211service.com
Jauni putu akumulatori sola ātru uzlādi, lielāku ietilpību
Neskatoties uz miljardiem dolāru investīcijām un vairāku augsta līmeņa jaunuzņēmumu uzsākšanu, enerģētikas nozare joprojām saskaras ar fundamentālu un šķietami neatrisināmu izaicinājumu: ir ļoti grūti uzglabāt daudz enerģijas kompaktā, ilgmūžīgā un zemu izmaksu veidā. . Arvien vairāk pētnieku cer to atrisināt ar tā sauktajām trīsdimensiju baterijām, kurām var būt dažādas formas, bet kurām ir porainas, sūkļveida struktūras, pretstatā tradicionālajai 2-D formai: plāniem metāla slāņiem. šķidrā elektrolīta šķīdumā kastes iekšpusē (skatiet sadaļu Izstiepjams, lokāms un jaudīgāks viedpulksteņa akumulators un baterijas: lētākais tīkla enerģijas veids? ).
Dažu pēdējo mēnešu laikā starta uzņēmums sauca Prieto akumulators , kas izveidots no Kolorādo štata universitātes Fortkolinsā, ir izdevies radīt to, ko dibinātāja Eimija Prieto sauc par pirmo īsto 3-D akumulatoru, ko var uzlādēt un izlādēt, un kas izturēs uzlādi, citiem vārdiem sakot, kas atbilst pamatprasībām. parastā akumulatora. 3-D akumulatori varētu būt lētāki izgatavoti, ātrāk uzlādējami, drošāki, mazāki un videi mazāk toksiski nekā parastās baterijas. Turklāt, jo tos var padarīt vieglus, elastīgus un gandrīz neierobežotu formu daudzveidību, tie varētu piedāvāt iepriekš neiedomājamas enerģijas uzkrāšanas programmas.
Prieto 3-D cietvielu akumulators atspoguļo divas radikālas novirzes no mūsdienu akumulatoriem: no kā tie ir izgatavoti un kā tie ir izgatavoti. Prieto laboratorijā, tieši zem Rocky Mountain pakājē, padziļinātā galdā atrodas astoņu sekla ūdens piepildītu atkritumu tvertņu sērija. Blakus līnijai ir plaukts ar dažāda blīvuma vara putu ruļļiem. Putas ir akumulatoru izejmateriāls, uz kura tiek galvanizēts anods, kas izgatavots no vara antimonīda (vara, kas sajaukts ar antimonu). Putas ir tik porainas, ka tās lielākoties ir gaiss, bet neliels fragments var saturēt milzīgu virsmas laukumu. Virsmas laukuma palielināšana samazina attālumu, kas joniem jānobrauc, tādējādi palielinot gan jaudu, gan enerģijas blīvumu.
Kad putas ir pārklātas ar anodu, tās ir pārklātas ar polimēra elektrolītu, kas nodrošina fizisku barjeru, caur kuru var pārvietoties joni (bet ne elektroni). Visbeidzot, katodu uzklāj tumšas, tintes suspensijas veidā. Galaprodukts ir putu akumulators, kura diametrs ir pāris collas un papīra lapas biezums. Prieto akumulatori, kas ir noslēgti plastmasas maisiņā, var ātri uzlādēt, uz vienu tilpuma vienību uzglabāt līdz pat divreiz vairāk enerģijas nekā parastie akumulatori, un tiem trūkst litija jonu akumulatoru neveiksmīgās tieksmes pārkarst.
Ideja par porainu materiālu izmantošanu akumulatoru komponentiem nav jauna: piemēram, daudzos tradicionālajos svina-skābes akumulatoros anodā tiek izmantotas svina putas. Jēdziens par veselu akumulatoru, kas izgatavots ar porainu iekšējo arhitektūru, radās Debras Rolisonas, Jūras spēku pētniecības laboratorijas pētnieces ķīmiķa, laboratorijas uzlaboto elektroķīmisko materiālu nodaļas vadītājas darba rezultātā. Deviņdesmito gadu sākumā Rolisone sāka pētīt jaunus katalizatoru materiālus kurināmā elementiem, un 1998. gadā viņa ierosināja akumulatoru, kas sastāv no oglekļa aerogeliem — porainiem materiāliem, kuros var ievietot katoda materiālu, lai izveidotu 3-D akumulatoru. Kad viņa pirmo reizi iepazīstināja ar šo ideju, viņa saka, ka 99 procenti cilvēku domāja, ka esmu izsists no smadzenēm. Bet vairāki pētnieki tagad īsteno šo koncepciju, daži ar jauniem materiāliem, piemēram, portabella sēnes un celuloze no koksnes masas .
3-D akumulatoru tehnoloģija, piemēram, Prieto, saka Makss Hamedi, Hārvardas pētnieks, kurš strādā pie elastīgām putu baterijām, kas izgatavotas no koksnes celulozes, spēj pārspēt jebkuru akumulatoru, ko varat izveidot 2-D sistēmās. Šis darbs šobrīd tikai eksplodē.
Prieto jau no paša sākuma ir meklējis vienkāršību, izmantojot parastos materiālus zemu izmaksu ražošanas procesā, ko var viegli palielināt. Uzņēmuma pirmais produkts nav pilns akumulators, bet gan nomaināms vara putu anods, kas aizstās grafīta anodus parastajos akumulatoros. Septembrī Prieto paziņoja par partnerību ar Intel, kas ļauj jaunizveidotajam uzņēmumam izmantot mikroshēmu ražotāja tehnoloģiju ražošanas grupas zināšanas. Prieto pirmie rezerves anodi varētu nonākt tirgū līdz 2016. gada beigām, saka tā dibinātājs, un pilnīgs akumulators varētu sekot līdz 2018. gadam.
Protams, ir arī citi uzņēmumi, kas virza inovācijas cietvielu akumulatoru jomā. Sakti3 strādā pie cietvielu litija jonu akumulatoriem, kuru izmērs ir puse līdz viena trešdaļa no tradicionālajām sistēmām un ar tādu pašu enerģijas uzglabāšanas jaudu (skatiet sadaļu Izrāviens akumulators saņem lielu atbalstu). Seeo, Kalifornijā bāzētu jaunuzņēmumu, kas koncentrējas uz cietvielu akumulatoriem ar litija-metāla anodiem, nesen iegādājās Bosch, viens no lielākajiem automobiļu nozares piegādātājiem (skatiet Akumulatora prototipu, kas varētu dubultot elektrisko automašīnu klāstu). Neviens no šiem uzņēmumiem neizmanto 3-D putu arhitektūru.
Mēs redzam Prieto tehnoloģijas potenciālu, lai veicinātu inovācijas valkājamo ierīču jomā, kur cietvielu akumulatori ar augstu enerģijas blīvumu varētu nodrošināt jaunus pārliecinošus lietojumus, saka Marks Pontarelli, Intel iekšējā biznesa inkubatora ģenerāldirektors. Vara putas var izmantot, lai izveidotu baterijas, kas precīzi aizpilda tukšās vietas dizainā, nodrošinot ilgāku akumulatora darbības laiku, nepalielinot izstrādājuma izmēru.
Kā norāda Pontarelli, pirmie lietojumi, visticamāk, būs nelieli, piemēram, valkājamās sistēmās un plaša patēriņa elektronikā, taču nav acīmredzama iemesla, kāpēc putu akumulatori nevarētu darboties elektriskajos transportlīdzekļos un kādu dienu arī tīkla mēroga uzglabāšanas sistēmās.