Рубрика: Електроживлення

Дослідники з престижного Гарвардського університету, можливо, досягли прориву у своїх дослідженнях технології твердотільних батарей. Результати дослідження були опубліковані в останньому випуску Nature Materials і вказують на те, як можна розробити твердотільну батарею, щоб повністю заряджатися протягом 10 хвилин.

Дослідники літієво-металевої батареї працюють у Гарвардській школі інженерії та прикладних наук (SEAS) Джона А. Полсона. Провідним автором опублікованої статті Nature Materials є Xin Li, доцент кафедри матеріалознавства в SEAS. Нещодавно розроблена батарея має приблизно 6000 циклів заряджання, що більше, ніж будь-яка інша сумкова батарея.

За словами дослідників, батареї з літієвим металевим анодом вважаються найкращим вибором акумуляторів, оскільки вони мають ємність у десять разів більшу, ніж комерційні графітові аноди, і можуть значно збільшити відстань їзди електромобілів. Дослідники кажуть, що їхні результати дослідження знаменують важливий крок до більш практичних твердотільних акумуляторів із великим розгалуженням для промислового та комерційного застосування.

Невдовзі електричні транспортні засоби можуть отримати швидшу зарядку акумуляторів

Утворення дендритів на поверхні анода є основною проблемою при розробці твердотільних батарей. Вони можуть накопичуватися на поверхні літію та проростати, як коріння, в електроліт. Їх зростання сприяє пошкодженню бар’єра, який розділяє анод і катод, що призводить до короткого замикання або, можливо, пожежі. Дослідницька група розробила багатошарову батарею, яка містить різні матеріали різної стабільності між анодом і катодом. Ця конструкція 2021 року запобігла проникненню літієвих дендритів, хоча й не зупинила їх зростання взагалі.

Прорив дослідницької групи з Гарварду полягає в тому, що вони успішно запобігли утворенню дендритів, використовуючи частинки кремнію мікронного розміру в аноді, щоб звузити реакцію до дрібної поверхні, не проникаючи далі. За словами провідного автора Лі, металевий літій обертається навколо частинки кремнію, як тверда шоколадна шкаралупа навколо серцевини лісового горіха. Оскільки на рівній поверхні може відбуватися швидке нанесення покриття та зняття зрізу, розроблений акумулятор можна повністю зарядити приблизно за 10 хвилин.

Розроблена батарея зберегла 80% своєї ємності після 6000 циклів, що було набагато краще, ніж будь-яка мішечна батарея на ринку. Технологія була ліцензована Adden Energy Управлінням розвитку технологій Гарвардського університету. Adden Energy є відгалуженням дослідницьких зусиль у Гарварді, співзасновниками якого були Сінь Лі та троє інших – усі випускники Гарварду. Ця технологія розширюється, щоб створювати батареї для смартфонів, які набагато більші, ніж мішечні акумулятори. Існують проблеми в еволюції остаточного твердотільного акумулятора, перш ніж він стане комерційним продуктом. Масове виробництво такої техніки має свої динамічні виклики.

Виробник аксесуарів Sharge продемонстрував під час виставки CES 2024 зовнішній акумулятор Icemag ємністю 10 000 мА•год, заявивши, що це перше мобільне джерело живлення з власним вентилятором для охолодження.

Практично безшумний вентилятор працює з частотою 8000 оборотів за хвилину, активно охолоджуючи внутрішній акумуляторний блок під час бездротової зарядки iPhone, запобігаючи нагріванню будь-яких компонентів під час заряджання.

Icemag підтримує Apple MagSafe, пристрій отримав прозорий корпус, який дозволяє побачити внутрішню електроніку, а саме літій-іонну батарею, друковану плату та активну систему охолодження.

Шум під час роботи вентилятора не перевищує 25 дБ. Крім того, навколо вентилятора є RGB-підсвічування, яке змінює колір при зарядці iPhone через MagSafe. Максимальна вихідна потужність бездротової зарядки Icemag складає 7,5 Вт. Через USB-C можна отримати вихідну потужність 20 Вт.

Смартфон, ноутбук, навушники, розумний годинник, планшет і багато іншого. Як бачите, кількість пристроїв, які нам потрібно заряджати щодня, зростає. Це додаткове занепокоєння через наше зайняте життя, наповнене роботою, навчанням і спілкуванням з друзями. Багато з нас стикалися з розчаруванням, коли забули зарядити телефон на ніч або виявили, що навушники розрядилися, коли вони нам потрібні.

Незважаючи на такі досягнення, як технології швидкої зарядки та єдиний зарядний порт Європейського Союзу, проблема залишається. порт, проблема не зникає. Але не хвилюйтеся, рішення походить із самого серця технологій, Китаю. Китайський стартап представив нову батарею, яка стверджує, що виробляє електроенергію протягом 50 років без необхідності зарядки чи обслуговування. Ось подробиці…

Ядерна батарея Betavolt змінює зарядку назавжди

У сучасному світі, орієнтованому на технології, коли все, починаючи від автомобілів і закінчуючи літаками, починає покладатися на електрику, спостерігається сплеск досліджень батарейних технологій. Однак, окрім швидкості заряджання, ще не було результату, який би зацікавив споживачів, принаймні досі. Компанія Betavolt, що базується в Пекіні, представила нову батарею, яка, як стверджується, виробляє електроенергію протягом 50 років без необхідності зарядки чи обслуговування. І не уявляйте собі величезну батарею, коли ви чуєте «ядерна». Betavolt вдається втиснути 63 ядерних ізотопу в батарею розміром менше монети.

Ядерна батарея Betavolt наразі генерує 100 мікроват при напрузі 3 вольти, і все це упаковано в невеликий 15x15x5 кубічних міліметрів. Однак мета полягає в тому, щоб до 2025 року досягти вихідної потужності в 1 ват. Ця технологія використовує енергію від розпаду ізотопів, концепція, розроблена у 20-му столітті. Раніше термоядерні батареї, які використовувалися в космічних кораблях, підводних системах і віддалених наукових станціях, стикалися з проблемами, пов’язаними з вартістю та розміром.

Компанія заявляє, що ядерна батарея зараз знаходиться на етапі випробувань, а Betavolt планує незабаром розпочати масове виробництво. Ідея мати iPhone, який ніколи не розряджається, звучить неймовірно, чи не так? Однак наразі розумно підходити до цього новаторського винаходу обережно, враховуючи потенційні ризики носіння ядерної батареї в кишені. Як наслідок, масове виробництво поки що може бути далекою мрією.

Команда з Хімічного інституту енергетики та навколишнього середовища (IQUEMA) Університету Кордови розробила батарею, яка використовує гемоглобін як стимулятор електрохімічних реакцій і функціонує приблизно 20–30 днів.

Гемоглобін — це білок, який міститься в еритроцитах і відповідає за транспортування кисню від легенів до різних тканин тіла (а потім транспортування вуглекислого газу навпаки). Він має дуже високу спорідненість з киснем і є фундаментальним для життя, але що, якби він також був ключовим елементом для типу електрохімічних пристроїв, у яких кисень також відіграє важливу роль, таких як повітряно-цинкові батареї?

Це те, що групи фізичної хімії (FQM-204) і неорганічної хімії (FQM-175) в Університеті Кордови (UCO) хотіли перевірити та розробити разом з командою з Політехнічного університету Картахени після дослідження, проведеного університету Оксфорда та проєкт випуску дипломів UCO продемонстрували, що гемоглобін має багатообіцяючі властивості для процесу відновлення та окислення (окисно-відновного процесу), за допомогою якого генерується енергія в системі цього типу.

Таким чином, дослідницька група розробила в рамках проекту підтвердження концепції першу біосумісну батарею (яка не є шкідливою для організму), використовуючи гемоглобін в електрохімічній реакції, яка перетворює хімічну енергію в електричну.

Використовуючи повітряно-цинкові батареї, одну з найбільш стійких альтернатив тим, що зараз домінують на ринку (літій-іонні батареї), гемоглобін стане каталізатором у таких батареях.

Тобто він використовуватиметься як білок, відповідальний за електрохімічну реакцію, яка називається реакцією відновлення кисню (ORR), у результаті чого після того, як повітря потрапляє в батарею, кисень відновлюється та перетворюється на воду в одній із частин акумулятора. батарея (катод або позитивний полюс), вивільняючи електрони, які переходять до іншої частини батареї (анод або негативний полюс), де відбувається окислення цинку.

Як пояснює дослідник UCO Мануель Кано Луна: «Щоб бути хорошим каталізатором у реакції відновлення кисню, каталізатор повинен мати дві властивості: він повинен швидко поглинати молекули кисню та відносно легко утворювати молекули води. І гемоглобін відповідає цим вимогам». Фактично, за допомогою цього процесу команда отримала свій прототип біосумісної батареї для роботи з 0,165 міліграма гемоглобіну протягом 20-30 днів.

Крім високої продуктивності, прототип акумулятора, який вони розробили, має й інші переваги. Перш за все, повітряно-цинкові батареї є більш стійкими та можуть витримувати несприятливі атмосферні умови, на відміну від інших батарей, на які впливає вологість і для виробництва яких потрібна інертна атмосфера.

По-друге, як стверджує Кано Луна, «використання гемоглобіну як біосумісного каталізатора є досить перспективним щодо використання цього типу батареї в пристроях, інтегрованих у людське тіло», таких як кардіостимулятори. Насправді батарея працює при рН 7,4, що є рівнем рН крові. Крім того, оскільки гемоглобін присутній майже у всіх ссавців, можна також використовувати білки тваринного походження.

Однак розроблений ними акумулятор має місце для вдосконалення. Основна з них полягає в тому, що це первинний акумулятор, який розряджає лише електричну енергію. Крім того, він не перезаряджається. Тому команда вже робить наступні кроки, щоб знайти інший біологічний білок, який може перетворювати воду на кисень і, таким чином, заряджати батарею. Крім того, батареї працювали б лише за наявності кисню, тому їх не можна було використовувати в космосі.

Дослідження, опубліковане в журналі Energy&Fuels, відкриває двері для нових функціональних альтернатив для акумуляторів у контексті, в якому очікується все більше мобільних пристроїв і де зростає прихильність до відновлюваних джерел енергії, так що це необхідно мати пристрої, які накопичують надлишок електричної енергії у вигляді хімічної енергії. Найголовніше те, що найпоширеніші сьогодні літій-іонні акумулятори обтяжені дефіцитом літію та його впливом на навколишнє середовище як небезпечні відходи.

Під прикриттям оголошення про дату випуску гарнітури Vision Pro компанія Apple показала, що зовнішній акумулятор підтримує до 2,5 годин відтворення 2D-відео, що на пів години більше, ніж у «загального користування» на одному заряді.

Apple тихо оновила свою сторінку продукту для пристрою з додатковими деталями, кваліфікуючи свою заяву про 2,5 години «відтворення відео» на основі тестів «у поєднанні з середовищем, використовуючи вміст 2D-фільмів, придбаний у програмі Apple TV». Середовища дозволяють користувачам трансформувати простір навколо себе, а Cinema Environments може перетворити кімнату на особистий кінотеатр.

Компанія визначає «загальне використання» як виконання завдань, які включають відтворення відео, перегляд Інтернету, захоплення просторового відео та FaceTime.

Це перший випадок, коли Apple говорить про те, що зовнішній акумулятор Vision Pro оптимізований для довшої роботи під час перегляду 2D-відео. Раніше Apple повідомляла лише, що батарея працювала дві години на одній зарядці, хоча Vision Pro можна було використовувати нескінченно довго, якщо саму батарею під’єднати до зовнішнього джерела живлення.

Apple каже, що користувачі Vision Pro зможуть дивитися фільми та телешоу з Apple TV+, Disney+, Max та інших сервісів на екрані шириною 100 футів із підтримкою вмісту HDR. В іншому місці, в додатку Apple TV, користувачі зможуть отримати доступ до понад 150 3D-заголовків.

Попередні замовлення на Vision Pro розпочинаються в п’ятницю, 19 січня, а пристрій надійде в продаж у Сполучених Штатах у п’ятницю, 2 лютого.

Ксантанова камедь, речовина, спочатку отримана з таких рослин, як капуста, і відома своїм вуглеводним складом, зазвичай використовується в косметиці як природний бар’єр для збереження користі для шкіри. В якості інноваційного прогресу ксантанова камедь тепер використовується для створення захисного екрана для електродів акумулятора, а не для шкіри.

Професор Чаншін Джо з Вищого інституту технології чорних металів і екологічних матеріалів і кафедри хімічної інженерії та Джуен Джанг, доктор філософії, з кафедри хімічної інженерії Науково-технологічного університету Похан (POSTECH), створили захисну плівку змішування полімерів. Ця плівка підвищує довговічність електродів батареї, а результати її дослідження були опубліковані в міжнародному журналі  Energy Storage Materials.

Зростаюче значення систем зберігання енергії

Оскільки відновлювані джерела енергії, такі як сонячна енергія, за своєю суттю переривчасті, важливість систем зберігання енергії (ESS) постійно зростає. Технологія ESS дозволяє вловлювати та ефективно використовувати електроенергію, коли це необхідно, що робить її ключовим елементом у використанні відновлюваної енергії. Хоча літій-іонні (Li-ion) батареї традиційно використовувалися для додатків ESS, їх висока вартість і побоювання щодо виснаження літію спонукали до постійних досліджень альтернативних рішень.

Однією з перспективних альтернатив літію є цинк (Zn), поширений елемент на Землі. Цинк-іонні батареї мають здатність накопичувати значну кількість енергії та безпечніші з точки зору ризику пожежі порівняно з літій-іонними батареями. З усім тим, досягнення послідовного осадження цинку на електродах в батареях ESS є складним завданням, і повторювані цикли заряджання та розряджання, як правило, призводять до утворення кристалів, схожих на гілочки, на цинковій поверхні, що зменшує довговічність батареї.

Прорив у технології акумуляторів з використанням ксантанової камеді

У цьому дослідженні дослідницька група використовувала біополімерну ксантанову камедь у поєднанні з іонопровідним полімером для створення захисної плівки для електрода акумулятора. Взаємодія між цими двома полімерами створила гладкий захисний шар на поверхні електрода, ефективно захищаючи його від фізичних впливів і хімічних забруднень.

Крім того, ця захисна плівка була багата кисневими функціональними групами, які відіграли вирішальну роль у полегшенні рівномірного зародження цинку, що призвело до ефективного осадження цинку на поверхні електрода. Таким чином, утворення гілоподібних кристалів на цинковій поверхні було значно пом’якшено, і плівка продемонструвала дивовижну стабільність навіть після 200 днів повторного заряджання та розряджання.

Професор Чаншін Джо заявив: «Я сподіваюся, що це дослідження сприятиме розвитку технології ESS для сталого виробництва зеленої енергії».