В последние годы мы часто слышали, что вот-вот — и человечество получит аккумуляторы, которые будут способны питать наши гаджеты неделями, а то и месяцами, при этом очень компактные и быстрозаряжаемые. Но воз и ныне там. Почему до сих пор не появились более эффективные аккумуляторы и какие существуют разработки в мире, читайте под катом.
Сегодня ряд стартапов близки к созданию безопасных компактных аккумуляторов со стоимостью хранения энергии около 100 долларов за кВт?ч. Это позволило бы решить проблему электропитания в режиме 24/7 и во многих случаях перейти на возобновляемые источники энергии, а заодно снизило бы вес и стоимость электромобилей.
Но все эти разработки крайне медленно приближаются к коммерческому уровню, что не позволяет ускорить переход с ископаемых на возобновляемые источники. Даже Илон Маск, который любит смелые обещания, был вынужден признать, что его автомобильное подразделение постепенно улучшает литий-ионные аккумуляторы, а не создаёт прорывные технологии.
Многие разработчики верят, что будущие аккумуляторы станут иметь совсем другую форму, строение и химический состав по сравнению с литий-ионными, которые в последнее десятилетие вытеснили иные технологии со многих рынков.
Основатель компании SolidEnergy Systems Кичао Ху (Qichao Hu), в течение десяти лет разрабатывавший литий-металлический аккумулятор (анод металлический, а не графитовый, как в традиционных литий-ионных), утверждает, что главная проблема при создании новых технологий хранения энергии заключается в том, что при улучшении какого-то одного параметра ухудшаются остальные. К тому же сегодня существует столько разработок, авторы которых громко утверждают о своём превосходстве, что стартапам очень трудно убедить потенциальных инвесторов и привлечь достаточно средств для продолжения исследований.
Согласно отчёту Lux Research, за последние 8—9 лет компания вложила в исследование хранения энергии около 4 млрд долларов, из которых стартапам, создающим «технологии нового поколения», в среднем досталось по 40 млн долларов. При этом Tesla вложила около 5 млрд долларов в Gigafactory, занимающуюся производством литий-ионных аккумуляторов. Такой разрыв очень трудно преодолеть.
По словам Герда Седера (Gerd Ceder), профессора в области материаловедения Калифорнийского университета в Беркли, создание маленькой производственной линии и решение всех производственных проблем для налаживания выпуска аккумуляторов обходится примерно в 500 млн долларов. Автопроизводители могут годами тестировать новые аккумуляторные технологии, прежде чем решить, приобретать ли создавшие их стартапы. Даже если новая технология выходит на рынок, нужно преодолеть опасный период наращивания объёмов и поиска клиентов. К примеру, компании Leyden Energy и A123 Systems потерпели неудачу, несмотря на перспективность их продуктов, поскольку финансовые потребности оказались выше расчётных, а спрос не оправдал ожиданий. Ещё два стартапа, Seeo и Sakti3, не успели выйти на массовые объёмы производства и значительный уровень дохода и были куплены за гораздо меньшие суммы, чем ожидали первичные инвесторы.
В то же время три основных мировых производителя аккумуляторов — Samsung, LG и Panasonic — не слишком заинтересованы в появлении инноваций и радикальных переменах, они предпочитают незначительно улучшать свою продукцию. Так что все стартапы, предлагающие «прорывные технологии», сталкиваются с основной проблемой, о которой они предпочитают не упоминать: литий-ионные аккумуляторы, разработанные в конце 1970-х, продолжают совершенствоваться.
Но всё же — какие технологии могут прийти на смену вездесущим литий-ионным аккумуляторам?
Литий-воздушные «дышащие» аккумуляторы
В литий-воздушных аккумуляторах в качестве окислителя используется кислород. Потенциально они могут быть в разы дешевле и легче литий-ионных аккумуляторов, а их ёмкость способна оказаться гораздо больше при сравнимых размерах. Главные проблемы технологии: значительная потеря энергии за счёт теплового рассеивания при зарядке (до 30 %) и относительно быстрая деградация ёмкости. Но есть надежда, что в течение 5—10 лет эти проблемы удастся решить. Например, в прошлом году была представлена новая разновидность литий-воздушной технологии — аккумулятор с нанолитическим катодом.
Зарядное устройство Bioo
Это устройство в виде специального горшка для растений, использующего энергию фотосинтеза для зарядки мобильных гаджетов. Причём оно уже доступно в продаже. Устройство может обеспечивать две-три сессии зарядки в день с напряжением 3,5 В и силой тока 0,5 А. Органические материалы в горшке взаимодействуют с водой и продуктами реакции фотосинтеза, в результате получается достаточно энергии для зарядки смартфонов и планшетов.
Представьте себе целые рощи, в которых каждое дерево высажено над таким устройством, только более крупным и мощным. Это позволит снабжать «бесплатной» энергией окружающие дома и будет веской причиной для защиты лесов от вырубки.
Аккумуляторы с золотыми нанопроводниками
В Калифорнийском университете в Ирвайне разработали нанопроводниковые аккумуляторы, которые могут выдерживать более 200 тыс. циклов зарядки в течение трёх месяцев без каких-либо признаков деградации ёмкости. Это позволит многократно увеличить жизненный цикл систем питания в критически важных системах и потребительской электронике.
Нанопроводники в тысячи раз тоньше человеческого волоса обещают светлое будущее. В своей разработке учёные применили золотые провода в оболочке из диоксида марганца, которые помещены в гелеобразный электролит. Это предотвращает разрушение нанопроводников при каждом цикле зарядки.
Магниевые аккумуляторы
В Toyota работают над использованием магния в аккумуляторах. Это позволит создавать маленькие, плотно упакованные модули, которым не нужны защитные корпуса. В долгосрочной перспективе такие аккумуляторы могут быть дешевле и компактнее литий-ионных. Правда, случится это ещё не скоро. Если случится.
Твердотельные аккумуляторы
В обычных литий-ионных аккумуляторах в качестве среды для переноса заряженных частиц между электродами используется жидкий легковоспламеняющийся электролит, постепенно приводящий к деградации аккумулятора.
Этого недостатка лишены твердотельные литий-ионные аккумуляторы, которые сегодня считаются одними из самых перспективных. В частности, разработчики Toyota опубликовали научную работу, в которой описали свои эксперименты с сульфидными сверхионными проводниками. Если у них всё получится, то будут созданы аккумуляторы на уровне суперконденсаторов — они станут полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут. Идеальный вариант для электромобилей. А благодаря твердотельной структуре такие аккумуляторы будут гораздо стабильнее и безопаснее современных литий-ионных. Расширится и их рабочий температурный диапазон — от –30 до +100 градусов по Цельсию.
Учёные из Массачусетского технологического института в содружестве с Samsung также разработали твердотельные аккумуляторы, превосходящие по своим характеристикам современные литий-ионные. Они безопаснее, энергоёмкость выше на 20—30 %, да к тому же выдерживают сотни тысяч циклов перезарядки. Да ещё и не пожароопасны.
Топливные ячейки
Совершенствование топливных ячеек может привести к тому, что смартфоны мы будем заряжать раз в неделю, а дроны станут летать дольше часа. Учёные из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея) создали ячейку, в которой объединили пористые элементы из нержавеющей стали с тонкоплёночным электролитом и электродами с минимальной теплоёмкостью. Конструкция оказалась надёжнее литий-ионных аккумуляторов и работает дольше них. Не исключено, что разработка будет внедрена в коммерческие продукты, в первую очередь в смартфоны Samsung.
Графеновые автомобильные аккумуляторы
Многие специалисты считают, что будущее — за графеновыми аккумуляторами. В компании Graphenano разработали аккумулятор Grabat, который может обеспечить запас хода электромобиля до 800 км. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается всего за несколько минут — скорость зарядки/разрядки в 33 раза выше, чем у литий-ионных. Быстрая разрядка особенно важна для обеспечения высокой динамики разгона электромобилей.
Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт?ч/кг. Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт?ч/кг.
Микросуперконденсаторы, изготовленные с помощью лазера
Учёные из Университета Райса добились прогресса в разработке микросуперконденсаторов. Один из главных недостатков технологии — дороговизна изготовления, но применение лазера может привести к существенному удешевлению. Электроды для конденсаторов вырезаются лазером из пластикового листа, что многократно снижает трудоёмкость производства. Такие аккумуляторы могут заряжаться в 50 раз быстрее литий-ионных, а разряжаются медленнее используемых сегодня суперконденсаторов. К тому же они надёжны, в ходе экспериментов продолжали работать даже после 10 тыс. сгибаний.
Натрий-ионные аккумуляторы
Группа французских исследователей и компаний RS2E разработала натрий-ионные аккумуляторы для ноутбуков, в которых используется обычная соль. Принцип работы и процесс изготовления держатся в секрете. Ёмкость 6,5-сантиметрового аккумулятора — 90 Вт?ч/кг, что сравнимо с массовыми литий-ионными, но он выдерживает пока не более 2 тыс. циклов зарядки.
Пенные аккумуляторы
Другая тенденция в разработке технологий хранения энергии — создание трёхмерных структур. В частности, компания Prieto создала аккумулятор на основе субстрата пенометалла (меди). Здесь нет легковоспламеняющегося электролита, у такого аккумулятора большой ресурс, он быстрее заряжается, его плотность в пять раз выше, а также он дешевле и меньше современных аккумуляторов. В Prieto надеются сначала внедрить свою разработку в носимую электронику, но утверждают, что технологию можно будет распространить шире: использовать и в смартфонах, и даже в автомобилях.
Быстрозаряжаемый «наножелток» повышенной ёмкости
Ещё одна разработка Массачусетского технологического института — наночастицы для аккумуляторов: полая оболочка из диоксида титана, внутри которой (как желток в яйце) находится наполнитель из алюминиевой пудры, серной кислоты и оксисульфата титана. Размеры наполнителя могут меняться независимо от оболочки. Применение таких частиц позволило в три раза увеличить ёмкость современных аккумуляторов, а длительность полной зарядки снизилась до шести минут. Также снизилась скорость деградации аккумулятора. Вишенка на торте — дешевизна производства и простота масштабирования.
Алюминий-ионный аккумулятор сверхбыстрой зарядки
В Стэнфорде разработали алюминий-ионный аккумулятор, который полностью заряжается примерно за одну минуту. При этом сам аккумулятор обладает некоторой гибкостью. Главная проблема — удельная ёмкость примерно вдвое ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Хотя, учитывая скорость зарядки, это не так критично.
Alfa battery — две недели на воде
Если компании Fuji Pigment удастся довести до ума свой алюминий-воздушный аккумулятор Alfa battery, то нас ждёт появление носителей энергии, ёмкость которых в 40 раз больше ёмкости литий-ионных. Более того, аккумулятор перезаряжается доливкой воды, простой или подсоленной. Как утверждают разработчики, на одном заряде Alfa сможет работать до двух недель. Возможно, сначала такие аккумуляторы появятся на электромобилях. Представьте себе автозаправку, на которую вы заезжаете за водой.
Аккумуляторы, которые можно сгибать, как бумагу
Компания Jenax создала гибкий аккумулятор J.Flex, похожий на плотную бумагу. Его даже можно складывать. К тому же он не боится воды и потому очень удобен для использования в одежде. Или представьте себе наручные часы с аккумулятором в виде ремешка. Эта технология позволит и уменьшить размер самих гаджетов, и увеличить носимый объём энергии. Другой сценарий — создание гибких складных смартфонов и планшетов. Нужен экран побольше? Просто разверните сложенный вдвое гаджет.
Как утверждают разработчики, тестовый образец выдерживает 200 тыс. складываний без потери ёмкости.
Эластичные аккумуляторы
Над созданием гибких носителей энергии работают во многих компаниях. А команда учёных из Университета штата Аризона пошла дальше и с помощью особой механической конструкции создала аккумулятор в виде эластичной ленты. Не исключено, что идея будет развита и позволит встраивать аккумуляторы в одежду.
Мочевой аккумулятор
В 2013 году Фонд Билла Гейтса вложился в продолжение исследований Bristol Robotic Laboratory по созданию аккумуляторов, работающих на моче. Весь цимес в использовании «микробных топливных ячеек»: в них содержатся микроорганизмы, расщепляющие мочу и вырабатывающие электричество. Кто знает, возможно, скоро поход в туалет будет не только потребностью, но и в буквальном смысле полезным занятием.
Ryden — углеродные аккумуляторы с быстрой зарядкой
В 2014 году компания Power Japan Plus сообщила о планах по выпуску аккумуляторов, в основе которых лежат углеродные материалы. Их можно было производить на том же оборудовании, что и литий-ионные. Углеродные аккумуляторы должны работать дольше и заряжаться в 20 раз быстрее литий-ионных. Был заявлен ресурс в 3 тыс. циклов зарядки.
Органический аккумулятор, почти даром
В Гарварде была создана технология органических аккумуляторов, стоимость производства которых составляла бы 27 долларов за кВт?ч. Это на 96 % дешевле аккумуляторов на основе металлов (порядка 700 долларов за кВт?ч). В изобретении применяются молекулы хинонов, практически идентичные тем, что содержатся в ревене. По эффективности органические аккумуляторы не уступают традиционным и могут без проблем масштабироваться до огромных размеров.
Просто добавь песка
Эта технология представляет собой модернизацию литий-ионных аккумуляторов. В Калифорнийском университете в Риверсайде вместо графитовых анодов использовали обожжённую смесь очищенного и измельчённого песка (читай — кварца) с солью и магнием. Это позволило повысить производительность обычных литий-ионных аккумуляторов и примерно втрое увеличить их срок службы.
Быстрозаряжаемые и долгоживущие
В Наньянском технологическом университете (Сингапур) разработали свою модификацию литий-ионного аккумулятора, который заряжается на 70 % за две минуты и служит в 10 раз дольше обычных литий-ионных. В нём анод изготовлен не из графита, а из гелеобразного вещества на основе диоксида титана — дешёвого и широко распространённого сырья.
Аккумуляторы с нанопорами
В Мэрилендском университете в Колледж-Парке создали нанопористую структуру, каждая ячейка которой работает как крохотный аккумулятор. Такой массив заряжается 12 минут, по ёмкости втрое превосходит литий-ионные аккумуляторы такого же размера и выдерживает около 1 тыс. циклов зарядки.
Генерирование электричества
Энергия кожи
Тут речь идёт не столько об аккумуляторах, сколько о способе получения энергии. Теоретически, используя энергию трения носимого устройства (часов, фитнес-трекера) о кожу, можно генерировать электричество. Если технологию удастся достаточно усовершенствовать, то в будущем в некоторых гаджетах аккумуляторы станут работать просто потому, что вы носите их на теле. Прототип такого наногенератора — золотая плёнка толщиной 50 нанометров, нанесённая на силиконовую подложку, содержащую тысячи крошечных ножек, которые увеличивают трение подложки о кожу. В результате возникает трибоэлектрический эффект.
uBeam — зарядка по воздуху
uBeam — любопытный концепт передачи энергии на мобильное устройство с помощью ультразвука. Зарядное устройство испускает ультразвуковые волны, которые улавливаются приёмником на гаджете и преобразуются в электричество. Судя по всему, в основе изобретения лежит пьезоэлектрический эффект: приёмник резонирует под действием ультразвука, и его колебания генерируют энергию.
Схожим путём пошли и учёные из Лондонского университета королевы Марии. Они создали прототип смартфона, который заряжается просто благодаря внешним шумам, в том числе от голосов людей.
StoreDot
Зарядное устройство StoreDot разработано стартапом, появившимся на базе Тель-Авивского университета. Лабораторный образец смог зарядить аккумулятор Samsung Galaxy 4 за 30 секунд. Сообщается, что устройство создано на базе органических полупроводников, изготовленных из пептидов. В конце 2017 года в продажу должен поступить карманный аккумулятор, способный заряжать смартфоны за пять минут.
Прозрачная солнечная панель
В Alcatel был разработан прототип прозрачной солнечной панели, которая помещается поверх экрана, так что телефон можно заряжать, просто положив на солнце. Конечно, концепт не идеален с точки зрения углов обзора и мощности зарядки. Но идея красивая.
Год спустя, в 2014-м, компания Tag Heuer анонсировала новую версию своего телефона
Комментарии (103)
Codewaves
15.02.2017 16:02+1«Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт?ч/кг.»
А ничего что это почти как тротил? Что произойдет в случае механического повреждения?
Повышение ёмкости ограничивается проблемами безопасности.Gozdi
15.02.2017 17:23+1Grabat
есть «заинтересованный очевидец», проверивший этот самый Гробат, и что там происходит в живую. Далее по тегам.TokSeven
16.02.2017 15:32Жаль, что это последняя запись в ленте.
Mad__Max
20.02.2017 19:48Не последняя: http://hibrid45.livejournal.com/4560.html. Просто автор тег забыл проставить.
mironoffe
15.02.2017 22:12Теплотворная способность сгорания бензина — 46 МДж на кг ~ 13кВт•ч на кг. Бензин пока эффективнее в плане массы. Тротил тем более
Mad__Max
20.02.2017 20:07+1Чтобы из 1кг бензина извлечь эти 46 МДж/13 кВт*ч к нему нужно приложить еще минимум 3 кг кислорода.
А с учетом того, что чистый кислород рядом с бензином практически никогда не встречается (из исключений разве что космическая ракета заправленная и готовая к взлету) и берется из воздуха в котором его доля только 20%, то к 1 кг бензина нужно прибавлять 15 кг воздуха (или ~12 кубических метров если воздух не сжатый).
А в аккумуляторах все необходимое для выделения всей запасенной энергии находится внутри и уже изначально учтено в их массе.
chieftain_yu
15.02.2017 16:14+2200 тыс. циклов зарядки в течение трёх месяцев
Круто!
Это ж 200 000/(90*24*60)=1,5 цикла в минуту!
А в течение года сколько циклов выдерживают?
А какая у них емкость, что их так тестировали?
Ну и на его фоне стенфордский алюминий-ионный аккумулятор смотрится не очень — минута против 40 секунд…igor_kuznetsov
15.02.2017 16:39-1Мне кажется такое на рынок не выпустят. Это же почти вечный аккум для телефона, например…
chieftain_yu
15.02.2017 17:06+1Не факт.
Во-первых, если у него емкость в 10 раз ниже лития — он для мобильной техники не подходит.
Во-вторых — кто знает, как он ведет себя через эти три месяца…mclovin
15.02.2017 19:47Я думаю, что ничего с ним не произойдет через три месяца. Все-таки на характеристики аккумулятора в большей степени влияет количество перезарядок, нежели время.
k155la3
18.02.2017 19:19Так это ж от технологии зависит.
Многие литий-полимерные быстрее деградируют сами по себе, чем от циклирования при нормальной эксплуатации (деградация в какой-то степени разменивается на ёмкость, так что многие производители идут на это вполне сознательно, считая, что больше 2-3 лет гаджету жить и незачем, а вот ёмкость и масса — это то, что покупатель оценит при покупке).
А ещё есть интересная такая штука, как саморазряд… Который почему-то тоже часто остаётся за скобками.
Mad__Max
20.02.2017 20:16С телефонами получится скорее всего такая же история как в этом случае, который я подробно разбирал:
Прорыв в накопителях энергии или очередной случай, когда ученый «надругался» над журналистом?
Там кстати тоже были «нанопровода», тоже очень быстрый заряд-разряд и тоже сотни тысяч циклов ресурса.
Это не та же самая технология, но скорее всего из того же класса — суперконденсаторов, а не аккумуляторов. Соответственно с емкостью в 10-20 раз ниже чем у обычных современных литиевых аккумуляторов. И поэтому пригодных только в специфических областях применения, где огромный ресурс и быстрая зарядка может перевесить очень маленькую емкость.
KbRadar
15.02.2017 16:50+6Многие приведённые в статье факты попахивают желтизной.
Особенно про зарядку самсунга галакси 4 за 30 секунд. Даже если предположить что аккумулятор на это способен понадобится преобразовывать порядка киловатта мощности, а это далеко не «смартфонные» размеры, вес и тепловыделение.lrsi
16.02.2017 01:29+3Это мягко сказать — желтизной… Одна «прозрачная солнечная панель» чего стоит… :)
VaalKIA
16.02.2017 02:09Нет, такие действительно есть, но планируются, в основном, на окна домов. Человек видит не весь спектр солнца, а для экранов можно ещё и по поляризации «глотать».
lrsi
16.02.2017 03:28Да я знаю что есть, но от основного принципа никуда не деться — чем более прозрачна панель, тем меньше из падающий энергии она способна поглотить и преобразовать в электричество, то есть — тем меньше выход с единицы площади. Обратное тоже верно.
А теперь берем площадь экрана планшета и считаем сколько мах. в теории оно может дать мощности. И делим как минимум на 10… И смысл в подобных развлекухах?
Alexeyslav
16.02.2017 10:48А обычная «чёрная» батарея тоже не весь спектр захватывает, большая часть идёт тупо на нагрев «черноты».
dik_hawk
16.02.2017 13:54заблудившись в лесу, со своим разрядившимся смартфоном, у вас появляется шанс спастись
lrsi
16.02.2017 14:06Да ну? Посчитайте сколько вы будете заряжать свой смартфон с экраном в 5-5.5" (типовое нынче значение). Я промерял размеры своего смартфона — 7х14 см, то есть площадь ~0.001 кв.м.
Да вы скорей спасетесь просто идя в случайном направлении, пока не упретесь в любой ручей, который в конце-концов выведет вас в населенку.
И чем вам поможет смартфон? Если сеть есть — то значит до жилья несколько км и без него выберетесь, если нету — то он бесполезен. Навигация? Да ладно! У вас точно загружены карты района? Нет? Тогда откуда вы их возьмете без сети?dik_hawk
16.02.2017 14:46+1Совершенно с вами согласен, на счет времени зарядки, но я бы предпочел хотя бы иметь такую возможность. И да есть спутниковая навигация. Да у меня загружены карты всей страны, благо они весят около 2Гб. И возможно я параноик, но я всегда скачиваю карты местности где я собираюсь путешествовать, собирать грибы и т.д.
k155la3
18.02.2017 19:26+1оффтоп, конечно,
но как говорят спасатели-добровольцы, потеряшка с телефоном отличается от потеряшки без телефона просто-таки самым принципиальным образом.
Случаев, когда люди теряются в лесу и находятся всего в десятке км от села и в нескольких от вышки — полно. В лесах вообще плохая видимость.
Mad__Max
20.02.2017 20:30У вас нолик лишний.
7х14 см, это 0,07*0,14=0.0098 ~ 0.01 кв.м.
Теоретически до 10 Вт солнечной энергии на эту площадь падает если поставить экран перпендикулярно лучам солнца в безоблачную погоду. Делим это пусть даже не на 10, а в 20 раз с учетом низкого КПД подобных панелек и прочих потерь, получается 0.5 Вт электрической мощности.
Так что имею такую батарейку за час под солнцем можно в литиевую батарею 100-150 мА*ч набить. Вполне хватит на несколько звонков если есть сеть. Или пару раз воспользоваться картой и GPS. Или хотя бы банальный электронный компас использовать достаточно долго если в экономном режиме (глянул на компас, погасил экран, идешь по нужному направлению х минут до следующей сверки направления).k155la3
20.02.2017 22:525% КПД для прозрачной батареи — это много, 1-2% — куда реальнее. Киловатт на квадрат — это тоже условия скорее исключительные (достижимые, но таки исключительные — летний полдень, ясный день, никакой пыли, прямое солнце). Особенно, в нашей местности.
Кажется, что со всех сторон правильнее на заднюю крышку вешать нормальную батарею с КПД 20% (и без потери в качестве экрана). Или вешать СБ на одежду или рюкзак.
Думаю, мода на энергоактивную одежду ещё появится — фашн для продвинутых, индустрия моднявости мимо такого не пройдёт.Mad__Max
21.02.2017 01:06Про КПД спорить не буду — не интересовался особо такими.
Не особо и исключительные — главное подходящая ясная погода.
Отсутствие пыли — речь же о каких-то глухих местах вдали от цивилизации, так что пыли быть не должно, если это не пустыня или степь в ветренную погоду.
Лето, полдень — почти полностью заменяются ручной ориентацией перпендикулярно лучам солнца. Время года и время суток сильно влияет на мощность приходящуюся на кв.м. поверхности земли (или другой горизонтальной поверхности). Но очень слабо влияет на мощность проходящую через кв.м. поверхности перпендикулярной солнечным лучам. Кроме раннего утра и вечера либо зимы в высоких широтах, когда уже поглощение и рассеивание толстым слоем атмосферы начинает сказываться.
Так я к пример фиксировал около 800 Вт/м2 солнца прямо из окна своего дома, весной ранним вечером в Петербурге.
Это правда не прямой замер, а исходя из соотношения реально выдаваемой СБ относительно номинальной (которую производители выставляют подавая на них 1000 Вт/м2 эталонного источника). Где-то около 80% номинала набиралось если перпендикуляр на солнце выставить. Если производитель паспортную мощность не занизил (врядли — все обычно наоборот завысить норовят), то значит около 800 вт/м2 приходилось.
СБ на задней поверхности разумеется будет намного эффективнее. И даже как-то попадались подобные модели от производителей 2го эшелона. Но такию элементы нужно отдельно стеклом или какой-то прочной прозрачной пленкой закатывать для защиты от повреждений, плюс она мешает размещаемым сзади камере, 2му динамику и простому снятию задней крышки. В результате подобные решения большинству не нравятся и популярности аппараты не получили.
А «прозрачную» можно незаметно под и так имеющимся защитным стеклом экрана разместить. В современном мире где дизайн(внешний вид), разные скругленные углы, и пара сэкономленных грамм веса значат больше чем реально полезные ТТХ, такой подход может выиграть.
voidptr0
15.02.2017 17:03Фантастические вещи, типа роботов, электромобилей, электролетов и т.п., упираются только в источники питания. Вариантов решения видится всего два:
1) вырабатывать гигантские объемы на каком нибудь огроменном Токомаке и заряжать от него аккумуляторы огромной емкости;
2) вырабатывать энергию по месту «по требованию» на новых, неизвестных пока, технологиях.Anarions
15.02.2017 17:49Да вроде потребление у всех таких вещей гораздо ниже какого-нибудь завода по выплавке аллюминия.
Konachan700
15.02.2017 18:42Завод не гуляет по свету, к нему можно и высоковольтку поставить. А вот с мобильными устройствами, от смартфонов до роботов и автомобилей, пока все плохо.
max_bma
16.02.2017 10:41В действительности все наоборот, и ТЯЭС не кто не строит так как такие мощностья не кому не нужны.
jar_ohty
15.02.2017 17:37+1И здесь эти воздушно-алюминиевые "аккумуляторы", которые якобы заряжаются доливкой воды (ну прямо мечта вечнякостроителя — автомобиль, ездящий на воде). На самом деле ничего нового — такие "аккумуляторы" продавались еще в девяностых годах (и тоже утверждали, что они работают "на воде"). На самом деле "топливо" там — алюминиевые пластины.
tmin10
15.02.2017 18:01+1В конце 2017 года в продажу должен поступить карманный аккумулятор, способный заряжать смартфоны за пять минут.
Небольшая поправка, банка сама заряжается за 5 минут, а телефон заряжает обычным способом. https://www.store-dot.com/powerbank
На сайте ещё есть кейс для айфона, который видимо тоже выступает посредником при заряде.
GarryC
15.02.2017 18:06+1А ведь в уже далеком 2005 году не кто иной, как IBM обещала через 8 лет массовые продажи топливных элементов. Я тогда вроде засомневался — все таки Голубой гигант, не может быть, что бы не сделали — но прошло 10 лет и не сделали… значит все очень непросто, а жаль.
jar_ohty
15.02.2017 18:44+2С топливными элементами вот какая засада (помимо дороговизны самих ТЭ). Это само топливо. Чаще всего таковым в подобных разработках является метанол или этанол. Причем особо чистые — любая "грязь" сокращает срок службы топливного элемента. Из-за этого, а также из-за токсичности метанола и контролируемости этанола вариант "заливка в бак через горловину из
канистрыпузырька" не проходит, то есть речь идет о чем-то вроде сменных одноразовых картриджей. То есть владельцу телефона с таким элементом придется пусть раз в две недели, но покупать отнюдь не копеечный картридж вместо того, чтобы каждый день заряжать, тратя на это практически неуловимые в общей массе оплачиваемой электроэнергии гроши. Ну и разумеется, это будет царство проприетарщины с несовместимыми чипированными картриджами.
black_semargl
17.02.2017 15:13-1С топливными элементами возможен такой вариант — слой достаточно всеядных бактерий, генерирующих электричество.
jar_ohty
17.02.2017 17:48+1Над подобными проектами будет смеяться любой, кто хоть раз сунул нос в биотехнологии. Хотя бы в виде очистки сточных вод. Там с такими бубнами приходится плясать, чтобы нужные бактерии жили в питательной среде и не дай Неназываемый, чтобы завелись ненужные. А уж чтобы эти бактерии надежно жили и не дохли внутри мобильника, который то при 36,6 в кармане лежит, а то почти при нулевой температуре, а тут хозяин трубы поиграл в шарики и все внутри до 50 °С разогрелось.
Ugrum
15.02.2017 18:53+6какими могут быть аккумуляторы будущего
/Зевая/
Уж сколько раз твердили миру,
что могут быть, а могут и не быть.
Коль смогут быть, то почему бы нет?
А коль не смогут, то не будут.
Иль будут, но совсем другими.
Dessloch
15.02.2017 19:44А нефтяные магнаты читают такие новости и наверное посмеиваются.
kazenniy
15.02.2017 21:08-2Нефтяным магнатам ничего не грозит. Электричество из нефти и газа по большей части производят. То, что автомобили станут электрическими, очистит воздух в городах но никак не скажется на потреблении нефти.
chieftain_yu
16.02.2017 08:47+1Если верить вот этому отчету, в частности — странице 22, то в мире на долю газа в генерации электричества в 2015 году приходилось 33%, столько же — на уголь, на жидкое топливо — 1%, 20% — на ядерную энергетику, 13% на возобновляемые источники (в том числе — гидроэнергетику).
Так вот — электричество по большей части изготавливают не из нефти и газа.k155la3
18.02.2017 19:34+1Да, нефть — это в основном транспорт + материалы. Но и транспорт — далеко не только автомобили. И даже среди автомобилей — далеко не 100% легковушек.
В общем-то, реально заменить нефтегаз только частично на кораблях (на атом и совсем крохи ВИЭ).
Авиация, грузовые машины, ЖД — нефтегаз пока и на обозримое будущее без вариантов.Mad__Max
20.02.2017 20:36А в легковых то что помешает?
k155la3
20.02.2017 20:39Ну много что мешает: масса, запас хода, проблемы с обогревом… А так — именно на легковых и можно заменить. Ну, точнее — это хотя бы технически реально.
Mad__Max
20.02.2017 20:59А, просто прочитал пост как что заменить можно только на морском транспорте. Тут легковой опустили просто как само собой подразумевающееся.
Тогда согласен. Я бы так расположил в порядке реальности переход на электричество:
легковые авто, легкий коммерческий транспорт и часть ОТ, морской.
На остальное пока особо перспектив не просматривается — в лучшем случае или гибриды с ДВС или топливные элементы с буфером-аккумулятором, а не чистые электро.
darthmaul
16.02.2017 00:39Даже самый энергоёмкий аккумулятор из представленных — Grabat имеет удельную энергоемкость в 13 раз меньше, чем бензин. А это значит, что как минимум авиация и военная техника будут работать на нефтепродуктах ну очень долго. Кроме того, электромобили не столько экологичнее обычных, сколько позволяют перенести источник выбросов подальше от людей. А значит, что для регионов с малой плотностью населения и малым количество автомобилей ДВС будет оставаться актуальным.
Gozdi
16.02.2017 00:46+1Грабат — по ходу «пузырь». См. верхние комментарии
darthmaul
16.02.2017 00:48Надежда умирает последней. Но в любом случае батарея уступает ДВС и топливу по энергоёмкости так как последний использует окислитель из окружающей среды, а батарея содержит оба компонента.
Gozdi
16.02.2017 00:58тут кажется потоковые батареи не упомянуты никак
darthmaul
16.02.2017 01:11А вот это шикарная штука. Если электромобиль можно будет заправлять жидкостью за секунды то это будет прорывом.
k155la3
20.02.2017 21:07Да и сейчас можно: аккумулятор поменять, да и всё.
Только менять аккумулятор проще, чем электролиты.
А сложности всё те же: фиг знает, что подсунут, а дело дорогое.
NeZnaika3
15.02.2017 20:39Почему забыли хит ядерная батарейка
https://www.nkj.ru/news/28355/
https://geektimes.ru/post/272126/
Это очень странно!!! GeekTimes обогнал по времени публикаций НиЖ.
Правда всего на день. Значит в НиЖ читают GeekTimes
За год что-то добавилось, по «ядерным»?
Возможно мечта всех проектировщиков АЭС получить электричество с минимумом путей от периода полураспада. Причем, без взрыва.
ploop
16.02.2017 11:1710-100 нановатт с каждого кубического сантиметра устройства
Ну, электронные (не умные) часы можно запитать. Про другие девайсы можно забыть.NeZnaika3
16.02.2017 13:58Первые применения для подобного решения не ширпотребные девайсы. В комментах есть пояснения.
Главное другое. Есть решение с автономной работой «вечное», с учетом износа или устаревания всего. От задачи, до результата
Да, если у меня правильно с арифметикой, то 1Вт можно будет получить с дециметрового куба.
Однако, оно «вечное!»ploop
16.02.2017 15:33Да, если у меня правильно с арифметикой, то 1Вт можно будет получить с дециметрового куба.
Немножко не правильно (всего на несколько порядков), в дециметровом кубе 1000 куб. сантиметров, итого 100 микроватт. С кубометра выходит 100 милливатт,… ой, задумался, а толку то этой фигни вообще не выходит, детекторный приёмник на порядки эффективнее. Разве что в очень узких научных исследованиях.
jar_ohty
17.02.2017 17:42Да получить можно без проблем и несколько ватт с кубического сантиметра. Вопрос в том, что в таком случае оно будет требовать изрядного и бесперебойного теплоотвода и изрядно светить радиацией во все стороны. А также становится потенциальной "грязной бомбой".
Alexeyslav
16.02.2017 14:11только если без дисплея, простой двоичный счетчик. Один только осциллятор львиную долю энергии потреблять будет, а переключение ЖК ячеек индикатора — как 10-тонные блоки поднимать.
Типичные электронные часы потребляют порядка 5-10мкА от 1.5В батарейки. Т.е. минимум с сотню кубиков надо будет. Пожалуй солнечная панель даст больше тока…ploop
16.02.2017 15:25Т.е. минимум с сотню кубиков надо будет
Как в Ералаше, "… а это батарейки!" :)
Пожалуй солнечная панель даст больше тока…
Ну, «солнечная панель», если её можно так назвать, на циферблате часов, уже много лет как применяется (с 80х, если память не изменяет). И сейчас питает довольно навороченные модели, с кучей датчиков и прочей фигни.
У самого часы с солнечным питанием, хоть и не дорогие.Alexeyslav
16.02.2017 22:44Вроде там написано что их надо по 2-3 часа на солнце держать, не всем такое подходит.
ploop
16.02.2017 23:58Может, какая-то конкретная модель с высоким потреблением? У меня за три года (или даже больше) заряд всегда на максимуме, хотя ни разу специально на солнце не держал. Но повторюсь — часы простые.
Alexeyslav
17.02.2017 00:21Им вобщем-то нужен свет, и обычного искусственного освещения как правило не хватает. Те кто носят часы под одеждой, вынуждены заряжать их отдельно. Хорошо, когда работа предполагает преимущественное нахождение под естественным освещением, но не всем так везёт.
ploop
17.02.2017 08:04Неа, я обычный «офисный планктон» :) Хватает, реально хватает. Под одеждой или нет уже не обращаю внимания, смотря какая одежда. Зимой естественного освещения они вообще не видят — на улице всегда под курткой. Летом, конечно, солнце так «давит», что там и говорить не о чем.
Производитель гарантирует 3 месяца работы аккума без света вообще при полной работоспособности, 6 месяцев — режим энергосбережения (стрелки останавливаются, но внутренний осциллятор работает, и при наличии света они «подъедут» на правильное время)Alexeyslav
17.02.2017 08:37Охтыж круто! И вот нафига таким ядерный источник? Механика раньше поломается…
ploop
17.02.2017 09:30Ну, сейчас в моде всякие «умные» девайсы. Но, как выше посчитали, для них нужно пару «ядерных чемоданчиков» таких источников :)
А с солнечными первыми были электронные Casio, правда там аккумы быстро деградировали, по сути работали чуть дольше обычных батареек. В современных аккумы гораздо лучше, и гарантированно прослужат дольше самих часов (если ими пользоваться, естественно), 10 лет заявлено, если память не изменяет, при общей цене девайса в ~40$
Mad__Max
20.02.2017 20:47Тут что-то не сходится. При таких уровнях проребления наручные электронные часы не могли бы работать по несколько нескольких лет от крошечного элемента типа LR66 (AG4) или LR59 (AG2) имеющих емкость всего 10-20 мА*ч.
Среднее(не пиковое) потребление как минимум в разы ниже, если экранчик небольшой и чернобелый.
black_semargl
17.02.2017 15:16-1Ядерная батарейка хороша всем, кроме последствий попадания её в переработку мусора.
jar_ohty
18.02.2017 18:00+2Помимо попадания в переработку мусора, там еще много чего. Например то, что на ватт тепловой мощности потребуется радиоизотопа под сотню кюри! А при такой активности защититься от радиации — уже нетривиальная задача. Даже если речь идет об изотопе, который вроде как не гамма-излучающий (например, стронций-90), какая-нибудь гамма-линия с жалкими сотыми процента выхода даст порядка рентгена в час. И даже без нее такую мощность дозы даст тормозное излучение, характеристические линии и прочее. Поэтому "ядерная батарейка" неизбежно потянет за собой мощную свинцовую защиту, которая будет весить и занимать место гораздо больше самой "батарейки" и устройства, которое она питает.
upsilon
15.02.2017 23:11+1По-моему, можно было бы и сейчас смартфонами неделю пользоваться, если бы не ставили такой прожорливый софт.
Vnuchok
16.02.2017 00:04+1У меня два дешёвых смартфона, абсолютно одинаковые Микромакс Q415. Один рутован и снесены все бесполезные приложения, а один «чист», то есть не рутован. Для чистоты эксперимента оба лежали нетронутыми, то есть я не использовал их совсем, только оба через вайфай подключены к интернету, но не использую. Первый надо заряжать раз в неделю, второй раз в сутки. Прикиньте, какая разница…
DjOnline
24.02.2017 16:16Может быть один отключается от Wi-Fi в моменты сна?
Mad__Max
25.02.2017 20:33Вполне вероятно. Просто кучи софта, местами корявого постоянно то к Wi-Fi, то к bluetooth обращаются, то в интернет выйти пытаются, то GPS зачем-то дергают. В результате все эти модули не могут полноценно отключиться и периодически активируются съедая энергию.
Я почти аналогичных результатов достиг без рута и сноса софта, а просто выключив по умолчанию все доп. модули (Wi-Fi, bluetooth, GPS, 3g доступ в интернет) и включаю их (кнопочки удобные в оболочки в 2 тапа) только когда они нужны МНЕ. А не когда левая пятка одного из программеров одной из установленных программ этого захотела или когда гуглу за мной пошпионить приспичило.
Работа от одного заряда батарейки тоже с 2-3 дней сразу до недели подскочила.
dzok
16.02.2017 16:20+1А почему не упомянуты малоразмерные ядерные батареи? Вроде же активно исследуются, пусть там и цена пока космическая.
NeZnaika3
16.02.2017 16:34А почему не упомянуты малоразмерные ядерные батареи?
не коммерческие варианты.
Хотя в некоторой коммерции секреты хранят не хуже силовиков.
В любом случае, это направление сильно контрастирует в перечисленными выше. Скажем так успех полураспада перекроет все остальные много раз. Если разрешат, нам об этом сказать :)dzok
16.02.2017 16:47Ну то что известно широкой общественности уже сейчас позволяет питать (расчетно) устройства с небольшим энергопотреблением и вольтажом лет так 50, при более чем скромных размерах. Но цена пока — ой…
k155la3
18.02.2017 19:46+1Потому что это НЕ вариант ни в каком виде. Большая мощность — это большая активность.
Например, для стронция-90 это порядка сотню Ки на 1Вт.
То есть, батарейка смартфона на 1Вт по нынешним законам — высокомощный источник, который должно хранить в контейнере в запираемом сейфе охраняемого помещения с ограниченным допуском.
Ну или если наплевать на закон, и просто на пальцах, то этой батарейки достаточно, чтобы сделать примерно несколько квадратных километров территории непригодными для постоянного проживания человека. На 2-3 полураспада вперёд (60-100 лет). Или, если растворить её в воде, сделать непригодной к употреблению человеком и скотом десятков миллионов кубических метров воды.
И это так для ВСЕХ изотопов: есть энергия — есть опасность.
Отличия для разных изотопов — в разы, но степень примерно одна для всех.NeZnaika3
18.02.2017 20:41так для ВСЕХ изотопов:
В статье выше «никель-63»
Источники ?-излучения: Никель-63
27Мки при 12нА.
Понятно, на этой одной пластине не то, что автомобиль, смартфон, но даже полу-умные часы не пойдут. Но если уверяют может работать как имплантат, то может с радиацией как-то сходится?
Слышал есть эксперименты с изотопом молибдена.k155la3
18.02.2017 20:57+1Оно и сходится только потому, что малый запас радиоактивного вещества.
200мкВт на 100000 часов (~12 лет) = 20Вт*ч.
Литиевая батарейка (не аккумулятор, именно одноразовая батарея) имеет плотность мощности до 500Вт*ч/кг (и пренебрежимо малый саморазряд), то есть, ровно тот же запас энергии можно упихать в 40г.
Причём, литий в тысячи раз дешевле, может отдавать свою мощность любыми порциями без буфера и согласующей электроники, может вообще не отдавать мощность, если в ней нет потребности. То есть, даже при прочих равных с точки зрения потребителя литий, самая обычная химия — лучше. А есть ещё металл-воздушные батареи, которые имеют небольшую плотность мощности (но всё равно выше, чем у ядерных), но зато ёмкость — в киловатт*часы/кг.
Им ядерная батарейка проигрывает даже по массе! Разве что с исключениями для космоса, где воздуха нет. :)
Но химия при этом не требует каких-то особых предосторожностей при эксплуатации и утилизации, в тысячи раз дешевле, её мощность легко регулируется, и не падает неуправляемо со временем…
… Нет, кажется, что ядерные батарейки — это штука для очень, очень узких ниш, без каких-либо перскпектив на вырост.
Ибо как только рост мощности и активности — так сразу возникают суровые дяди с брошюрками НРБ-99 в руках, за спиной которых маячат ещё более суровые ФСБшники в жилетах и с автоматами.
Sormovich
16.02.2017 23:11Для крупногабаритных потребителей, в частности, автомобилей, забыли маховичные накопители Нурбея Гулиа
http://thelib.ru/books/nurbey_gulia/udivitelnaya_mehanika-read-13.htmlNeZnaika3
17.02.2017 08:21В статье всё-таки речь не об источнике питания, а более эффективном потребителе. Со своими особенностями. Как бы так обыграть магнитное поле, да ещё с вакуумом, да ещё с передачей вращения…
Также, традиционные свинцово-кислотные не меняются, а используются более эффективно.
Darth_Biomech
17.02.2017 15:03Интересно, а чисто теоретически, реальны ли жидкие аккумуляторы? Примерно аналог крови, только запасающий в себе электричество вместо кислорода.
darthmaul
17.02.2017 15:50Аналог крови — это таки топливо и окислитель. Энергия в крови содержится в виде АТФ и связанного гемоголбином кислорода, которые окисляются в митохондриях. Поточные аккумуляторы nanoflowcell можно считать "жидкими", но вот не ясно, сколько они будут в итоге стоить. Компания почему — то ничего не говорит о продаже самих батарей и электролита, но собирается сразу производить автомобиль.
ploop
17.02.2017 16:09но собирается сразу производить автомобиль
… который без инфраструктуры никому нафиг не сдался. Лучше бы лицензировали технологию да разрешили делать всем подряд, если действительно стоящая вещь — озолотились бы.darthmaul
17.02.2017 16:50Лицензирование без армии юристов — занятие не самое эффективное, но отстуствие технических деталей вызывает подозрение.
ploop
17.02.2017 16:52Ну так выпустить автомобиль с нуля сложнее, чем нанять армию юристов :)
Хотя, подробностей мало, что они там затеяли. Тем более, верить СМИ сами понимаете…darthmaul
17.02.2017 20:11+1Таки да, это — мошенники http://rationalwiki.org/wiki/Nanoflowcell#Fraud. По запросу Nunzio La Vecchia (якобы изобретатель этих батарей) гугл находит только эти машины и какую-то посовую музыку. Певец решил переквалифицироватся в инженеры и изобрёл новый тип батарей, прям чудо явилось. Но потоовые батареи — это не только Nanoflowcell, есть и вполне реальные прототипы, правда для машин они не катят.
Tiberius
20.02.2017 21:25Уже давно есть называются redox flow batteries, ну или просто flow batteries.
Tiberius
20.02.2017 21:37+2Не знаю, как остальная уважаемая публика, но я так и не увидел ответа на вопрос статьи: какие они, АКБ будущего?
Набор статей, который мало связаны друг с другом, а также фактов, вырванных из контекста, которые подтверждают исключительно фразами «ведущие специалисты полагают».
Разработка не просто АКБ, а АКБ+n циклов зарядки+удельная энергия на грамм+технологичность производства+экология — это очень большая задача. Литиевые батареи прошли это путь за 2 десятилетия с момента лабораторных образцов до приемлых нынешних АКБ — и это очень хороший показатель!
Многие примеры в статье даны без каких либо циферок по ёмкость, цикличности и токам заряда (2С или всё же С/8). Сравнения между не дано, хоть графики по ёмкости гугляться на раз-два. Очередной недореферат школьника....:(
Лично на мой взгляд, такие статьи ещё больше дискредитируют область электрохимических источников тока в глазах общественности.NeZnaika3
21.02.2017 08:20так и не увидел ответа на вопрос статьи: какие они, АКБ будущего?
Эта статья и есть ответ. Других, точнее других по принципу действия нет. Даже не знаю, уместно тут понятие «пока», т.к. даже нет намека на что-то другое. Если не принимать во внимание «ядерную батарейку», о которой выше. Как оказалось аналитики по этому варианту ещё меньше.
ещё больше дискредитируют область электрохимических источников тока
Как можно дискредитировать безальтернативный вариант?
zookko
Лишь бы только не взрывались.
ploop
Лишь бы только было воплощено хоть что-то из вышеперечисленного!
evilrussian
Я уже лет 15-18 читаю про инновации в аккумуляторах, а бытовые аккумуляторы практически те же, что и раньше.
Разве что стали чуть меньше и чуть более ёмкие. Но прям существенных изменений так и не появилось.
ploop
Аналогично. Прогресс есть конечно, просто «прокачали» те же технологии — никель, литий и т.д. Нового ничего.
Mad__Max
Почти 100% что 15-18 лет назад вы пользовались совсем другими аккумуляторами — никель-кадмиевыми (NiCd) или никель-металлгидридными (NiMH), а не современными литий-ионными.
А если где-то литиевые и попадались, то его емкость тогда была минимум в 2 раз ниже современных, а цена наоборот в 3 раза выше.
quwy
А ведь будут. Любой заряженный супераккумулятор — это по сути тротиловая шашка (накапливает сравнимое количество энергии и может отдать ее за малое время без участия сторонних реагентов). Так что как не извращайся, а «травматическое» к/з с таким девайсом по любому будет похоже на взрыв.
killik
Не обязательно. Аммиачная селитра хоть и в 2.5 раз слабее тротила, но все же достаточно мощное ВВ. Однако продается в любом садовом магазине, так как инициировать ее весьма сложно, а при влажности более 3% вообще теряет способность к взрыву.
Alexeyslav
Вот это не факт. Пока мы не приблизились к тому пределу чтобы накопить такое количество энергии сравнимое со взрывчаткой. В основном в современных аккумуляторах лишь пассивный балласт, который не хранит электрическую энергию, но имеет химический потенциал. Самое главное качество батареи в плане безопасности — не допустить теплового разгона и литиевые батареи в этом плане проигрывают, это их главный недостаток. Если получится сделать такую батарею которая будет обладать большой стабильностью то это уже будет прорыв, но пока наблюдается тенденция чем активней применяемый материал тем лучше электрические характеристики батареи, поэтому литиевые батареи пока впереди прогресса, увы. Нанотехнологии что-то там обещают, но ещё дожить надо. И то, нанотехнологии предлагают лишь развитие вширь — немного экономии на «балласте», ионисторы тому пример.