Как добавить батарейке мускулов

Как добавить батарейке мускулов
    Благодаря большей площади и пористой структуре поверхности электродов плотность энергии литий-ионной 3D-батареи Прайэто в пять раз выше, чем стандартной литий-ионной.

Благодаря стремительной зарядке и высокой энергетической плотности литий-ионные батарейки произвели в нашей жизни целую революцию. Они заставляют трудиться телефоны, ноутбуки, планшеты и все возрастающее число электрических транспортных средств. И требования к емкости батарей всегда возрастают.

Литий-ионная (Li-Ion) батарейка складывается из четырех базисных компонентов. катод и Анод, именуемые электродами, выталкивают хорошие ионы лития в мелкое море электролита, наряду с этим высвобождаются электроны, перемещение которых по цепи и питает подключенное устройство. Ионы лития движутся от катода к аноду, в случае если батарея заряжается, и в противоположном, если она разряжается.

Между электродами установлен сепаратор — перфорированная пленка, она пропускает ионы, но не позволяет соприкасаться аноду с катодом. В случае если электроды соприкоснутся, произойдёт замыкание, батарейка начнет греться, а позже взрывоопасный электролит порвёт ее на куски. Вот это-то свойство литий-ионной батарейки и пребывало под вниманием общественности — то и дело поступали сообщения о горящих электромобилях и взрывающихся батареях ноутбуков.

Но, хоть горящие неприятная вещь и батарейки, все же поиски замены литий-ионным аккумуляторная батареям продиктованы прежде всего жаждой уместить большее количество энергии в более компактные и более недорогие элементы питания.

Воздушные замки

Еще в феврале этого года будущее батареек формулировалось в сочетании слов «литий-воздушный». «Батарея, которая дышит», применяет поток кислорода для высвобождения громадного количества электронов из анода. Эта разработка разрешает снизить как цена, так и вес батарейки, что связано с повышением энергетической плотности. К примеру, электромобили с таким аккумулятором смогут расширить собственный запас хода со 160 до 800 км.

Уже казалось, что столь красивая разработка вот-вот войдет в нашу жизнь. Компания IBM заявила, что один из ее приоритетных проектов — Battery 500 Project — уже к 2020 году может привести к появлению коммерческих образцов. Но месяц спустя IBM передумала, сказав, что сворачивает проект из-за его большой стоимости.

Будущее литий-воздушной разработке очень показательна для данной сферы изучений. В научных идеях, призванных скинуть с пьедестала литий-ионную батарейку, недочёта нет, но путь к коммерциализации этих ответов остается через чур сложным. Взяв личный патент на новую разработку хранения энергии, производитель электромобилей Tesla Motors однако реализует проект собственной «Гигафабрики» (Gigafactory).

Это предприятие ценой $5 млрд разрешит производить полмиллиона классических литий-ионных аккумуляторная батарей в год.

Батарейка из мочалки

И потому, возможно, самым многообещающим нюансом новой разработке, разрабатываемой Эми Прайэто, начальником и сооснователем компании Prieto Battery (штат Колорадо, США), содержится в том, что это литий-ионная разработка. Но в данном ее варианте небезопасный сэндвич из слоев — анод, сепаратор, катод плюс электролит в качестве жидкой «приправы» — преобразовывается в «чащу» переплетающихся материалов.

катод и Анод становятся тут не отдельными компонентами, но, скорее, двумя типами покрытий, нанесенных на переплетение бронзовых волокон, чем-то напоминающее железную мочалку для чистки кастрюль. Нанесение этих покрытий приятель над втором увеличивает их неспециализированную поверхность и уменьшает расстояние, которое нужно будет преодолеть ионам.

Прайэто именует собственный изобретение трехмерной твердотельной литий-ионной батареей, поскольку заряженные частицы движутся на всей протяженности волокон с покрытием, вместо того дабы перемещаться через сепаратор и жидкий электролит от анода к катоду либо обратно.

    Фото Сотрудник Эми Прайэто и сооснователь Prieto Battery Дерек Джонсон очищает губчатую базу батареи от загрязнений, перед тем как на нее гальваническим способом будет нанесен анодный слой.

В компании уже создана пилотная линия по производству 3D-батарей.

Потенциальные преимущества разработки Прайэто легко огромны. Смартфон либо электромобиль с таковой батареей будет трудиться на одной зарядке в пять раз продолжительнее, а сама зарядка займет 60 секунд вместо часов. Помимо этого, «губкой» из бронзовых волокон возможно заполнить любой нестандартный количество, по окончании чего нанесение катода (он заполняет собой все пустоты) придаст конструкции структурную прочность.

Так, наровне с привычными прямоугольными батарейками по данной технологии возможно создавать аккумуляторная батареи необыкновенных форм для гаджетов типа Гугл Glass.

В дополнение к существенно возросшей энергетической плотности по-настоящему революционным разработку Прайэто делает тот факт, что батарея не взрывается. Эта конструкция, по сути, исключает те неприятные события, каковые происходят с литий-ионной батарейкой из-за перегрева. Ключевая роль тут отводится еще одному слою, наносимому на бронзовую проволоку, — Прайэто именует его полимерным электролитом.

Слой наносится по окончании анода и до катода и может проводить ионы лития между электродными слоями. Это сухое и невоспламеняющееся вещество заменяет собой две «ахиллесовы пяты» классической литий-ионной разработки: пластиковую пленку сепаратора, которая может порваться, и жидкий электролит, что превосходно горит.

Путь компании Прайэто к коммерциализации имеет два направления. В текущем году компания рассчитывает начать продажу анодов более классической конструкции, каковые наряду с этим надёжнее, снабжают громадную энергетическую плотность и смогут быть засунуты в классические батарейки. Но звездным часом компании будет выпуск практически заново изобретенной литий-ионной батарейки, которая сможет хранить в себе в пять раза больше энергии и не будет гореть либо взрываться.

Но для полета к звездам необходимо, дабы ракета стартовала. А ведь совсем сравнительно не так давно работа фактически поднялась из-за неприятностей с твердотельным полимерным электролитом. И вот ответ отыскано!

На отснятом в лаборатории видео прототип батарейки в первый раз заставляет светиться светодиод. «Это было вправду сильно! — говорит Прайэто. — Когда мы добились прорыва с электролитом, я начала осознавать, что эта вещь вправду получит».

корпорации и Технологии

Но трубить в победные трубы до тех пор пока рановато. Имеется еще много неприятностей, связанных со спецификой стартапов. Какая из них самый важна? Убедить большие компании начать производство 3D-аккумуляторная батарей. И Эми уже думает об этом. Сначала она планировала не только создать батарейку, но и создать недорогую модульную разработку ее производства.

Компания уже выстроила экспериментальную производственную линию в лаборатории Университета штата Колорадо, где Эми имеет профессорскую должность. Цель — продемонстрировать промышленникам, что не обязательно сходу вкладывать $40 млн в громадный завод, производство возможно начать с маленьких количеств.

Это думается немыслимым, но производственная линия не размещена в «чистой помещении» и не отгорожена от мира паровыми ловушками, каковые высасывают ядовитые испарения. Прайэто принципиально избегает применения токсичных химикатов, каковые активно используются при производстве стандартных Li-Ion-батарей, — для нее это вопрос морального выбора. Иначе, экологическая чистота производства разрешит в будущем сэкономить на утилизации и очистных сооружениях токсичных отходов.

Эми Прайэто пока не настроена именовать имена потенциальных стратегических партнеров, уже показавших интерес, но уверен в том, что ее сверхстабильная в химическом отношении батарея имела возможность бы трудиться, к примеру, в беспилотных подводных аппаратах, где нельзя применять стандартные Li-Ion-аккумуляторная батареи из-за опасности возгорания. Компания рассчитывает, что уже в 2016 году их батарея покажется (до тех пор пока в ограниченном количестве) в каких-то дешёвых потребителю устройствах.

Это, само собой разумеется, весьма оптимистический сценарий, и для его воплощения в судьбу потребуются настоящие прорывы, каковые, но, имеют мало неспециализированного с наукой. «Вы не воображаете себе, — говорит Прайэто, как тяжело сначала настроиться на образ мысли инвесторов. С одной стороны, их интересует сама революционная мысль. Но с другой, им необходимо расписать все шаги по ее реализации с позиций сроков и ресурсов. Вот тогда-то и тогда-то будут такие-то открытия. Но на данный момент уже гадать не приходится.

Я страшно довольна. Все главные открытия уже сделаны!».

Из чего состоит 3D-батарея

Из-за собственной мочалкоподобной конструкции 3D-батарея, созданная компанией Prieto Battery, имеет значительно громадную поверхность электродов, что возможно разрешает запасать в пять раза больше энергии и свести время зарядки к нескольким минутам. В базе батареи собственного рода губка из узкой бронзовой проволоки (1), на которую последовательно наносятся в виде слоев главные компоненты.

Сперва субстрат покрывают слоем антимонида, что послужит анодом (2). Следом на него укладывается слой полимерного электролита (3), что мешает маленькому замыканию между катодом и анодом. Наряду с этим жёсткий электролит пропускает через себя ионы и, что важно, пожаробезопасен. Последний, катодный слой (4) заливается в конструкцию в виде жидкого раствора, он заполняет все пустоты и, застывая, придает батарее структурную прочность (5).

Такая конструкция батареи разрешает размещать ее в самых нестандартных количествах.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№144, октябрь 2014).

ЧТО БУДЕТ, ЕСЛИ ВСТАВИТЬ БАТАРЕЙКУ В РОЗЕТКУ?


Темы которые будут Вам интересны: