De 10 bästa batteriteknologierna för laddning och lagring av framtida energi

allt digitala enheter, som spelare, smartphones, röstinspelare och andra bärbara prylar, liksom elbilar, blir allt mer sofistikerade i sin kapacitet. Begränsningar införs främst av den begränsade mängden energi som lagras i batterierna.

En smartphone fungerar till exempel efter nästa laddning i högst två dagar. Nu om batterier förbättra, göra dem mer rymliga, då kan arbetet med en enda laddning förlängas många gånger.

Smartphones utvecklas tyvärr under de senaste tio åren mycket snabbare än att förbättra batteritekniken. Men det finns hopp om förbättring, eftersom vetenskapen inte står stilla, och under de senaste åren har forskare börjat erbjuda mycket intressanta nya lösningar. De kan kallas framtidens batteriteknologi. Låt oss vara uppmärksamma på några av dem.

1. Ladda elbilen på 5 minuter och telefonen på 30 sekunder

År 2022 planerar det israeliska företaget StoreDot att börja producera batterier för elbilar och prylar baserade på litiumbatteriernas revolutionerande teknik. Tekniken gör att elfordon kan återställa räckvidden på 500 kilometer på bara 5 minuter!

De vill vanligtvis ersätta grafit, vanligtvis används i litiumbatterier, med en speciell blandning av metalloider, inklusive kisel och vissa patenterade material, som nyligen har syntetiserats i företagets laboratorium. Processen att bilda blandningen är mindre giftig och mängden kobolt i batterierna kommer att halveras. Förresten, batterierna kommer också att vara säkrare.

Till och med namnet på företaget StoreDot innehåller en antydan till små bioorganiska peptidmolekyler kända som nanodoter, vilket ökar laddningslagringstätheten och ger batterier baserade på ny teknik med snabb absorption och energilagring.

Under tiden har forskare ännu inte kommit över några tekniska svårigheter som är förknippade med behovet av att passera en mycket stor ström under laddning. För detta behövs ett mer avancerat kylsystem för kablar och kontakter både i bilsystemet och direkt vid laddstationen.

Fysiker Viktor Krivchenko om lovande batterityper, grundläggande problem i produktionen av litium-svavelströmkällor och fördelarna med post-litiumbatterier:

2. Hur du laddar din telefon från omgivande ljud

Brittiska forskare har utvecklat en telefon som kan ta emot en avgift helt enkelt från det ljud som ständigt står runt. Tekniken är baserad på den piezoelektriska effekten. Piezoelektriska nanogeneratorer själva har i viss mening gjort mycket buller under lång tid.

Och nu har specialiserade generatorer av denna typ redan skapats, som arbetar med bakgrundsljud och genererar elektrisk ström från den för att ladda små batterier. Faktum är att telefonen laddas från buller, som vid alla tidpunkter helt enkelt fick på människors nerver, och nu kan det ge konkreta fördelar.

Forskare skapade en speciell blandning där zinkoxid tillsattes och belagde helt enkelt ytan på gadgeten med denna blandning. Således visade sig en yta helt täckt av piezoelektriska nanoroder vara ytan på apparaten som genererar energi. Dessa nanoroder är mycket känsliga för ljudvågor och böjs från till och med mycket svagt ljudtryck.

Nanogeneratorer förvandlar dessa svängningar till en elektrisk ström, vars energi är tillräckligt för att ladda batteriet.Förutom att konvertera ljudvågor av brus, fungerar nanogeneratorer också från en röst som låter under en konversation, så att användaren bara återställer delvis laddningen på sitt batteri genom att prata i telefon.

3. Öka batterikapaciteten med rent kisel extraherat från sand

Vid Riverside University beslutade ett forskarlag att leta efter en alternativ metod för litiumjonbatterier att ersätta traditionell grafit med vanlig sand. Ursprungligen noterade forskare problemet med den snabba nedbrytningen av nanosiserat kisel, vilket också är mycket svårt att få i industriella mängder. Efter det beslutade forskarna att försöka använda den vanliga tillgängliga sanden.

Sand är lätt att rengöra och är lätt att applicera i pulverform. Den renade sanden vätes med salt och magnesium och upphettades sedan för att avlägsna syre. Så vi fick rent kisel av en porös struktur, vilket gjorde det möjligt för oss att öka kapaciteten för elementet tre gånger, samt öka effektiviteten i dess användning och öka livslängden! Produktionen är billig och miljövänlig.

Batterier för bomull, kaffebönor och bomb:Kolbatterier ersätter litium

4. Ladda din smartphone när du är på språng

Även de vanligaste kläderna kan användas som elkraftgenerator, efter att de har ändrat något, säger forskare från University of Surrey i Manor Park (England). De föreslår användning av så kallade triboelektriska nanogeneratorer som kan omvandla energin i klädernas ytrörelse till en elektrisk laddning. Den elektricitet som genereras på detta sätt kan ackumuleras och sedan överföras till ett vanligt litiumbatteri, eller direkt drivas av en bärbar enhet (spelare, telefon, etc.).

I grund och botten har tekniken för triboelektriska nano-generatorer inga praktiska begränsningar, den kan implementeras även i husets väggar, i beläggningsplattor, i trädstammar och grenar, i bildäck etc. - var det finns vibrationer eller friktion. Ett sådant system skulle tillåta användning av energi från rörelse av vad som helst - att ladda batterierna till nattljus, prylar, segways och liknande. Mer om detta:Nanogeneratorer för laddning av bärbara enheter

5. Överför energi till batteriet i form av ultraljud

Idén att överföra elektrisk energi "genom luften" är inte ny. Men varför inte försöka använda ultraljud för detta ändamål? Astrobiologen Meredith Perry föreslår att integrera ultraljudssändare i inre element. Ultraljud av ett visst sortiment är inte hörbart för människor och djur, så ljudvågor kan skickas ganska säkert direkt till gadgeten, vilket ger trådlös laddning.

En 5,5 mm tjock platta fungerar som en sändare i ett sådant system, som automatiskt slås på endast när en laddningsbar gadget befinner sig i dess zon. En ultraljudsenergvåg riktas i form av en fokuserad stråle och tas emot av en platt mottagare monterad på en laddningsbar anordning. Till skillnad från Wi-Fi kan uBeam-systemet på ultraljud inte övervinna väggar, men energin skickas mycket koncentrerat.

Ändlösa livsbatterier

Problemet med batterier av alla slag är ett begränsat antal livscykler, det vill säga att de kan laddas och urladdas inte ett oändligt antal gånger. Det skulle vara trevligt att skapa ett batteri som aldrig kan ersättas med ett nytt, men helt enkelt ladda upp när det behövs, och gör detta så många gånger du vill. Vid University of California skapade Irwin nästan ett sådant idealiskt batteri!

Forskare har utvecklat ett batteri baserat på guld nanotrådar som tål upp till 200 000 laddningsladdningscykler utan att minska kapaciteten.Att koppla ihop tusentals gånger tunnare än hår gör det möjligt att skapa enorma ytor med tillräckligt hög konduktivitet. Nanotrådar är belagda med ett speciellt skal gjord av heliumelektrolyt och mangandioxid, vilket gjorde det möjligt att uppnå ultimat motstånd mot nedbrytning. Detta beslut anses vara ett av de mest lovande i dag.

7. Graphene öppnar nya horisonter

Grabat har skapat batterier baserade på en speciell form av kol - grafen. Idag är det grafenbatterier som är det bästa som finns på marknaden. De tillåter till exempel att köra en elbil 750 kilometer på en enda laddning.

I grund och botten kan sådana batterier ladda på några minuter och ge en laddning 30 gånger mer intensiv än litiumjon-föregångare. Redan är sådana batterier installerade i obemannade flygbilar, dessutom ökar de popularitet i elfordon och som drivkrafter för hemmakraftverk.

8. Skumbatterier lovar att vara billiga

Prieto-ingenjörer förlitar sig på solid state-batterier skapade genom tryckning och baserade på kopparskum med en elektropolymeriserad separator. Därför planerar företaget att skapa de säkraste, billigaste, snabbladdande och långvariga batterierna, där laddningstätheten kommer att vara fem gånger högre än moderna litiumbatterier.

9. Sodium - en konkurrent till litium

Natrium är en av de mest tillgängliga kemiska elementen på planeten. Det är från natrium som en grupp forskare från Japan planerar att producera en ny typ av batteri. Sällsynt litium behövs inte här, och kapaciteten lovar att vara sju gånger högre än den!

Sedan 80-talet på 1800-talet har natrium studerats aktivt som basen för energikällor, och nu har det med salt och modern teknik blivit tekniskt möjligt att göra ett natriumjonbatteri tillräckligt billigt. Det förväntas emellertid att flera år kommer att gå innan det omfattande praktiska genomförandet påbörjas.

10. Väte för laddning av prylar

Nyligen har helt ovanliga smarta laddare för mobil utrustning som drivs med vätebränsle dykt upp. Den här produkten heter Upp. Väte är säkert för miljön och endast vattenånga genereras under laddning. En vätecell räcker för 5 fulla laddningar av en genomsnittlig smartphone. För närvarande är enheten inte särskilt efterfrågad på grund av de höga kostnaderna, men idén verkar för många mycket intressant och lovande.

Effektiva solpaneler

Framtidens 5 ovanliga solpaneler

5 ovanliga konstruktioner av vindgeneratorer

Använd tyngdkraften - hur är det möjligt