Батареї з каменів не бажаєте? На нас чекає нова революція у сфері акумуляторних батарей? Про все це сьогодні.
У всьому світі вже давно йде гонка за досягнення максимально можливої ефективності так званої зеленої енергетики. Відновлювані джерела енергії, які не викидають парникові гази в атмосферу – це майбутнє нашої цивілізації, в якому вже ніхто не сумнівається. Це вже не просто мрії, а потреба дня. Вчені все більше і більше б’ють на сполох, закликаючи нас економити електроенергію і намагатись максимально ефективно використовувати електричні прилади.
Також цікаво: Огляд Motorola Edge 40: той самий “топ за свої гроші”
Більшість пристроїв на батарейках або акумуляторах, від старих програвачів Walkman до новітніх смартфонів чи електромобілів, засновані на літій-іонних технологіях (Li-ion). Вони вже багато років використовуються у більшості електричних приладів та технологічних пристроях, хоча й не є дуже енергоефективними та витривалими. До того ж, їх утилізація з часом стає справжньою проблемою для екологічної ситуації нашого навколишнього середовища.
Літій-іонні батареї ставлять майже всюди, адже вони дешеві та мають високу продуктивність. Оскільки вартість цих батарей значно знизилася за останнє десятиліття, вони стають найбільш життєздатною альтернативою для тривалого використання, просто завдяки їх великій кількості. Сьогодні ці батареї досягли низької вартості та збільшення щільності енергії не завдяки технологічним проривам, а завдяки простій і наполегливій інженерній оптимізації методів виробництва, інструментів та ефективності.
Однак з розвитком нових методів і технологій виробництва електроенергії попит на ефективні методи її зберігання зростає. У невеликих масштабах з цим проблем немає – рішенням є різні види батарей і акумуляторів, які є таким же очевидним елементом реальності, як і сама електрика.
Вони використовуються для живлення телефонів, різних типів освітлення, колись вони були потрібні для використання ліхтариків або програвачів, хоча все це зараз є в наших смартфонах. Але як зберігати енергію, необхідну для живлення всього домогосподарства? Виявляється, акумулятори і в цьому випадку можуть стати в пригоді. Звичайно, мова йде не про акумулятори типу популярних «пальчиків», наявних в магазинах, а про абсолютно нові пристрої, які самі по собі є захоплюючими інженерними досягненнями.
Вже досить давно тривають дослідження з розробки нових батарей, які можуть конкурувати з літій-іонними акумуляторами з точки зору продуктивності, вартості та довговічності.
Багато з цих нових технологій не є абсолютно новими. По суті, вони працюють аналогічно літій-іонним акумуляторам, але з використанням різних матеріалів. Ось кілька найцікавіших прикладів технологій, які незабаром можуть революціонізувати сферу зберігання електроенергії.
Читайте також: 7 найкрутіших варіантів використання ChatGPT
Цей тип акумуляторів, на відміну від інших, використовує не рідкі або гелеві електроліти, а тверді форми. Такі електроліти зазвичай бувають у вигляді кераміки, скла, полімерів або сульфітів. Твердотільні батареї більш ефективні, оскільки вони забезпечують більше енергії при тих же розмірах, що й літій-іонні аналоги. Вони мають великий потенціал, особливо у сфері живлення електромобілів.
Твердотільна батарея має потенціал для вирішення більшості перелічених вище проблем із сучасними літій-іонними. Скляна твердотільна батарея може мати втричі вищу щільність енергії завдяки використанню анода з лужного металу (літію, натрію або калію), який збільшує щільність енергії катода та забезпечує тривалий термін служби. Твердий електроліт вважається негорючим або, принаймні, стійким до самозаймання. Негорючий характер твердотільних батарей також знижує ризик перегріву, дозволяючи щільніше упаковувати елементи, та таким чином підвищувати гнучкість конструкції та об’ємну щільність.
Великі надії щодо цих батарей пов’язані з тим, що вони можуть служити набагато довше. А це великий плюс у сучасному світі.
Однак твердотільні батареї наразі перебувають на низькому рівні технологічної готовності, і фундаментальні дослідження все ще тривають, що викликає невизначеність та занепокоєння, пов’язані з високою вартістю виробництва та масштабованістю. Проблема полягає також у введенні твердих електролітів у процес, сумісний з сучасною виробничою практикою, що не повинно впливати на довговічність або вартість кінцевого продукту, і, до того ж, додавати такі переваги, як краща щільність енергії та потужності, підвищена безпека і вища пропускна здатність.
Читайте також: Я перевірив, як працює чат-бот Bing, і взяв у нього інтерв’ю
Літій-сірчані (Li-S) батареї (не плутати з “літій-срачаними” – ці вічні акумулятори живляться від суперечок українців) почали розроблюватися та досліджуватися з 60-х років минулого століття як ефективний пристрій накопичення енергії за допомогою оборотних електрохімічних реакцій. Незважаючи на швидкий розвиток і комерціалізацію технології літій-іонних акумуляторів (LIB), не було досягнуто жодного прориву для вирішення критичних технічних проблем, з якими стикаються літій-іонні акумулятори впродовж наступних десятиліть. Тому у 2000-х роках Li-S батареї знову повернули значний інтерес розробників завдяки їхнім перевагам – низькій вартості і високій теоретичній питомій енергії. Ці показники майже в 3 рази перевищують характеристики поточних літій-іонних акумуляторів. Низька вартість і високий вміст сірки (тобто активного матеріалу катода) робить літій-сірчані акумулятори більш привабливими, ніж літій-іонні, враховуючи той факт, що останні використовують критичні матеріали, такі як кобальт і нікель, у виробництві катодів.
А в літій-сірчаних батареях катод, який є одним з двох електродів в батареї, буде виготовлений з сірки. Цей елемент більш збалансований, ніж традиційні нікель і кобальт. Такі акумулятори більш ефективні, ніж літій-іонні. Це, очевидно, може призвести до більшої дальності ходу автомобілів, в яких вони будуть використовуватися. Можна сказати, що великим плюсом цих батарей є те, що сірка це недорога і розповсюджена сировина. При цьому процес виробництва таких акумуляторів дуже схожий на той, який використовується для виготовлення літій-іонних акумуляторів, а значить, для їх виробництва можна використовувати ті ж пристрої і виробничі потужності.
Ще однією перевагою цих типів акумуляторів, є менша кількість енергії, необхідної для їх виготовлення, майже на 25%. Всі ці особливості можуть зробити виробництво літій-сірчаних батарей дуже рентабельним.
Розробки вже йдуть повним ходом. В цій сфері особливо значних успіхів досягла компанія Lyten. В неї вже існує ціла акумуляторна платформа LytCell EV. В компанії кажуть, що їх акумулятор коштує дешевше та є безпечнішим, ніж сучасні літій-іонні батареї, і його можна буде використовувати у серійних електромобілях, виготовлених в США до середини цього десятиліття.
Також цікаво: Google Bard AI: все, що вам потрібно знати
Цей тип акумуляторів працює на основі процесу окислення заліза з використанням повітря. У процесі підзарядки окислені речовини перетворюються назад в залізо в процесі, відомому як зворотне окислення. Очікується, що залізно-повітряні батареї будуть розповсюджені в найближчому майбутньому, головним чином завдяки тому, що вони дозволять зберігати енергію майже у 25 разів довше, ніж літій-іонні батареї.
Через дуже великі запаси як заліза, так і повітря, такі батареї, безумовно, коштували б набагато дешевше. За оцінками, їх ціна може бути нижче наявних батарей приблизно у 10 разів! На жаль, у таких акумуляторів є один істотний недолік – через повільну швидкість окислення заліза їх зарядка може займати багато часу.
Успішно розробкою залізо-повітряних батарей займається стартап Form Energy, який виник на базі відомого Массачусетського технологічного інституту (MIT). Акумулятори Form Energy, як стверджують розробники, у десять разів дешевші за літієві, і в них використовується залізо, кількість якого в світі величезна. При цьому залізо-повітряні батареї можуть служити довше, ніж літієві, а також є більш безпечними, оскільки не є легкозаймистими.
Єдиним недоліком, який спостерігається на даний момент, є те, що ці батареї повільно заряджаються, що робить їх менш життєздатним варіантом, ніж літієві, наприклад, у випадку ноутбуків або смартфонів. З іншого боку, вони є чудовим рішенням для накопичення енергії на рівні національної енергетичної мережі, оскільки можуть забезпечити 100 годин зберігання енергії, що набагато довше, ніж літієві батареї, які працюють до шести годин. Таким чином вони можуть сприяти інтеграції великомасштабних сонячних парків і вітрових електростанцій.
Також цікаво: Феномен Bluesky: що за сервіс і чи надовго?
Ще одним цікавим прикладом нового типу батарей є ті, які зберігають тепло замість електрики. Наприклад, ізраїльська компанія Brenmiller Energy працює над використанням альтернативних матеріалів, таких як гірські породи, для зберігання теплової енергії. З 2012 року Brenmiller Energy використовує щебінь спочатку для генерації, а потім для зберігання теплової енергії. Такі технології, в свою чергу, можуть використовуватися для різних цілей, наприклад, у промисловості.
Цікаво, що використання щебеню для зберігання енергії – ідея не зовсім нова. NASA, що має на своєму рахунку безліч нових технологій, проводить випробування технологій зберігання теплової енергії з сімдесятих років минулого століття. На відміну від звичайних, батареї, вироблені ізраїльською компанією, використовують енергію для отримання пари, гарячої води або гарячого повітря. Brenmiller Energy заявляє, що її завод під назвою Tempo буде здатний накопичувати до 35 МВт·год енергії, що дозволить виробляти до 14 тонн пари на годину.
Це дуже важливо для економіки Ізраїлю, де до 45 відсотків всіх викидів, пов’язаних з енергетикою, припадає на сектор промислових систем опалення. Цей проект полягає в заміні парових котлів, які працюють на традиційному викопному паливі.
Нові реалії потребують нових рішень. Поява нових типів акумуляторів сприятиме розвитку технологій в сфері енергозбереження. Можливо через кілька років ваш ноутбук або смартфон вже не потрібно буде заряджати кожен день, бо він працюватиме місяць, а може й рік, на одному заряді. І водночас новий тип акумулятора не тільки заощаджуватиме енергію, але й сприятиме збереженню довкілля.
Також цікаво:
Leave a Reply