Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки » 10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего
Количество просмотров: 24497
Комментарии к статье: 19


10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего


Все цифровые устройства, такие как плееры, смартфоны, диктофоны и другие носимые гаджеты, а также электромобили — все более совершенствуются в своих возможностях. Ограничения накладываются главным образом конечным количеством запасаемой в аккумуляторах энергии.

Смартфон, например, работает после очередной подзарядки максимум 2 дня. Вот если бы аккумуляторы улучшить, сделать их более емкими, то работу на одной зарядке можно было бы многократно продлить.

Однако смартфоны, к сожалению, развиваются в последние 10 лет значительно быстрее нежели совершенствуются технологии создания аккумуляторов. Но надежда на улучшение ситуации есть, ведь наука на месте не стоит, и в последние годы ученые начинают предлагать очень интересные новые решения. Их можно назвать технологиями аккумуляторов будущего. Давайте обратим внимание на некоторые из них.

Аккумулятором называют прибор, способный накапливать и сохранять определенное время электрическую энергию. В отличие от гальванического элемента, который работает сразу же после изготовления, аккумулятор нужно зарядить от постороннего источника, после чего он может быть использован как самостоятельный источник тока. Поэтому аккумуляторы называются вторичными, а гальванические элементы — первичными элементами.

10 лучших технологий аккумуляторов и хранения энергии будущего

1. Зарядить электромобиль за 5 минут, а телефон — за 30 секунд

В 2022 году израильская компания StoreDot планирует начать выпуск аккумуляторов для электрокаров и гаджетов на основе революционной технологии литиевых аккумуляторов. Технология позволит электрокарам восстанавливать запас хода на 500 километров всего за 5 минут!

Графит, обычно применяемый в литиевых аккумуляторах, хотят заменить на особую смесь металлоидов, включающую кремний и некоторые запатентованные материалы, лишь недавно синтезированные в лаборатории компании. Процесс формирования смеси менее токсичен, а количество кобальта в батареях будет сокращено вдвое. Кстати, батареи станут при этом еще и безопаснее.

Новые литиевые аккумуляторы

Даже само название компании «StoreDot» содержит в себе намек на крошечные биоорганические пептидные молекулы, известные как «нанодоты», которые повышают плотность хранения заряда и обеспечивают аккумуляторам на базе новой технологии быстрое поглощение и накопление энергии.

Между тем, ученым еще предстоит преодолеть некоторые технические трудности, связанные с необходимостью пропускания очень большого тока в процессе зарядки. Для этого необходима более совершенная система охлаждения кабелей и разъемов как в системе автомобиля, так и непосредственно на зарядной станции.

Моя статья на Яндекс Дзен про литиевые аккмумляторы:

Литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы - в чем отличие и что лучше?

Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов:

 

2. Как подзарядить телефон от окружающего шума

Британские ученые разработали телефон, способный получать заряд просто из шума, постоянно стоящего вокруг. В основе технологии — пьезоэлектрический эффект.

Пьезоэлектрические наногенераторы сами давно в известном смысле наделали много шума. И вот теперь уже созданы специализированные генераторы такого рода, работающие на фоновом шуме, и генерирующие из него электрический ток для заряда небольших батарей. По сути телефон заряжается от шума, который во все времена просто действовал людям на нервы, а теперь он сможет приносить ощутимую пользу.

Использование наногенераторов

Исследователи создали особую смесь, в которую добавили оксид цинка, и просто покрыли поверхность гаджета данной смесью. Так получилась поверхность, полностью покрытая пьезоэлектрическими наностержнями — генерирующая энергию поверхность аппарата. Эти наностержни очень чувствительны к звуковым волнам и изгибаются от воздействия даже очень слабого звукового давления.

Наногенераторы преобразуют данные колебания в электрический ток, энергии которого достаточно для зарядки аккумулятора. Кроме преобразования звуковых волн шума, наногенераторы работают и от голоса, звучащего во время разговора, так что просто разговаривая по телефону пользователь уже частично восстанавливает заряд своего аккумулятора.

В продолжение темы: Как шум большого города превращается в электричество

3. Увеличить емкость аккумуляторов чистым кремнием, добытым из песка

В университете Риверсайд группа исследователей, в поисках альтернативного подхода к созданию литий-ионных аккумуляторов, решили заменить традиционный графит на обычный песок. Изначально учеными была отмечена проблема скорой деградации наноразмерного кремния, который к тому же очень сложно получать в промышленных количествах. После этого ученые решили попробовать применить обычный доступный песок.

Использование песка

Песок легко поддается очистке, к тому же его легко наносить в виде порошка. Очищенный песок намочили солью и магнием, затем подвергли нагреванию для удаления кислорода. Так получился чистый кремний пористой структуры, который позволил увеличить емкость элемента втрое, а также повысить эффективность его использования и увеличить срок службы! Производство получается недорогим и экологически безвредным.

Аккумуляторы из хлопка, кофейных зерен и бомбука: Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым

4. Зарядить смартфон на ходу

Даже самую обычную одежду можно использовать в качестве генератора электроэнергии, чуть-чуть доработав ее, считают исследователи из Университета Суррей в Манор Парк (Англия).

Они предлагают использовать так называемые трибоэлектричские наногенераторы, способные преобразовывать энергию движения поверхности одежды в электрический заряд. Генерируемое таким образом электричество можно накапливать, а затем передавать в обычный литиевый аккумулятор, либо напрямую питать им портативное устройство (плеер, телефон и т.д.).

Принципиально технология трибоэлектрических наногенераторов не имеет практических ограничений, ее можно внедрить даже в стены домов, в тротуарную плитку, в стволы и ветви деревьев, в автомобильные шины и т. д. - всюду, где есть колебания или трение. Такая система позволила бы использовать энергию от движения всего чего угодно — для зарядки аккумуляторов ночных фонарей, гаджетов, сегвеев и тому подобных устройств. 

Смотрите - Трибоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками

5. Передать энергию к аккумулятору в форме ультразвука

Идея передачи электрической энергии «по воздуху» не нова. Но почему бы не попробовать использовать для этой цели ультразвук? Астробиолог Мередит Перри предлагает встраивать именно ультразвуковые передатчики в элементы интерьера.

Ультразвук определенного диапазона не слышен людям и животным, поэтому звуковые волны можно вполне безопасно направить прямо на гаджет, обеспечив таким образом беспроводную зарядку.

Использование ультразвука

Пластина в 5,5 мм толщиной служит в такой системе передатчиком, который автоматически включается только тогда, когда в зоне его действия находится заряжаемый гаджет. Ультразвуковая волна энергии направляется в форме сфокусированного луча и принимается плоским приемником, закрепленным на заряжаемом устройстве.

В отличие от Wi-Fi, система uBeam на ультразвуке не может преодолевать стены, зато энергия направляется очень концентрированно.

Аккумуляторы безграничного жизненного цикла

Проблема аккумуляторов любого типа — ограниченное количество жизненных циклов, то есть их можно заряжать и разряжать не бесконечное количество раз. Хорошо бы создать такой аккумулятор, который можно было бы никогда не менять на новый, а просто перезаряжать когда это необходимо, причем делать это сколько угодно раз. В Калифорнийском университете Ирвин создали почти такой идеальный аккумулятор!

Аккумуляторы безграничного жизненного цикла

Исследователи разработали батарею на основе нанопроводов из золота, способную выдержать до 200000 циклов заряда-разряда без снижения емкости.

Проводки тысячекратно тоньше волоса дают возможность создавать огромные площади поверхностей с достаточно высокой проводимостью. Нанопровода покрыты особой оболочкой из гелиевого электролита и диоксида марганца, что позволило получить в результате предельную стойкость к деградации.

Это решение считается одним из весьма перспективных на сегодняшний день.

 

7. Графен открывает новые горизонты

Компания Grabat создала аккумуляторы на базе особой формы углерода — графене. На сегодняшний день именно графеновые батареи являются лучшими из уже доступных на рынке. Они позволяют, например, проехать электрокару 750 километров на одной зарядке.

Графеновые аккумуляторы

Принципиально такие батареи способны заряжаться за несколько минут и отдавать заряд в 30 раз интенсивнее чем литий-ионные предшественники. Уже сейчас такие аккумуляторы устанавливают в беспилотные летательные аппараты, кроме того они завоевывают популярность в электротранспорте и в качестве накопителей для домашних электростанций.

8. Пенные аккумуляторы обещают быть дешевыми

Пенные аккумуляторы

Инженеры компании Prieto делают ставку на твердотельные аккумуляторы, создаваемые при помощи печати и на основе медной пены с электрополимеризованным сепаратором. Фирма планирует таким образом создавать самые безопасные, дешевые, быстро заряжаемые и долго живущие аккумуляторы, плотность заряда в которых в 5 раз превзойдет современные литиевые аккумуляторы.

9. Натрий — конкурент литию

Натриевые аккумуляторы

Натрий является одним из самых доступных на планете химических элементов. Натрий - шестой по распространенности элемент на Земле. Встречается в горных породах, месторождениях полезных ископаемых и морской воде. 

Именно из натрия группа ученых из Японии планирует производить аккумуляторы нового типа. Здесь не нужен редкий литий, а емкость обещает быть в 7 раз выше чем у него!

Начиная с 80-х годов 19 века натрий активно исследуется как основа источников энергии, и вот теперь с использованием соли и современных технологий стало технически возможным сделать натрий-ионный аккумулятор достаточно дешевым. Однако ожидается что до начала широкой практической реализации пройдет еще несколько лет.

10. Водород для зарядки гаджетов

Водородные аккумуляторы

Недавно в продаже появились совершенно необычные умные зарядные устройства для мобильной техники на водородном топливе. Данный продукт носит название Upp.

Водород — основной химический элемент во Вселенной. Почти все космические тела — планеты, звезды и галактики — обязаны своим существованием нейтральному водороду.

Водород безопасен для окружающей среды, и в процессе зарядки с его помощью образуется лишь водяной пар. Одной водородной ячейки хватит на 5 полных зарядок среднего смартфона. На данный момент устройство не особенно востребовано в силу дороговизны, но идея представляется многим очень интересной и перспективной.

Смотрите также:

Лучшие современные автомобильные аккумуляторы

Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы и перспективы использования

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Как увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов
  • Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым
  • Какие аккумуляторы используются в современных электромобилях
  • Прозрачный аккумулятор
  • Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир
  • Литий-ионные батареи: устройство, принцип работы, виды и применение
  • Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы, перспективы использова ...
  • Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

    Аккумулирование энергии, Инновации, Зарядка аккумулятора, Аккумуляторные батареи, Электрическая энергия, Емкость, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Антон |

    Про водородные аккумуляторы. Из-за маленькой плотности и большого объема, а также за счет отсутствия дополнительных связей водород хранить трудно при низких температурах. Существует технология, которая позволяет хранить водород в виде ионов и с использованием электрического поля, чтобы была возможность более компактно разместить водород в трубках.

      Комментарии:

    #2 написал: Дмитрий Коновалов |

    Натрий в батареях в промышленных маштабах уже используется. В настоящее время батареи с натрием производит японская компания NGK Insulators. Правда это едиснтвеная в мире компания, которая производит такие батареи. В них расплавленный натрий используется на аноде, а расплавленная сера используется на катоде, разделительный слой представляет собой цилиндрическую мембрану из пористого оксида алюминия (называемого β-алюминием). Диафрагма расположена внутри цилиндра из нержавеющей стали, который образует внешнюю стенку ячейки. Кольцевое пространство между диафрагмой и цилиндром заполнено серой, а внутренняя часть цилиндрической диафрагмы содержит натрий. Во время разгрузки натрий окисляется и в форме положительных ионов мигрирует через сепаратор β-алюминия в резервуар для серы. Там, соединяясь с серой, восстановленной на отрицательном полюсе, он образует соединения сульфида натрия. Чтобы ячейка работала, все реагенты должны находиться в жидком состоянии, что во время нормального цикла небольшие потери энергии внутри ячеек обеспечат достаточно тепла, чтобы реагенты оставались расплавленными. Блок ячеек включает в себя нагревательный элемент, который позволяет нагревать ячейки в режиме ожидания. Недостатком натриево-серной батареи является высокая реакционная способность горячих компонентов. Расплавленный натрий самовоспламеняется при контакте с воздухом. Кроме того, реакция рекомбинации, в которой натрий смешивается с серой, выделяет большое количество тепла. Таким образом, ячейка, выходящая из строя во время работы, создает серьезную опасность возгорания, и пожар быстро распространяется по всему блоку, если не будут приняты надежные превентивные меры.

      Комментарии:

    #3 написал: Константин |

    Мега статья!

      Комментарии:

    #4 написал: Роберт |

    Мне очень интересна эта тема!

      Комментарии:

    #5 написал: Яков Кузнецов |

    Более широкое использование аккумуляторов привлекает инвестиции в улучшение их параметров и срока службы малогабаритных устройств (портативное аудиовизуальное оборудование, телефоны) и аккумуляторных агрегатов большой емкости (электронная мобильность, сеть постоянного тока здания с возобновляемыми ресурсами).

      Комментарии:

    #6 написал: Старый электрик |

    Очень крутая статья!

      Комментарии:

    #7 написал: Сергей Сергеевич |

    Система Na-S (или Na-Ni-CI) имеет в четыре раза более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотная батарея. Также разрабатываются аккумуляторы на основе ионов магния (Mg-ion). Также перспективны электромагнитные аккумуляторы, которые основаны на накоплении энергии в виде электромагнитного поля вокруг сверхпроводящих проводников. Этот способ накопления энергии является предметом интенсивных исследований, он не используется в обычной практике.  

      Комментарии:

    #8 написал: Даниил |

    Самые лучшие аккумуляторы ближайшего будущего - литий-серные батареи. Их большим преимуществом является в несколько раз более высокая плотность энергии, а это означает, что они могут быть значительно легче современных литий-ионных аккумуляторов и обеспечивать сопоставимый запас хода на одном заряде. Или, сохранив больший вес, позволить значительно большую дальность. Запас хода электромобиля, использующего 60% потенциала этой технологии, может увеличиться до 1250 километров. Это примерно в два раза больше, чем у нынешних моделей с лучшими батареями.  Литий-серные батареи заменяют относительно дефицитные металлы, в том числе кобальт или никель, гораздо более доступной серой, которая имеется, например, в виде отходов. Кроме того, производство новых аккумуляторов не такое энергоемкое, как в случае с используемыми сегодня элементами.

      Комментарии:

    #9 написал: Сергей Иванов |

    Принцип трибоэлектрического наногенератора заключается в использовании пластиковых карт, помещенных в коробку, где одна сторона снабжена алюминиевой пленкой с нанопорами, а другая покрыта медной пленкой с системой полимерных нанопроволок. Карты расположены в форме ромба. При ходьбе карты сначала прижимают утяжелителями, чтобы они соприкасались. Нанопроволоки и поры пересекаются, увеличивают площадь контакта и одновременно увеличивают электрический заряд. После контакта карты разъединяются за счет пружины. Разность потенциалов обеспечивает ток в цепи. Наногенераторы имеют КПД около 50%, а пьезоэлектрические системы всего около 8%. Двухкилограммовый рюкзак с наногенератором при ходьбе выдавал мощность более 1 Вт. Существующие «рюкзачные» генераторы на основе электромагнитной индукции имеют мощность 5-20 Вт, но весят около 20 кг. Тот же метод использовался для зарядки литий-ионных аккумуляторов.

      Комментарии:

    #10 написал: Максим |

    Даже в третьем тысячелетии постоянно делаются новые открытия в области химических источников электроэнергии, на рынок поступают аккумуляторы на основе новых электрохимических систем или значительно улучшаются технические параметры существующих аккумуляторов. Основное направление – производство специальных серий блоков питания, предназначенных только для определенных областей применения, таких как аккумуляторы медицинского, медицинского назначения, аккумуляторы для высоких температур, аккумуляторы для экстремальных токовых нагрузок, аккумуляторы для военной и космической техники, аккумуляторы для резервных источников питания. и много других. 

      Комментарии:

    #11 написал: Николай Акимович |

    Поиск альтернатив традиционным литий-ионным батареям — это непрерывный поиск химиков и материаловедов. Одной из репрезентативных групп является семейство перезаряжаемых аккумуляторов на жидких металлах, которые изначально использовались с целью внедрения прерывистых источников энергии из-за их особых преимуществ, включая их сверхбыструю кинетику переноса заряда на электроды и их способность противостоять микроструктурной деградации электродов. Хотя обычные жидкометаллические батареи требуют высоких температур для расплавления электродов и поддержания высокой проводимости расплавленных солевых электролитов, степень электрохимической необратимости, вызванная их коррозионно-активными компонентами, оказалась недостатком. Кроме того, проблемы безопасности, вызванные сложностью паразитарных химических реакций при высоких температурах, еще больше усложнили их практическое применение. Для решения этих проблем исследуются новые парадигмы жидкометаллических батарей, работающих при комнатной или промежуточной температуре, чтобы обойти проблемы управления температурой, коррозионные реакции и проблемы, связанные с герметичным уплотнением, путем применения альтернативных электродов, манипулируя лежащим в основе электрохимическим поведением.

      Комментарии:

    #12 написал: Ангелина |

    Очень интересная статья, спасибо!

      Комментарии:

    #13 написал: Федор |

    Отличная информация.. Действительно потрясающе.. Это была фантастическая статья… действительно превосходная… 

      Комментарии:

    #14 написал: Мария |

    Статья очень хорошая, все описанные в статье изобретения в области аккумулирования и хранения энергии отличные. Спасибо! 

      Комментарии:

    #15 написал: Yann |

    Какие забавные и необычные применения могут быть для новых технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего, например, можно ли использовать их для создания «умных» подушек, которые будут автоматически подниматься, когда звенит будильник?

      Комментарии:

    #16 написал: Андрей Повный |

    Цитата: Даниил
    Самые лучшие аккумуляторы ближайшего будущего - литий-серные батареи.

    Большинство исследователей и производителей батарей согласятся с тем, что литий-серные батареи имеют потенциал стать одними из лучших аккумуляторов ближайшего будущего. Эти батареи обладают высокой плотностью энергии, что означает, что они могут хранить большое количество энергии на единицу массы и объема. Кроме того, они относительно дешевы и имеют довольно высокий уровень безопасности.

    Однако, существуют и другие перспективные технологии, которые также могут стать конкурентоспособными в ближайшем будущем. Например, металл-воздушные батареи и литий-керамические батареи показывают хорошие результаты в экспериментах и могут стать альтернативой литий-ионным батареям в некоторых областях применения.

    В целом, выбор лучшей технологии аккумуляторов зависит от конкретной области применения и требований к батареям, таких как мощность, длительность работы, цена и безопасность.

    Цитата: Yann
    Какие забавные и необычные применения могут быть для новых технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего, например, можно ли использовать их для создания «умных» подушек, которые будут автоматически подниматься, когда звенит будильник?

    Да, возможно использование новых технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии для создания различных необычных устройств. Например, «умные» подушки с автоматическим подъемом, когда звенит будильник, могут быть созданы, используя маленькие легкие аккумуляторы и механизм подъема, который работает на энергии от аккумулятора. Кроме того, новые технологии аккумуляторов могут использоваться для создания более эффективных устройств хранения энергии для домашних солнечных панелей, электромобилей, а также для резервного питания в чрезвычайных ситуациях. Также возможно создание переносных устройств зарядки, которые можно использовать в походах или на открытом воздухе.

      Комментарии:

    #17 написал: Алексей |

    На данный момент трудно определить одну лучшую технологию аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего, так как разработки в этой области продолжаются. Однако, существует несколько перспективных технологий, которые могут изменить энергетический ландшафт в будущем. Одной из таких технологий являются литий-ионные аккумуляторы, которые уже широко используются в мобильных устройствах и электромобилях. Они обладают высокой энергоемкостью и низким уровнем саморазряда. Также разрабатываются новые типы аккумуляторов, такие как литий-серный и литий-воздушные аккумуляторы, которые обещают иметь еще более высокую энергоемкость и могут стать конкурентоспособными на рынке. Важной технологией является также разработка более эффективных систем зарядки, включая быструю зарядку и беспроводную зарядку, что сделает процесс зарядки более удобным для пользователей. Для хранения энергии будущего возможны различные подходы, включая создание крупных батарейных хранилищ и использование систем электролиза для преобразования избытка энергии в водород или другие химические вещества. Все эти технологии находятся в стадии активной разработки и тестирования, и в будущем, возможно, они будут применены широко в различных областях, что поможет улучшить энергетическую эффективность и сделает использование возобновляемых источников энергии более устойчивым и доступным для всех.

      Комментарии:

    #18 написал: Алина |

    Какие типы аккумуляторов используются в мобильных устройствах и каковы их особенности? 

      Комментарии:

    #19 написал: Яков Кузнецов |

    Алина, В мобильных устройствах используются различные типы аккумуляторов, включая литий-ионные (Li-ion), литий-полимерные (Li-pol), никель-металлгидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd).

    Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой емкостью и плотностью энергии, что позволяет использовать их в большинстве современных смартфонов и планшетов. Они также имеют длительный срок службы и не подвержены “эффекту памяти”, когда устройство нужно полностью разряжать перед зарядкой. Однако Li-ion аккумуляторы могут перегреваться при неправильной эксплуатации или при быстрой зарядке, что может привести к их выходу из строя.

    Литий-полимерные аккумуляторы имеют те же преимущества, что и Li-ion, но они более гибкие и легкие, что делает их идеальными для использования в тонких и легких устройствах, таких как смартфоны и носимые устройства. Однако они могут быть более дорогими в производстве и менее доступными на рынке.

    Никель-металлгидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы менее распространены в современных устройствах из-за их более низкой емкости и эффективности по сравнению с Li-ion и Li-pol.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.