій-іонний акумулятор має певну ємність близько 200 Вт / кг, то новий літій-сульфурний акумулятор цей показник досягає 350 - 400 Вт / кг. У разі використання даної батареї в електромобілі її діапазон буде близько 450 - 500 км без перезарядки (проти 180 - 250 км на літій-іон однакової маси).

Новий акумулятор також здатний витримувати близько 1,500 циклів заряду, що в 1,5 рази вище, ніж літієво-іонний. Такими перевагами були досягнуті, серед інших речей, завдяки використанню нового композитного аноду на основі графен-сульфурного пакету.



Джерело: compulenta.computerra.ru/