Едва ли има човек, на когото да не е досадно постоянното презареждане на батерията на телефона. През 2021 година учените по света направиха някои технологични пробиви, които могат рязко да променят ситуацията. Струва си да погледнем с надежда и да държим под око бъдещото развитие на тези технологии.
Батерия зарежда телефона за 1-5 минути
Учени от Австралийския институт по биоинженеринг и нанотехнологии при Университета на Куинсланд показаха нов тип алуминиево-йонна батерия, която може да се зарежда десет пъти по-бързо от днешните нейни литиево-йонни „колеги“. Същевременно издържа много по-дълго и не се нуждае от охлаждане.
Това значи, че мобилен телефон, работещ с тази алуминиево-йонна технология, може да се зареди напълно за има-няма 5 минути. Ако отнесем подобно постижение към света на електрическите автомобили – автомобил, който се зарежда супер бързо, та макар и по-често, навярно би бил предпочитан от мнозина. Батерията zиздържа на 2000 пълни цикъла на зареждане и разреждане без видимо влошаване на капацитета. Това означава най-малко пет години стабилна работа. Очаква се подобни батерии да са и евтини, защото не се нуждаят от литий.
Но… винаги има едно „но“. Какво е то? Технологията няма да е приложима за електромобили в скоро време. Те са големи консуматори и ако бързо „дръпват“ големи количества електричество от мрежата, може да я сринат.
Преносима, гъвкава батерия, която се захранва с пот
Преносима, гъвкава, захранвана от пот – вече е ясно, че най-подходяща ще да е за смарт-часовници и други преносими джаджи. Тя е мека и разтеглива, така че може да се вгражда в каишките на часовниците. Разработена е от учени от Сингапурския технологичен университет Нанянг. Те я „отпечатали“ върху плосък текстил, абсорбиращ потта. Този текстил от своя страна може да бъде интегриран във вещи като презрамки или ленти за китки, които са свързани с преносимите устройства като смарт-часовници или биосензори. Тъй като текстилният субстрат се напоява силно, той гарантира, че винаги има пот на разположение на батерията, дори ако човекът не се поти дълго време.
Засега батерията има скромни умения от гледна точка на капацитет – може да захранва температурен сензор, например. Очаква се обаче производителността й да се подобри. В същото време тя не съдържа токсични химикали или тежки метали, така че не допринася за проблема с вредните електронни отпадъци.
Батерия-сандвич за ултра-бързо зареждане
Учените, създали тази батерия, бързо станаха популярни из интернет заради своята илюстрация със сандвич – с филийки, резени домат и къс месо по средата. Но откритието им си е съвсем сериозно. Новият вид батерия може да зарежда бързо. Колко бързо? Ами може да зареди електромобил за 10 минути. Представете си тогава за колко време ще зарежда смартфон!
Моделът използва високоефективен литиев метал и твърд електролит, за да остане стабилен в продължение на хиляди цикли.
Заигравката със сандвича идва от начина на боравене с лития. „Литиево-металната батерия се счита за светия граал за химията на батериите поради високите капацитет и енергийна плътност“, казва Син Ли, доцент по материалознание в Харвардското училище за инженерни и приложни науки. „Но стабилността на тези батерии винаги е била слабото им място.“ Литият прави „иглички“, които пробиват мембраните в батериите и това води до късо съединение. Използването на твърд електролит вместо течен е един от начините, по които учените се надяват да избегнат проблема. И за да си гарантират безопасността, изследователите са наредили няколко пласта, подобно на… сандвич.
Руската батерия, която се зарежда 10 пъти по-бързо
В Русия също се създават иновации и светът на батериите не прави изключение. Учени от държавния университет в Санкт Петербург разработиха акумулатор, способен да се зарежда десет пъти по-бързо от литиево-йонните си „колеги“. Освен това е по-безопасен от гледна точка на риска от взривяване и пожар.
За хора като мен, които не са били отличници по химия в училище, съставът на тези батерии е мистерия: става дума за редокс-активни полимери с нитроксилно съдържание. За тях учените казват, че се характеризират с висока енергийна плътност (количество енергия на единица обем) и скорост на зареждане и разреждане в резултат на редокс (редукционно-окислителни) реакции.
Учените са работили няколко години по създаването на „правилния“ полимер. Всъщност, от 2016 година насам.
„Батерията, създадена с помощта на нашия материал, ще се зарежда за секунди – около десет пъти по-бързо от литиево-йонната. На този етап обаче тя изостава с 30-40% по отношение на капацитета. Сега работим за увеличаването му“, казва Олег Левин, ръководител на научния екип.
Литиева батерия с отворена структура за 10 пъти по-бързо зареждане
Учени от университета в Твенте в Холандия създадоха експериментална литиево-йонна клетка, която се отличава с „отворена и правилна“ кристална структура на електродите. Това позволява зареждане с 10 пъти по-висока скорост от днешните устройства.
Ключът към постижението, според изследователите, е в използването на алтернативен материал, наречен никелов ниобат. От него учените са направили анод, който е по-добър от сегашните графитени „събратя“. С него батерията гарантира ултра-бързи скорости на зареждане: 10 пъти по-бързо от днешните батерии. Учените също така отбелязват, че никеловият ниобат е по-компактен от графита и следователно има по-висока обемна енергийна плътност, което означава, че батериите ще са по-леки и по-компактни.
Това не е всичко. Промяната на обема при никеловия ниобат е минимална по време на работа, затова 81 процента от капацитета му се запазва за 20 000 цикъла. Това би означавало над 54 години работа с минимална деградация на батерията!
Батерия с готварска сол задържа 6 пъти повече енергия
Учени от Станфордския университет създадоха батерия, която предлага около шест пъти по-голям капацитет за съхранение от днешните литиево-йонни решения. В основата й е добре познатата готварска сол.
Новата батерия е описана като батерия с алкален метал и хлор и се основава на химически съединения, използвани за съхранение на енергия още през 70-те години на миналия век – става дума за литиево-тионилов хлорид. Тези батерии са високо ценени заради високата си енергийна плътност, но разчитат на силно реактивния елемент хлор, което ги прави за многократно презареждане.
Сега учените са надхитрили конструкцията на батерията и са намерили начин да я направят презареждаема. При зареждане или разреждане хлорът образува натриев хлорид – NaCl – тоест готварска сол.
Засега броят на възможните презареждания е малък – едва 200. Това може да се подобри. Огромното предимство на батерия с подобна висока енергийна плътност остава капацитетът. Това означава, че за захранването на един мобилен телефон ще е достатъчен акумулатор с размера на дребна стотинка.
Литиева батерия, която издържа 70 години
Ако литиевата батерия е способна да издържи на 70 години постоянна работа, някои от нас може и да не доживеят да видят как ще се развали. На всичкото отгоре тя ще може и да се зарежда за няколко секунди. Стана ли дума, че е дело на руски учени?
Става дума за батерия, базирана на веществото дифениламин. Авторите са тествали капацитета на устройството след 25 000 цикъла на зареждане и разреждане и са установили, че капацитетът е спаднал до една трета от първоначалния. 25 хиляди разреждания, дори да се случват по едно на ден, са си почти 70 години!
Още по-интересното е, че зареждането на подобна батерия отнема само няколко секунди.
