01.07.2021 10:37
for all
138 views
    
rating - | no usr.
 © Поліанна М

Сучасні джерела електричного струму та їхні характеристики

Сучасні джерела електричного струму та їхні характеристики

Вже через кілька років традиційні літій-іонні батареї будуть не актуальні з їхніми нинішніми характеристиками. У минулому році вчені пропонували найрізноманітніші способи поліпшити акумулятори, зробивши їх більш могутнішими, економічнішими та ефективнішими.

Безпечний металевий літій

Один з найперспективніших нових матеріалів – металевий літій. Його використання в якості анода може серйозно підвищити щільність акумулятора і продовжити термін його служби. Але металевий літій небезпечний: при зарядці на аноді формуються нарости (дендрити), що веде до коротких замикань і займання, що не дуже приваблива перспектива.

Вчені з Вашингтонського державного університету запропонували додати кілька хімікатів в розчин катода і електроліту. Завдяки цьому на поверхні анода утворився захисний шар і анод зміг залишатися стабільним при зарядці протягом 500 циклів. Плюс технології – можливість її інтеграції в існуючі виробничі процеси.

Акумулятор з ультразвуком

Дуже творчо підійшли до вирішення проблеми з металевим літієм вчені Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. Вони розробили мініатюрний ультразвуковий пристрій і включили його в літій-металеву батарею. Пристрій посилає високочастотні звукові хвилі через рідкий електроліт, змушуючи його плавно протікати, а не залишатися в статиці.

Це, в свою чергу, призводить до рівномірного розподілу літію на аноді. При тестуванні акумулятор з новим обладнанням заряджався з 0 до 100% всього за 10 хвилин і витримав 250 циклів зарядки.

Найшвидші електроди в світі

Фахівці французького стартапу Nawa Technologies вирішили змінити структуру електродів в звичайних літій-іонних батареях – їх потужність значно збільшилася. Замість безладної структури, що вимагає, щоб заряджені іони переміщалися по лабіринту, розробники запропонували електрод, який складається з вертикально вирівняної структури, що нагадує щітку для волосся, з високопровідних вуглецевих нанотрубок.

По суті, це створює швидкісну трасу для переміщаються іонів і дозволяє збільшити швидкість заряду батареї в 10 разів – поповнення акумулятора від 0 до 80% відбувається всього за 5 хвилин. Термін служби виростає в 5 разів, а щільність енергії збільшується триразово.

Кремнієвий анод

Кремній може зберігати в чотири рази більше іонів літію, ніж сучасні графіт і мідь, але ємність батарей швидко зменшується. Вчені з Кореї знайшли метод цього уникнути. Кремнієвий анод помістили в спеціальний розчин, який змушує електрони і іони літію просочуватися в електрод – так компенсуються втрати.

Зазвичай аноди на основі кремнію втрачають більше 20% іонів літію під час зарядки, а новий анод втратив менше 1%. Також його щільність енергії на 25% вище, ніж комерційно доступні аналоги.

Натрій-іонні акумулятори з пластикових пляшок

Ще один вид акумуляторів з великим потенціалом – це натрій-іонні. Вчені з Університету Пердью використовували звичайні пластикові відходи для створення ключового компонента такої батареї.

Для перетворення пластика вони застосували стандартну мікрохвильову технологію, обробивши його надшвидким мікрохвильовим випромінюванням. В результаті вчені отримали терефталат натрію, відомий своїми хорошими електрохімічними характеристиками і придатний для виробництва натрій-іонної батареї.

Електроди з панцирів креветок

Хітин, що міститься в панцирах креветок, в Массачусетському технологічного інституті використовували для виробництва екологічно безпечного електрода для проточної батареї. Замість того, щоб зберігати енергію всередині самого акумулятора, такі батареї зберігають енергію в рідких електролітах в величезних зовнішніх резервуарах, які при необхідності можна просто збільшити.

Вчені вирішили зробити ключовий будівельний блок цих батарей з екологічно чистих матеріалів. Для виробництва електродів для проточної батареї вони взяли хітин з панцирів креветок в поєднанні з повстю. Крім високих показників питомої потужності такої батареї, у неї є ще перевага – низька вартість вихідного матеріалу.

Найміцніший електроліт у світі

Ще один приклад твердотільної батареї з вражаючою довговічністю – винахід дослідників з Університету Брауна. Вони стверджують, що, додавши графен в керамічний матеріал, зробили найміцніший твердий електроліт на світі.

Що цікаво, графен має високу провідність, а це якраз небажано для електроліту батареї. Але, підтримуючи концентрацію графена на досить низькому рівні, вчені змогли знайти золоту середину, яка не дозволяла графену проводити електрику, але при цьому мала високу міцність.

Рідкокристалічна батарея, яка працює при кімнатній температурі

Зазвичай в рідкокристалічних акумуляторах метали потрібно нагрівати до температури не менше 240 °C. Але експериментальна повністю рідкокристалічна батарея здатна працювати при кімнатній температурі і за характеристиками набагато краще літій-іонних акумуляторів.

У ній вчені з Техаського університету в Остіні використовували сплави, здатні залишатися рідкими при кімнатній температурі. Така батарея має більш високу потужність, ніж літій-іонна, і набагато швидше заряджається.

Нове покриття для старої батареї

У Аргоннскій Національній Лабораторії знайшли спосіб продовжити термін служби звичних літій-іонних акумуляторів – для цього використовували інноваційне катодне покриття з полімеру PEDOT.

Завдяки такому покриттю традиційні акумулятори стають безпечнішими, оскільки не утворюється небажана плівка на катоді. При цьому, термін їх служби продовжується, так як підвищується робоча напруга.

Як бачимо, сучасні джерела електричного струму мають багато перспектив до вдосконалення. Розробки ведуться на усіх фронтах і їхні характеристики будуть обов’язково зростати в усіх напрямках. Тому за електротранспортом дійсно майбутнє.


Запрошуємо школярів підписатися на канал youtube "Готові Домашні Завдання (ГДЗ): Фізика":

Перейти до ГДЗ на YouTube



___________

Шкільний реферат з фізики для учнів 11 класу на тему «Сучасні джерела електричного струму та їхні характеристики». Бажаю отримати 12 балів за повідомлення, есе, доповідь, реферат та проєкт в цілому.

Обговорення

Візьміть участь в обговоренні

  • Поскаржитись