Источник: theengineer
Аккумуляторы за последние пару десятков лет фактически не изменились. Есть определенные новшества, но они, скорее, косметические. А технологии движутся вперед и требуют новых возможностей от батарей. Периодически публикуются новые работы в этом направлении, но, к сожалению, практического применения они не получают. Сейчас корейские ученые предложили еще один вариант, и, возможно, он таки получит реализацию. Подробности под катом!
Что это за аккумуляторы такие?
Основные преимущества — сверхбыстрая зарядка (до 100% всего за несколько минут) и надежность. Авторы идеи утверждают, что такие батареи взрываться не будут, а это как раз слабое место современных аккумуляторов. Горят телефоны, электромобили — редко, но метко и неожиданно.
Так вот, группа исследователей из Корейского института передовых наук и технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) предложила натрий-ионную батарею. По мнению экспертов, это может быть прорывом. Но, конечно, есть вероятность, что может и не быть — тут уже все зависит от самих авторов идеи и компаний, которые заинтересованы в технологии.
Источник.
Корейцы утверждают, что конструкция батареи остается примерно той же. Но это — преимущество, поскольку такие аккумуляторы можно без проблем перерабатывать. Как известно, литий-ионные батареи поддаются переработке плохо. Что касается подробностей, то в разработке применяются ионы натрия, который становятся альтернативой литию. Кроме того, соли лития в электролите тоже заменяются натрием (точнее, его солями). К сожалению, исследователи не раскрывают технические подробности — возможно, боятся, что их идею перехватят.
Но Na-Ion батареи же уже предлагались?
Да, но в большинстве существующих разработок, несмотря на все достоинства, есть недостаток — медленная зарядка. А это автоматически делает технологию нишевой. Ведь и пользователям мобильных устройств, и владельцам электромобилей вовсе не нравится ждать по полдня.
Новшество корейской разработки — как раз о быстрой зарядке. Возможно, это станет мощным стимулом для технологического прорыва, поскольку натриевые аккумуляторы все же используются и становятся все актуальнее, несмотря на нишевость.
Корейцы применили технологии, которые традиционно используются в суперконденсаторах. Стоит напомнить, что эти накопители энергии очень быстро, почти мгновенно, заряжаются, и также быстро могут энергию отдать. Кроме того, срок службы суперконденсаторов больше, чем у литиевых аккумуляторов.
Как говорилось выше, Na-Ion батареи еще и безопасны, поскольку они почти не горят, плюс не боятся полной разрядки, в отличие от литиевых. Если в последних напряжение падает до нуля, то, скорее всего, восстановить батарею уже не удастся. Есть способы восстановления, но они работают далеко не всегда.
И еще одно преимущество натриевых батарей — отсутствие перегрева из-за короткого замыкания, что иногда приводит к возгоранию литиевых аккумуляторов. Горят они очень эффектно — на YouTube роликов на эту тему много.
Что еще?
Ученые раскрыли самый минимум подробностей о технологии. Но они сообщили что плотность новых батарей выше, чем у литий-ионных. И это как раз является достижением, поскольку в текущих коммерческих версиях Na-Ion аккумуляторов ситуация обратная. Они обычно больше по объему, чем литиевые батареи аналогичной емкости.
Соответственно, новые натриевые аккумуляторы можно использовать во всех сферах и отраслях, где применяются литиевые. Для индустрии электромобилей поиск альтернативы литиевым аккумуляторам крайне важен, поскольку лития на Земле в форме, в которой его можно добывать, не так и много. А основные месторождения размещены в нескольких странах. Тот же Китай уже начал ограничивать поставки ресурсов, необходимых для производства аккумуляторов.
Источник.
Поскольку в электромобилях такие батареи весьма габаритны, для их производства нужно много лития. В итоге стоимость аккумулятора составляет весьма заметную часть машины. С натриевыми батареями ситуация может измениться. Если электромобили и не станут дешевле, то повысится их надежность и скорость зарядки.
Еще и Япония
В конце прошлого года стало известно, что японская компания Koike разработала монокристалл, который можно использовать в качестве электролита в батареях. Его сопротивление примерно на 90% меньше, чем у материалов на основе поликристаллов, используемыми в стандартных твердотельных аккумуляторах. По словам авторов идеи, новинка позволяет увеличить срок службы аккумуляторов до 10 раз. Но здесь есть ограничение.
Большие монокристаллы получить трудно. Koike удалось запустить производство монокристаллов диаметром до 25 мм. Это существенно ограничивает область применения твердотельных аккумуляторов. Их можно устанавливать в небольших медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы, умные часы и другие носимые гаджеты.
В целом, можно сказать, что сегодня компании и научно-исследовательские организации стали искать альтернативу Li-Ion аккумуляторам из-за дефицита лития. Возможно, в течение пары лет прорыв все же реализуют и мы получим надежные и емкие батареи нового типа.
Читайте также
Комментарии (60)
VT100
27.04.2024 08:53+1Ионы ClO4 на картинке - несколько остужают оптимизм.
SergeyMax
27.04.2024 08:53+7Как насчет оптимизма в отношении ионов Cl в супе?
VT100
27.04.2024 08:53+2Буду думать, что Вы смайлик потеряли или какой-то тэг.
SergeyMax
27.04.2024 08:53+2Буду думать, что Вы смайлик потеряли или какой-то тэг.
А что не так?
VT100
27.04.2024 08:53КМК, ионы хлорной кислоты в концентрации, свойственной ионам хлора в пище средней солёности - будут немного вредны для окружающих организмов в случае непредусмотенной правилами разгерметизации аккумулятора. Не говоря уже о том, что упомянули далее: https://habr.com/ru/companies/selectel/articles/810859/comments/#comment_26768547
SergeyMax
27.04.2024 08:53+1Правильно ли я вас понял, что вы не рекомендуете крошить содержимое этого нового аккумулятора в суп? Надеюсь, у свинцово-кислотных аккумуляторов таких ограничений нет?
saege5b
27.04.2024 08:53Просто свободно выброшенные аккумуляторы в дикой природе, будут не безопасней кадмиевых или ртутных элементов.
Да и их переработка будет отнюдь не такой радужной как рисуют.
SergeyMax
27.04.2024 08:53+2Это вы, как и предыдущий оратор, сделали далекоидущие выводы на основании содержания ионов ClO4?)
domix32
27.04.2024 08:53Почему? Хлор сложно оксислить до такого уровня? Или оно тоже огнеопасно?
jar_ohty
27.04.2024 08:53Компонент хорррошей взрывчатки.
Yapokhozhnakota
27.04.2024 08:53Еще и для здоровья представляет опасность.
"Загрязнение продуктов питания и воды перхлоратами ставит под угрозу здоровье человека, в первую очередь поражая щитовидную железу."
domix32
27.04.2024 08:53+1Вы ж батареи не облизывать собираетесь. А так и литиевые батарейки ни разу не экологичные в производстве и утилизации.
checkpoint
27.04.2024 08:53+1Кхм. Хлор сам является окислителем, его "окислить" весьма не просто.
Spaceoddity
27.04.2024 08:53При этом хлор может проявлять и восстанавливающие свойства. Да что там хлор, кислород даже так может (в соединениях с фтором).
cosx
27.04.2024 08:53+1по сути - перхлорат натрия - используется в отбеливателях и как окислитель в РТ и ВВ. в промышленности получается преимущественно в результате электролиза и из-за агрессивности хлора требует платинирование электродов.
evgenij_byvshev
27.04.2024 08:53+34В прошлом году читал похожую новость, что ученые создали новый ёмкий аккум с быстрой зарядкой и в позапрошлом году тоже и года три назад тоже читал. Вот только кроме новостей и опытных образцов в лабораториях таких аккумуляторов ни где не видно.
AnGord
27.04.2024 08:53+4Это как с системами хранения - какждый год новости о революционных разработках.
DGN
27.04.2024 08:53+3Потому что физический процесс, в теории, и даже в лаборатории, очень отличается от технологического цикла. Если монокристалл, условно говоря, растет год, то это будет очень хорошая научная работа, без какого либо массового применения. Например вспомним революционное хранение водорода в баке из цельного куска палладия.
Hlad
27.04.2024 08:53+1Что-то корейские учёные разошлись с анонсами. То сверхпроводимость при комнатной температуре, то теперь мега-аккумуляторы...
vesowoma
27.04.2024 08:53+6Li-ion
Na-ion
...
посмотрел я на таблицу Менделеева, и пошел патентовать K-ion )
aryk38
27.04.2024 08:53ключевая фраза " это может быть прорывом. Но, конечно, есть вероятность, что может и не быть "
jar_ohty
27.04.2024 08:53+4Если я правильно понимаю ситуацию, натрий-ионные элементы уже вовсю производятся, емкость у них -- на банку 18650 1,3-1,5 А*ч при 3 В среднего напряжения. Рекламные заявления, что, мол, не горят и не взрываются. Однако предпосылок к этому я не вижу. Потому что в них все те же источники горения: высокая плотность энергии и рядом расположенные (разделенные только тонким полимерным сепаратором) щелочной металл в нулевой степени окисления и активный окислитель. И натрий тут -- гораздо страшнее лития. Во-первых потому что сам активнее, во-вторых, у него сродство к межслойному пространству графита ниже.
semennikov
27.04.2024 08:53+1Ну насчет перхлората натрия в природе можно не беспокоится, его разложение будет стремительным это такой ядрёный окислитель, что долго не проживет. Хороший пример "хлорка"- это собственно хлорноватистый кальций
MaximArbuzov
27.04.2024 08:53Перхлораты (степень окисления +7) более устойчивы, чем хлораты (+5), а эти более устойчивы, чем гипохлориты (+1), которые "хлорка".
GrigPetr
27.04.2024 08:53Китайцы уже в прошлом году массово начали производить натрий-ионные аккумуляторы, по-моему компания BYD.
PZ21
27.04.2024 08:53Мой коллега работает в компании, которая производит натрий-йонные аккумуляторы уже лет 30, а их оказывается только сейчас изобрели. https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery
https://global.chinadaily.com.cn/a/202107/29/WS61026e13a310efa1bd665535.html
v1000
Теперь надо довести технологии электростанций до такого уровня, чтобы было чем это все заряжать.
VT100
И КПД зарядной цепи - до 99,(9).
kilobait3
Да это не проблема.
Hlad
А можно помедленнее, я записываю? Как решаются проблемы с Джоулем и Ленцем?
esselesse
ну если ими ПРЕНЕБРЕЧЬ, то примерно 99.(9)% и получается))
shares-caisson
Представьте себе в каких условиях исходная электрификация по всему миру проводилась -- 1900-1920-е годы, ещё шоссейных дорог с усовершенствованным покрытием не было, грузовиков тоже, экскаваторы -- новинка и диковинка, никаких сетей заправок нет, самолётов ещё нет, даже телефонную связь еще не везде сделали (тем более междугороднюю). Ядерной энергетики ещё нет, гидроэнегретики ещё нет, солнечной -- и подавно.
И всё это почему-то не помешало построить энергосистемы, как мы их знаем теперь. Вот тогда были реальные, физические трудности это осуществить. Однако справились и электричество у нас теперь есть повсеместно.
А сейчас развитию мешают исключительно социальные, преодолимые вопросы. "Ой, а мы не хотим, чтобы у нас из окон было видно ветряки, ой, а тут строить нельзя, потому что ночные козодои обитают на этом поле, а здесь мы радиации боимся". Но будет спрос, будет и предложение. Тем более, что не такое уж там и огромное потребление у электромобилей и есть куча потенциальных плюсов от наличия децентрализованной сети мощных аккумуляторов, подключенных к энергосистеме.
Hlad
Исходная электрификация сразу давала видимый результат. А когда "ну мы поставим вам тут ветряки, будет всё то же самое, но вы сможете гордиться, что ваше электричество в розетке теперь чуть более зелёное, и стало дороже" - как-то неубедительно...
edogs
Ага, то ли дело раньше. Эффективные детские капли для засыпания с морфием, дешевые свинцовые водопроводные трубы, очищающие от примесей в табаке асбестовые фильтры для сигарет, билеты на просмотр красивых ядерных взрывов в неваде, прочная зеленая краска с мышьяком... мы столько всего потеряли, проклятые нынешние white snowflakes :)
p.s.: Ветряки реально шумят, а после окончания срока эксплуатации их не переработать, сваливают на свалки. Производство аккумуляторов одно из самых грязных производств, настолько, что полный цикл получается грязнее бензомобилей по некоторым подсчетам, просто точка выхлопов смещается.
Doman
Современные ветряки намного проще перерабатываются, и чем выше на это спрос - тем быстрее растет рынок решений для переработки.
Смещение точки выхлопа из жилых районов в не жилые - тоже хорошо.
BerkutEagle
Тут скорее смещение не "из жилых в нежилые", а "из Европы в страны третьего мира"
AnatolyEmelin
Бензомобиль содержит аккумулятор, а производство технологических жидкостей и количество которое из него протечет … как-то посчитать во вред природе забывают, считают только выхлоп двс.
edogs
Вообще-то не забывают. В сингапуре читали историю что владельца теслы оштрафовали за неэкологичность, то там как раз разбирался этот момент и считалось все - начиная от создания, продолжая эксплуатацией и заканчивая утилизацией. И для двс и для электро.
katok535
Производство аккумуляторов одно из самых грязных производств,Но уже будучи произведенными, не понимаю, что мешает им на 100% перерабатываться в новые аккумуляторы, трансмутации же не происходит! А получать литий из лития в ломе АКБ может быть дорого, невыгодно, но технологических препон кажется, что нет. А стоимость – это функция от времени и усилий. Будет спрос – станет выгодно.
edogs
Перерабатывают, не на 100% конечно, но тем не менее. Просто переработка это процесс той же степени грязности, что и производство. Единственный плюс в том, что новых материалов добывать не надо.
Ведь Вам опять надо из компонентов собрать аккумулятор. И не просто собрать, но и сначала выделить элементы, ведь хотя трансмутации не происходит, но химические реакции-то происходят.
p.s.: Вот тут неплохая статья https://habr.com/ru/articles/123246/
shares-caisson
Причём тут всё то, что вы перечислили и что мы (как цивилизация) успешно зарегулировали и современные технологии? Красивые ядерные взрывы != спокойно работающие атомные станции, но благодаря подобной панике, мы в итоге получили кучу ядерного оружия и стагнацию ядерной энергетики. Одни минусы без плюсов. Не берём чистую и безопасную технологию, но так как энергии всё равно хочется, то пусть это будет бурый уголь, ага.
edogs
Все перечисленное было современным в свое время. И тоже имело противников. И этих противников тоже называли паникерами.
piton_nsk
Гидроэлектростанция Ниагарского водопада №1 была открыта 25 августа 1895 года.
shares-caisson
Три десятка мегаватт -- это "гидроэнергетики (как значимой отрасли) еще нет" в моём видении.
Вот с 50-х годов можно считать, что уже есть. Или хотя бы с 30-х.
piton_nsk
Если с этой стороны смотреть, то согласен.
tezqa
Мешают социальные вопросы.. - вот как это видят хабравчане)) Да, надо будет, наплюют на все ваши вопросы. Просто, пока бизнесам выгодно копать и гадить в китае.
shares-caisson
Да причём тут копать и гадить в Китае? Изначальный вопрос был про электростанции, откуда они возьмутся. У вас что, электростанции в Китае генерируют электричество для всего мира?
Речь о том, что развитие электрогенерации и электросетей сейчас в развитых странах в первую очередь тормозится локальным сопротивлением -- ядерных боимся, солнечные требуют слишком много земли, ветряки не красивые, уголь -- понятное дело углеродное зло, а ЛЭП портят нетронутые пейзажи. Но тем не менее, всё строится и развивается, нет такого что сети внезапно перестали выдерживать нагрузку. И не будет.
RichardMerlock
Так айти поможет! Умные зарядные станции держат связь с зарядной подстанцией и когда потребление достигает пика, то подстанция выстраивает очередь на зарядку. А потребитель видит предсказуемо время - "генерирующие мощности полностью заняты, вы 13 в очереди, время до начала зарядки 2 часа 15 минут". Два часа подождал, зато потом за 15 минут зарядился.
А чтобы и эту проблему обойти, приложение нужно, где зарядные станции показаны с загруженность в данный момент. Видишь станцию готовую заряжать прям сейчас и мчишься к ней. Кстати, можно свою очередь резервировать за х3 к стоимости зарядки.
arheops
Решается все проще - умным счетчиком с разной стоимостью электричества в зависимости от загрузки и ПО автомобиля заряжающего его так, чтоб было максимально выгодно.
RichardMerlock
Так я про другую проблему, когда ресурс подстанции исчерпан. А вы прям на аукцион электричества замахнулись. Да, кстати, нужен индивидуальный подход. Но будут моменты, типа "ресур подстанции исчерпан, для продолжения зарядки необходимо перебить самый верхний тариф".