Не искате батерии от камъни? Очаква ли ни нова революция в областта на акумулаторните батерии? За всичко това днес.
В целия свят отдавна се води надпревара за постигане на максимална възможна ефективност на така наречената зелена енергия. Възобновяемите енергийни източници, които не отделят парникови газове в атмосферата, са бъдещето на нашата цивилизация, в което никой не се съмнява. Това вече не е просто мечта, а необходимост на деня. Учените бият тревога все повече и повече, призовавайки ни да пестим електроенергия и да се опитваме да използваме електрическите устройства възможно най-ефективно.
Също интересно: Преглед Motorola Edge 40: същият "топ за парите"
Литиево-йонните батерии вече не са толкова ефективни
Повечето устройства работят на батерии или батерии, от стари плейъри Walkman до най-новите смартфони или електрически автомобили, базирани на литиево-йонни технологии (Li-ion). Те се използват от много години в повечето електрически уреди и технологични устройства, въпреки че не са много енергийно ефективни и издръжливи. Освен това изхвърлянето им с течение на времето се превръща в реален проблем за екологичното състояние на околната среда.
Литиево-йонните батерии се поставят почти навсякъде, защото са евтини и имат висока производителност. Тъй като цената на тези батерии намаля значително през последното десетилетие, те се превръщат в най-жизнеспособната алтернатива за дългосрочна употреба, просто поради огромното им изобилие. Днес тези батерии са постигнали ниска цена и повишена енергийна плътност не чрез технологични пробиви, а чрез проста и постоянна инженерна оптимизация на производствените методи, инструменти и ефективност.
Въпреки това, с развитието на нови методи и технологии за производство на електроенергия, търсенето на ефективни методи за нейното съхранение нараства. В малък мащаб проблеми с това няма - решението са различни видове батерии и акумулатори, които са толкова очевиден елемент от реалността, колкото и самото електричество.
Те се използват за захранване на телефони, различни видове осветление, някога са били необходими за използване на фенерчета или музикални плейъри, въпреки че всичко това вече е в нашите смартфони. Но как съхранявате енергията, необходима за захранване на цялото домакинство? Оказва се, че батериите могат да бъдат полезни и в този случай. Разбира се, не говорим за батерии от типа на популярните "пръсти", предлагани в магазините, а за напълно нови устройства, които сами по себе си са вълнуващи инженерни постижения.
Проучванията продължават от доста време за разработване на нови батерии, които могат да се конкурират с литиево-йонните батерии по отношение на производителност, цена и издръжливост.
Много от тези нови технологии не са съвсем нови. По същество те работят подобно на литиево-йонните батерии, но използват различни материали. Ето някои от най-интересните примери за технологии, които скоро биха могли да направят революция в областта на съхранението на енергия.
Прочетете също: 7 най-готини употреби на ChatGPT
Твърди батерии
Този тип батерии, за разлика от другите, не използват течни или гелообразни електролити, а твърди форми. Такива електролити обикновено са под формата на керамика, стъкло, полимери или сулфити. Твърдотелните батерии са по-ефективни, защото осигуряват повече енергия за същите размери като техните литиево-йонни аналози. Те имат голям потенциал, особено в областта на захранването на електрически превозни средства.
Една твърда батерия има потенциала да реши повечето от изброените по-горе проблеми с днешните литиево-йонни батерии. Стъклена твърда батерия може да има три пъти по-висока енергийна плътност чрез използване на анод от алкален метал (литий, натрий или калий), който увеличава енергийната плътност на катода и осигурява дълъг живот. Твърдият електролит се счита за незапалим или поне устойчив на самозапалване. Незапалимият характер на твърдотелните батерии също намалява риска от прегряване, позволявайки клетките да бъдат опаковани по-плътно, като по този начин се увеличава гъвкавостта на дизайна и насипната плътност.
Големите надежди за тези батерии са свързани с факта, че могат да издържат много по-дълго. И това е голям плюс в днешния свят.
Въпреки това, твърдотелните батерии в момента са на ниско ниво на технологична готовност и фундаменталните изследвания все още продължават, което поражда несигурност и опасения относно високите производствени разходи и мащабируемостта. Предизвикателството също така е да се въведат твърди електролити в процес, който е съвместим със съвременните производствени практики, който не трябва да влияе върху издръжливостта или цената на крайния продукт и в допълнение да добави предимства като по-добра енергия и плътност на мощността, повишена безопасност, и по-висока производителност..
Прочетете също: Тествах и интервюирах чатбота на Bing
Литиево-серни батерии
Литиево-серните (Li-S) батерии (да не се бъркат с "литиево-сярни" - тези вечни батерии се захранват от споровете на украинците) започват да се разработват и изследват от 60-те години на миналия век като ефективно устройство за съхраняване на енергия чрез обратими електрохимични реакции. Въпреки бързото развитие и комерсиализация на технологията за литиево-йонни батерии (LIB), не е постигнат пробив за решаване на критичните технически предизвикателства, пред които са изправени литиево-йонните батерии през следващите десетилетия. Ето защо през 2000-те години Li-S батериите възвърнаха значителен интерес от разработчиците поради техните предимства - ниска цена и висока теоретична специфична енергия. Тези показатели са почти 3 пъти по-високи от характеристиките на сегашните литиево-йонни батерии. Ниската цена и високото съдържание на сяра (т.е. активен катоден материал) прави литиево-серните батерии по-привлекателни от литиево-йонните батерии, предвид факта, че последните използват критични материали като кобалт и никел в производството на катоди.
А в литиево-серните батерии катодът, който е един от двата електрода в батерията, ще бъде направен от сяра. Този елемент е по-балансиран от традиционния никел и кобалт. Такива батерии са по-ефективни от литиево-йонните. Това очевидно може да доведе до по-голям обхват на колите, в които ще се използват. Можем да кажем, че голямото предимство на тези батерии е, че сярата е евтина и широко разпространена суровина. В същото време производственият процес на такива батерии е много подобен на този, използван за производството на литиево-йонни батерии, което означава, че за тяхното производство могат да се използват същите устройства и производствени мощности.
Друго предимство на тези видове батерии е по-малкото количество енергия, необходимо за производството им, с близо 25%. Всички тези характеристики могат да направят производството на литиево-серни батерии много печелившо.
Разработките вече са в разгара си. Компанията Lyten постигна особено значителен успех в тази област. Вече има цяла платформа за батерии LytCell EV. Компанията казва, че нейната батерия е по-евтина и по-безопасна от днешните литиево-йонни батерии и може да се използва в масово произвеждани електрически превозни средства, произвеждани в САЩ до средата на това десетилетие.
Също интересно: Google Bard AI: Всичко, което трябва да знаете
Желязо-въздушни батерии
Този тип батерии работят на базата на процеса на окисление на желязото с помощта на въздух. В процеса на презареждане окислените вещества се превръщат обратно в желязо в процес, известен като обратно окисление. Желязно-въздушните батерии се очаква да станат широко разпространени в близко бъдеще, главно защото позволяват съхранение на енергия близо 25 пъти по-дълго от литиево-йонните батерии.
Поради много големите запаси от желязо и въздух, такива батерии със сигурност биха стрували много по-малко. Според оценки цената им може да бъде около 10 пъти по-ниска от съществуващите батерии! За съжаление, такива батерии имат един съществен недостатък - поради ниската скорост на окисляване на желязото, зареждането им може да отнеме много време.
Стартъпът Form Energy, възникнал на базата на известния Масачузетски технологичен институт (MIT), успешно разработва батерии желязо-въздух. Батериите на Form Energy, според разработчиците, са десет пъти по-евтини от литиевите и използват желязо, което е в изобилие в света. В същото време батериите желязо-въздух могат да издържат по-дълго от литиевите батерии и също така са по-безопасни, тъй като не са запалими.
Единственият недостатък, който се наблюдава в момента, е, че тези батерии се зареждат бавно, което ги прави по-малко жизнеспособна опция от литиевите батерии, например в случай на лаптопи или смартфони. От друга страна, те са отлично решение за съхранение на енергия на ниво национална електрическа мрежа, тъй като могат да осигурят 100 часа съхранение на енергия, много повече от литиевите батерии, които могат да издържат до шест часа. По този начин те могат да улеснят интегрирането на широкомащабни соларни паркове и вятърни паркове.
Също интересно: Феноменът Bluesky: какъв вид услуга и за дълго ли е?
Батерии с натрошен камък
Друг интересен пример за нов тип батерии са тези, които съхраняват топлина вместо електричество. Например израелската компания Brenmiller Energy работи върху използването на алтернативни материали, като скали, за съхранение на топлинна енергия. От 2012 г. Brenmiller Energy използва натрошен камък първо за генериране, а след това за съхранение на топлинна енергия. Такива технологии от своя страна могат да се използват за различни цели, например в промишлеността.
Интересното е, че идеята за използване на трошен камък за съхранение на енергия не е съвсем нова. НАСА, която разполага с много нови технологии, тества технологии за съхранение на топлинна енергия от седемдесетте години на миналия век. За разлика от конвенционалните, батериите, произведени от израелската компания, използват енергия за производство на пара, гореща вода или горещ въздух. Brenmiller Energy казва, че неговата централа, наречена Tempo, ще може да съхранява до 35 MWh енергия, произвеждайки до 14 тона пара на час.
Това е много важно за икономиката на Израел, където до 45 процента от всички емисии, свързани с енергията, идват от сектора на индустриалното отопление. Този проект е за замяна на парни котли, които работят с традиционни изкопаеми горива.
Новите реалности изискват нови решения. Появата на нови видове батерии ще допринесе за развитието на технологиите в областта на енергоспестяването. Може би след няколко години вашият лаптоп или смартфон вече няма да е необходимо да се зарежда всеки ден, защото ще работи един месец или може би дори година с едно зареждане. И в същото време новият тип батерия не само ще пести енергия, но и ще допринесе за опазването на околната среда.
Също интересно: