Куц Тина

Групі вчених з Open Water Power вдалося створити паливний елемент, що застосовує особливе паливо. За основу взято алюміній і воду – вони і забезпечують рух механізму. Представники компанії заявили, що дана розробка здатна стати чудовою альтернативою літієвих накопичувачів енергії.

Використання незаселених підводних апаратів проводиться для ряду різнобічних цілей. Ці механізми здатні скласти карту дна моря або океану, провести низку пошукових або рятувальних операцій, здійснити заходи розвідувального характеру і т.п. Основний недолік незаселених апаратів полягає в їх залежності від корабля, який виступає в ролі акумулятора. Команда корабля поставляє електроенергію для роботи підводних апаратів за допомогою дроту або систематичної перезарядки батарей.

Найчастіше безлюдні механізми укомплектовані літієвими накопичувачами енергії. Ефективність роботи таких акумуляторів під водою невисока через обмеженість енергетичного ресурсу та підвищений тиск. В процесі виробництва таких батарей для підводних механізмів застосовують спеціальний корпус підвищеної міцності. Він захищає вміст літієвої батареї від високо тиску під водою, але при цьому має досить велику вагу. Крім того, може призвести до займання та навіть вибуху таких акумуляторів.

Представники компанії Open Water Power зуміли створити альтернативу традиційним літієвим батареям конкретно для підводних апаратів. Їх розробка являє собою генератор енергії, який працює на воді замість звичної паливної складової. Інноваційна технологія має в складі алюмінієвий анод і катод зі сплаву нікелю. Альтернативна батарея заповнена електролітом, переважну частину якого займає вода. Алюміній, поміщений в воду, проявляє незначну реакцію. Якщо ж додати трохи лужного компонента, то реакційна здатність цього матеріалу значно зростає.

Процес генерації електрики починається з розпаду води до молекулярного водню і гідроксильних іонів. Дана реакція супроводжується поглинанням електронів з електричного кола. Подальше потрапляння іонів на поверхню анода супроводжується реакцією, при якій гідроксид алюмінію потрапляє в середу електроліту. Таким чином, електричне коло поповнюється електронами.

Конфігурація паливного елемента передбачає наявність спеціальної пастки, в яку потрапляє гідроксид при проходженні води по ньому. Крім того, в даному процесі здійснюється відведення теплової енергії, яка виділяється під час реакції, в зовнішнє середовище. За оцінками авторів батареї, показники ефективності становлять 1/3. Витрата більшої частини енергії припадає на виділення тепла.

У найближчих планах компанії проведення тестування розробки за підтримки військово-морських сил Сполучених Штатів. За словами розробника, їх паливний елемент здатний підвищити дальність дії апаратів від 60 миль до декількох тисяч. Світова практика налічує кілька прикладів розробок в сфері підводних апаратів. До їх числа відносяться підводні зарядні станції у вигляді атомного реактора і роботи-сховища енергії. Обидві ці розробки поки не втілені в реальності. Питання безпеки таких способів отримання енергії для незаселених апаратів не дає реалізувати проекти, принаймні поки що. Альтернативна батарея, яка працює фактично на воді, здатна стати відмінною заміною небезпечним способам перезаряду підводних механізмів.

Дрібна електроніка в більшості своїй функціонує завдяки літій-іонним накопичувачам енергії. У світових масштабах такі батареї є найпопулярнішими і не поспішають здавати позиції, поступаючись аналоговим способам збереження енергії. Наукова громадськість активно працює над створенням все нових конфігурацій літій-іонних накопичувачів. Компанія Panasonic не стала вийнятком і теж взяла участь в даній гонці. Представники компанії представили новий літій-іонний накопичувач енергії, який відрізняється підвищеною гнучкістю. Така батарея здатна зберігати продуктивність роботи навіть після низки згинань або скручувань.

Гнучкі гаджети зараз є мейнстрімом в світі електроніки. Над створенням все нових моделей подібних пристроїв працюють групи вчених у багатьох іменитих компаніях. Це пов’язано з підвищеним інтересом споживача до незвичайних пристроїв і їх високою практичністю.

Якщо говорити про серійний випуск гнучких пристроїв, то тут все не дуже райдужно. Справа в тому, що деякі компоненти гаджетів не здатні витримати багаторазових згинань. Найбільшою проблемою в цій сфері є виробництво гнучких акумуляторів. Ця частина гаджета надзвичайно важлива, тільки от зробити її гнучкою без втрати ефективності раніше не вдавалося. Помітні втрати ємності у батарей відзначаються навіть при порівняно невеликій деформації.

Літій-іонна батарея від компанії Panasonic показала відмінну пластичність без втрати ємності. В процесі тестування акумулятор піддавався багаторазовим згинанням до радіусу 25 мм, зазнавав перекручування до 25ᵒ. Лабораторні досліди показали, що батарея, товщина якої складає близько півміліметра, втрачає в ємності близько одного відсотка. Це відбувається після 1000 згинань і скручувань.

Розробники відзначають, що незначне падіння ємності наявне після однієї тисячі циклів заряду / розряду, причому деформація ніяк не впливає на даний показник. Варто також звернути увагу на те, що довговічність роботи гнучкою літій-іонної батареї не знижується під механічним впливом. Одна тисяча згинань призводить до втрати ємності до 80%. Вчені стверджують, що у традиційних літій-іонних накопичувачів енергії така втрата ємності спостерігається вже після 500 циклів заряду / розряду.

Представники Panasonic заявили, що гнучка літій-іонна батарея стане відмінним рішенням для дрібної електроніки, призначеної для носіння на тілі. Такі електронні пристрої мають низьке енергоспоживання і вимагають від батареї надзвичайної пластичності і безпеки.

Новий гнучкий акумулятор представлений в трьох варіантах:

– вага 0,7 г, ємність 17,5 мА / год;

– вага 1,4 г, ємність 40 мА / год;

– вага 1,9 г, ємність 60 мА / год.

У сфері електроніки кращі уми працюють над розробкою не тільки гнучких батарей, а й гнучких смартфонів. Компанія Lenovo представила смартфон у вигляді браслета і планшет, який складається. Представники компанії Samsung, в свою чергу, заявили про створення смартфонів з гнучкими екранами, які можна згортати в рулон.

Група вчених з Ріверсайда (штат Каліфорнія) відкрили інноваційний метод трансформації відходів зі скла в літій-іонні накопичувачі енергії. Ці батареї мають ємність в 4 рази більше, ніж традиційні накопичувачі на основі літію. Крім того, дослідники стверджують, що такі батареї мають довгий термін служби.

У світових масштабах використання даної технології означає значне зниження цін на мобільні телефони, ноутбуки, планшети і т.д. Впровадження даного способу створення батареї помітно знизить кількість відходів від скла. Дослідники говорять, що такі акумулятори можна використовувати навіть в електричних автомобілях.

Основною ідеєю проекту було використання діоксиду кремнію в якості матеріалу для створення батарей. Цей компонент добувають зі скляних відходів. На чолі групи дослідників проекту стоять два професори Каліфорнійського університету – Ченгіз Озкан і Міхрі Озкан. Технологія дозволяє використовувати наночастинки кремнію високої частоти для зберігання енергії. Цей процес може стати переломним у випуску літій-іонних батарей, які на даний момент є найпопулярнішими в світі.

Аноди для літій-іонних акумуляторів каліфорнійських вчених виробляються шляхом застосування трьох ступенів обробки:

– скляні відходи проходять процес подрібнення до дрібної фракції (білого порошку);

– наноструктурований кремній створюється з діоксиду кремнію;

– наночастинки кремнію покриваються вуглецем.

Вчені провели ряд лабораторних досліджень. За попередніми даними, нові літій-іонні акумулятори, створені зі скляних відходів, мають ємність більше, ніж традиційні батареї. Розробка вчених Каліфорнійського університету продемонструвала в лабораторних умовах чудові електрохімічні характеристики.

За словами розробників літій-іонних батарей зі скляних відходів, їх винахід здатен не тільки знизити вартість електромобілів, а й знизити кількість зарядів для дрібної електроніки при однаковій потужності.

У питаннях підвищення потужності акумуляторів електричних автомобілів досягли успіху також вчені Техаського університету. Там команда дослідників на чолі з Джоном Гуденаф (відомий науковій громадськості як член групи винахідників, що створили літій-іонний накопичувач енергії) займається розробкою твердотільного акумулятора. За словами вчених, їх інноваційна батарея зможе накопичувати і зберігати в 3 рази більше енергії, ніж традиційні аналоги.

Варто відзначити, що вдале завершення даного проекту обіцяє значне збільшення ходу електричного транспорту. Час зарядки електромобілів теж помітно скоротиться завдяки твердотільним батареям (від кількох годин до кількох хвилин).

Твердотільні накопичувачі енергії замість електроліту в складі мають скло. Це робить їх більш безпечними і менш витратними. Принцип роботи традиційної літій-іонної батареї полягає в передачі іонів літію між анодом і катодом. Якщо скоротити час зарядки, то такого типу батарея може вибухнути.

Скляний електроліт дає можливість заряджати такі батареї набагато швидше. Перший акумулятор зі скляним електролітом, створений техаськими вченими, здатний повноцінно функціонувати при – 60 градусах Цельсія.

Слід звернути увагу на те, що твердотільні акумулятори дозволяють використовувати для створення анода лужні метали. У традиційних літій-іонних батареях це неможливо.

Фірма NantEnergy тривалий час вела розробку недорогих батарей для зберігання енергії. На даному етапі завершено розробку цинкових акумуляторів, які, за словами їх творців, є одними з найдешевших. Дані батареї перезаряджаються, завдяки чому їх показники ефективності високі, а ціна – порівняно низька.

Процес створення даних акумуляторів відбувався протягом 6 років. Вчені працювали на території 9 країн. Батареї компанії NantEnergy в результаті кропіткої роботи інженерів змогли досягти порога в 100 доларів за 1 КВт-год. Ця вартість в 4 рази нижче, ніж у літій-іонних накопичувачів енергії, які зараз на піку популярності.

Сфера застосування літій-іонних батарей дуже широка – починаючи від бюджетних мобільних телефонів і закінчуючи високотехнологічними електрокарами. Вчені всього світу роками працюють над пошуком нових шляхів в зберіганні енергії. Здешевлення технологій збереження енергії від альтернативних джерел дозволить зробити великий крок на шляху до енергонезалежності в світовому масштабі. Саме тому успішні спроби створення інновацій в даній сфері приковують до себе підвищену увагу наукової громадськості.

Нова технологія компанії NantEnergy заснована на використанні оксиду цинку. За словами глави компанії Патріка Соон-Шіонг, його команді вдалося створити абсолютно новий пристрій, який в перспективі здатен створити кардинально нові економіки на основі енергії поновлюваних джерел.

Під час розробки та тестування цинкових акумуляторів група вчених компанії працювала на території дев’яти країн. Крім того, для тестування розробки було задіяно більше сотні населених пунктів, в яких розміщували фотоелектричні модулі і самі цинкові накопичувачі. За підсумками тестування творці цинкових батарей заявили, що їх системи зберігання енергії протягом усього часу випробувань зуміли забезпечити безперебійне функціонування стільникових веж. Варто відзначити, що накопичувачі на основі цинку встановлювалися у віддалених районах, де було відсутнє підключення до загальної енергетичної мережі.

Заяву про успішність тестувань технології було зроблено минулої осені в рамках міжнародного саміту «One Planet». Даний захід було організовано на честь виконання умов кліматичної угоди європейськими країнами.

Інвестиційну підтримку розробці цинкових батарей надав Всесвітній банк. Фірма NantEnergy отримала 5 мільйонів доларів на розвиток інноваційної технології. Цинкові батареї вже отримали понад 100 патентів. Компанія-виробник починає активно виводити нововведення на світовий ринок.

Слід зазначити, що компанія на даний момент приймає замовлення на поточний рік. За попередніми оцінками впродовж року технологія здатна принести близько 50 мільярдів доларів творцям. Цинкові батареї можуть бути застосовані в багатьох виробничих сферах і не тільки. Фахівці стверджують, що низька ціна таких накопичувачів енергії зробить їх популярними для домашнього зберігання енергії в рамках приватних СЕС і ВЕС.

Творці нових цинкових батарей акцентують увагу на їх низькій вартості не просто так. Для порівняння: літій-іонні накопичувачі мають ціну близько 300-400 доларів за 1 КВт-год, в той час як цинкові батареї мають вартість 100 доларів при такій же продуктивності. Як недолік у інновації виділяють її габарити – серійний цинковий акумулятор за розміром відповідає невеликому портфелю. Батарея заряджається за допомогою трансформації оксиду цинку в цинк і О2. Розряджається акумулятор шляхом окислення цинку. Під час тестування цинкова батарея забезпечувала роботу вежі стільникового зв’язку протягом 3 діб без перебоїв.