Инженеры из Стэнфордского университета добились успеха в создании аккумуляторной батареи на основе алюминия. Она заряжается в течение нескольких минут, выдерживает тысячи циклов перезарядки без деградации, гибкая и недорогая в изготовлении.
Также такая батарея гораздо безопаснее популярных литий-ионных. После сверления алюминиевой батареи она не только не загорается и не взрывается, но и продолжает некоторое время работать. Также батареи на основе алюминия будут гораздо меньше вредить окружающей среде при утилизации.
Инженеры уже давно присматривались к алюминию как к недорогой и практичной замене лития, однако до сего момента им не удавалось сделать батарею, выдававшую приемлемое напряжение после множества циклов зарядки и разрядки. В отличие от предыдущих неудачных прототипов алюминиевых батарей, умиравших после сотни циклов зарядки, экспериментальная батарея выдержала в лаборатории 7500 циклов без какой бы то ни было деградации. Для сравнения, типичная литий-ионная батарея теряет 20% ёмкости после 600 циклов зарядки/разрядки.
Ознакомительный ролик, включающий процесс сверления алюминиевой батареи:
Для сравнения — что будет, если проткнуть гвоздём li-ion аккумулятор
… или просто ткнуть в него ножиком:
Батарея состоит из алюминиевого анода и графитового катода, погруженных в электролит и заключенных в гибкую полимерную оболочку. Такое сочетание было найдено в ходе экспериментов практически случайно. По словам исследователей, прототип выдаёт напряжение порядка 2 В и имеет удельную ёмкость порядка 70 мA-ч/г.
Удельная энергия типичной литий-ионной батареи составляет от 100 до 265 Вт-ч/кг. Для новой батареи этот показатель составил порядка 140 Вт-ч/кг. Плотность тока алюминиевого прототипа — 3000 Вт/кг, что более чем на порядок превосходит аналогичный показатель литий-ионных батарей.
Хонгжи Дай, профессор химии, участвовавший в разработке, рассказывает о своём изобретении: «Наша батарейка выдаёт примерно вдвое меньшее напряжение, чем типичная литиевая. Но, улучшив материал катода, можно добиться увеличения как напряжения, так и плотности энергии. Все остальные качества, о которых можно только мечтать, у неё уже есть: недорогие электроды, безопасность использования, высокоскоростная зарядка, гибкость и долгий жизненный цикл».
Алюминиевая батарея сможет найти применение не только в гаджетах (включая будущие гибкие устройства), но и, например, в энергосетях, в которых позарез нужны недорогие аккумуляторы, способные быстро накапливать и отдавать электрическую энергию.
Предыдущие варианты использования алюминия в аккумуляторных батареях не предполагали их перезарядки — у таких батарей необходимо было периодически менять алюминиевые пластины, которые вырабатывали свой энергетический ресурс.
Комментарии (60)
m0n9oose
07.04.2015 17:55+60Опять прорыв в аккумуляторах ©
forgotten
08.04.2015 09:54+3Угу. Я вот буквально позавчера написал
Про чудо-технологии для новых аккумуляторов я уже просто устал читать, каждую неделю что-нибудь новое придумывают. Вот только литию нет альтернативы уже 25 лет: литий-ионные батареи поступили на рынок в 1991 году, а литий-полимерные — в 1997.
И тут как по заказу — новый прорыв.
Sketch_Turner
08.04.2015 16:08Все же не путайте хорошую технологию, которая может быть использована многие годы и не требовать замены, и реального отсутствия альтернативы плохой существующей технологии.
Компакт-диски вон тоже появились аж в 1982, однако были настолько хороши, что до сих пор используются. Ибо, зачем менять то, что и так прекрасно работает?
forgotten
08.04.2015 16:10> Все же не путайте хорошую технологию, которая может быть использована многие годы и не требовать замены, и реального отсутствия альтернативы плохой существующей технологии.
И что же я путаю? Где же вдруг литиевые батареи «хорошая технология»?Sketch_Turner
08.04.2015 17:40Вам напомнить, что до нее были никель-кадмиевые с эффектом памяти и прочими недостатками?
Vindicar
07.04.2015 17:57Да, на прилавках прогресса среди аккумуляторов пока не очень видно.
Но вот последнее видео убило. Если это от телефонной батареи такая реакция, что же с ноутбучной будет?
Danov
07.04.2015 20:21+1После прочтения меня больше другое задело, если у алюминиевых «плотность тока» на порядок выше, то куда же энергия КЗ в них девается?
isden
07.04.2015 20:26Возможно просто нагревает провода / аккумулятор?
Danov
07.04.2015 20:31Фишка в том, что энергии в 10 раз за единицу времени выделяется, чем в литиевых. Т.е. взрыв в 10 раз мощнее должен быть.
Одно объяснение у меня пока есть: в литиевом КЗ с положительной обратной связью, т.е. уменьшает сопротивление КЗ, а в алюминиевом получается с отрицательной обратной связью, т.е. увеличивает сопротивление КЗ. Например, за счет быстрого окисления алюминия.lolhunter
08.04.2015 13:03В липо аккумуляторе при КЗ (даже если провод не потек) начинает быстро греться аккумулятор и в итоге прожигается внешняя оболочка. При разрыве внешней оболочки аккумулятор начинает мощно гореть. Здесь как я понял при разрыве оболочки ничего не происходит и соответственно при кз провод просто выгорит — максимум разогреется/расплавится аккумулятор.
norlin
07.04.2015 18:00+2Простите, а видео с возгоранием/взрывом Li-Ion от протыкание – это не фейк?? Как-то жутенько становится, что такое в карманах таскаем…
hungry_ewok
07.04.2015 18:33+1/пожав плечами/
Не фейк. Если вы упакуете в небольшой объем NN ампер-часов, то эта энергия как-то должна выделиться при разрушении упаковки, верно? А если при разрушении оно выделяется быстро то это получается горение. Или взрыв, ага.
Впрочем, в сравнении с теми селитряными дымовухами что мы делали в детстве это не очень-то впечатляет. А сравнивая с тем что делали когда удавалось достать магний и марганцовку — так и вообще непонятно почему это кому-то кажется «жутенько»…
AlexanderG
07.04.2015 19:56+6Следуя такой логике, при разрушении свинцово-кислотного аккумулятора он должен взорваться как фугас.
hungry_ewok
07.04.2015 21:34-1У него отношение запасенной энергии к массе хуже.
Кроме того и разрушать упаковку надо не абы как, а так чтобы аналогично литию закоротить сразу весь, что у с-к сделать несколько труднее. Тем не менее долбануть может и с-к.zapimir
07.04.2015 23:50+3Запасенная энергия тут вообще не причем, литий активный очень на воздухе, он и выгорает. Даже полностью разряженная батарея сгорит.
hungry_ewok
08.04.2015 01:11Нет. Из щелочных литий самый спокойный и литиевую батарейку можно разобрать, если делать это аккуратно.
А чтобы было такое эффектное возгорание/взрыв как на видео — ее надо именно закоротить, чтобы его раскалило и подожгло своим же зарядом.
Sava
08.04.2015 08:27В какой-то книжке 60-х типа «Юный химик» описывался опыт с поджигом куска сахара, посыпанного табачным пеплом. Объяснялось открытое горение тем, что в пепле содержатся соли лития, являющиеся катализатором процесса. Может, и здесь схожие механизмы?
lolhunter
08.04.2015 13:07Посмеялся.
Разобрать батарею до банок можно. Проколол банку и внутрь попал кислород — получил такой фан.
AYrm
08.04.2015 22:53Я уверяю — получить фейерверк не так просто, как кажется. Главное условие — надо иметь хорошо заряженную, а лучше перезаряженную ячейку.
lolhunter
09.04.2015 00:35Сильно зависит от емкости, но в общем и целом — да. Заряженные пыхают значительно лучше.
У вас судя по размерам около 1000mAh батарейки.
Вот так горят емкие банки)
www.youtube.com/watch?v=k9mcNvOGKtI
Да даже 1800 mAh при перезаряде выдают неплохое фаер шоу
www.youtube.com/watch?v=37w8nzgcr9c
SHVV
08.04.2015 08:39+1Горит не литий, а водород, который образуется при взаимодействии лития с электролитом.
Да и алюминий при определённых условиях весьма не плохо горит, не зря его используют в твердотельных реактивных двигателях и зажигательных снарядах.
Водород может образовываться во многих аккумуляторах, в том числе и в свинцовых (см. видео внизу).
Clever
08.04.2015 07:50+3
однако, взрываются иногда!hungry_ewok
08.04.2015 19:03На работе так однажды в серверной упске хлопнула батарея. Человек бывший в это время рядом весьма впечатлился…
Mist8
07.04.2015 18:46+1Да ладно в кармане. Вы когда на автомобиле/автобусе едете, с вами рядом постоянно очень большое количество раз практически взрывы происходят (если бензин хреновый — то реально взрывы).
Почти что верхом на бомбе!
А с батареей в кармане, покуда её что-то не продырявило, арматурина какая-нибудь или пуля — все с вами нормально будет. Ну а если вам карман продырявило арматурой, то обычно загоревшаяся батарея — не самая главная проблема…norlin
07.04.2015 18:54Ну с авто этот риск уже привычный настолько, что даже не замечается. А с телефоном ситуация обратная – от него не ждёшь ничего такого, а оказывается, вон оно как.
Впрочем, это чисто субъективное ощущение.
Hilbert
07.04.2015 22:10-2В двигателе автомобиля — не взрывы, а горение. Разница есть. Лежать на русской печи это, по-вашему, тоже «верхом на бомбе»?
chaynick
08.04.2015 11:37+1Горение от взрыва отличается скоростью фронта горения, так что при бензине с низким октановым числом у Вас в двигателе будут именно взрывы. И русская печь кстати тоже может рвануть если попробовать в ней поджечь взвешенную в воздухе мелкую древесную пыль.
fshp
08.04.2015 00:06+5Если вам продырявит ногу арматуриной сквозь телефон, то батарея спасёт вам жизнь — прижгёт рану.
domix32
07.04.2015 21:20Так вроде ж уже несколько раз шум поднимался по этому поводу. «Китайские» девайсы взрывались и в руках и в заднем кармане. Даже вроде видео с камеры наблюдения мелькало.
awaik
07.04.2015 18:49А я думал Пелевин шутит…
Это было похоже на вспышку магния, которая запечатлела героев в случайных позах — и послала в будущее их фотографические отпечатки. Я говорю «магния», поскольку огонь и дым были настоящими. Айфон такой вспышки не даст даже по команде из АНБ. Хотя, конечно, как знать — я где-то читал, что американские смартфоны могут не только подслушивать, подсматривать и поднюхивать, но и детонировать по сигналу из центра, пробивая ушную раковину и мозг направленным взрывом аккумулятора. Наверно, конспирологический юмор.
Mist8
07.04.2015 18:53-3Очень тонкая реклама Ростеста.
Если слишком тонко:Ростест явно не пропустит технику, которая в руках может взорваться.StreetStrider
08.04.2015 01:07После просмотра видео в первую же секунду подумал об удалённом детонировании девайса по команде из спецслужб.
isotoxin
07.04.2015 19:11-5Не взлетит. Даже если правда, не взлетит. Причина, как ни печально это звучит, в ее живучести. 7500 циклов без деградации — это кошмар для бизнеса. Купил и пол-жизни пользуйся? Не пойдет. Всё должно ломаться.
lexore
07.04.2015 19:27Как будто никто никогда не удешевлял себестоимость за счет деградации качества.
isotoxin
07.04.2015 19:33Так ведь и с этой стороны засада — алюминий сильно дешевле лития. Хочется верить, но лучше я буду пессимистом и ошибусь, чем оптимистом, и разочаруюсь.
idiv
07.04.2015 21:36Думаю загвоздка будет в весе. Алюминий будет тяжелее при равном объеме, так что заменить литий если и сможет, то не везде.
Danov
08.04.2015 10:36В статье: 140 Вт*ч/кг. Для сравнения есть таблица в вики.
idiv
08.04.2015 19:46+2Приведенная энергия для литий-ионных в чистом виде, без корпуса и прочих компонентов. Реальная для литий-ионных выходит от 50 до 190 Втч/кг. Так что здесь может выйти те же самые 60 Втч/кг, что уже совсем не так хорошо.
То же касается удельной мощности. У этой батареи около 3000 Вт/кг что тоже чуть хуже литий-ионных при такой удельной энергии.
Что же касается потенциала по отношению к водороду, то он -3,05 В у лития против -1,7 В у алюминия, т.е. потенциал лития получше, чем у алюминия. В общем будет заменой литиевым, но далеко не везде.
Gothician
09.04.2015 00:39Гораздо хуже, когда являются пессимистами и ошибаются те, от кого зависит будущее разработок.
Hilbert
07.04.2015 22:12+5Чепуха — мало кто меняет аккумулятор, подавляющее большинство выбрасывает его вместе с устаревшим устройством. Да и не везде замена АКБ пользователем вообще предусмотрена.
horlon
07.04.2015 21:21+5Батарея состоит из алюминиевого анода и графитового катода, погруженных в электролит и заключенных в гибкую полимерную оболочку. Такое сочетание было найдено в ходе экспериментов практически случайно.
Я не понял что именно было найдено случайно? Здесь из нового только электролит…
FransuaMaryDelone
08.04.2015 11:03может быть авторами находки подчеркивалось не «что», а «где и кем»?!
AllexIn
Воспринимается как шутка, потому что уж больно круто…
Retifff
Только таких шуток, примерно по штуке в месяц последние пару лет, а воз и ныне там, к сожалению.
Vlad_IT
Если Tesla возьмутся за них, то возможно все будет иначе.
Vlad_IT
Я имею ввиду финансирование. Им такая разработка как раз нужна.
esc
А как потом объяснять инвесторам провал вложений в гигафайбрику литиевых аккумуляторов?
Вложиться в такие аккумуляторы может кто угодно, Тесла далеко не самая богатая компания на рынке, которой нужны аккумуляторы;)
Вот только есть ли куда вкладываться? Статья статьей, но инвесторы оценивают успехи и прогресс несколько глубже, чем описание в новостной статье.
Revertis
Воз и ныне там потому, что производителям аккумуляторов не выгодно чтобы они работали долго. Точка.
0serg
В другом источнике пишут что энергетическая плотность практически такая же как у свинцовых кислотных аккумуляторов, а стоимость скорее всего будет выше.