Головна Сьогодні

На зміну літій-іону прийдуть батарейки з радіоактивних алмазів, які будуть служити 2-3 тисячі років

Велика вага і недостатня ємність традиційних джерел струму стали перепоною для подальшого розвитку техніки і сприяли розробці нових технологій

Проці пристроїмизгадуємохібащоу випадках,коливневідповідниймоментгаснеекрансмартфонаабонаморозіперестаєзаводитисяавтомобіль.Вонизавждизалишаютьсявтініпоручзіншимискладовимиоточуючої нас техніки.Мишвидшезвернемоувагунадіагональекранугаджета,якістькамеривньомуабо(вразімашини)напотужністьдвигуна...Алечимдалі,тимсильнішевідчуваєтьсязалежністьтехнічногопрогресувідвластивостейакумуляторівелектричноїенергії.

ФІНАЛ ЕПОХИ ЛІТІЙ-ІОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

У сучасній техніці в переважній більшості випадків використовуються накопичувачі електричної енергії, побудовані за одним і тим же принципом: у водонепроникному корпусі розташовується пара електродів з різних матеріалів, вміщених в електроліт – розчин спеціально підібраних речовин. Уже сотню років тому акумуляторні батареї перестали виглядати, як на картинках із старовинних підручників – вузькі циліндри, поміщені в банку з соляним розчином. Зараз вони представляють собою тоненькі смужки, перекладені пористим матеріалом, просоченим електролітом, і упаковані в компактний корпус.

В останню чверть століття найпоширенішим типом акумуляторів стали так звані літій-іонні (розроблені майже століття тому, але в промислових масштабах почали проводиться тільки з 1991 р). У них один з електродів виготовлений з літійових речовини, другий – з графіту. Широке поширення цих пристроїв обумовлено солідним переліком переваг: заряджаються набагато швидше за своїх попередників, більш місткі, служать довго. В останні роки вдалося пристосувати їх (збільшити максимальний струм розряду і ємність) для роботи з потужним обладнанням – наприклад, електродвигунами. Тому літій-іонні акумулятори використовуються майже повсюдно – вони живлять і дрібну побутову електроніку, і все активніше входять у наше життя електрокари. Однак все йде до того, що настав час шукати заміну технології, що цілком виправдовує себе останню чверть століття.

Справедливостізарадислідзазначити,щовавтомобілебудуваннідосінезаміннимизалишаютьсясвинцево-кислотніакумулятори:великапотужністьвпоєднанніздешевизноюінадійністюперекриваютьїхнедоліки(наприклад,значнігабаритиівага).

ТЕХНОЛОГІЇ, ЯКІ ПРИХОДЯТЬ НА ЗМІНУ БАТАРЕЙЦІ

Отже, літій-іонні акумулятори при всіх їх плюсах вже не справляються зі зростаючими запитами людства, і особливо це помітно в автомобілебудуванні. Такі накопичувачі досить важкі (хоча і незрівнянно легше їх свинцево-кислотних побратимів) і, що набагато серйозніше, – не володіють ємністю, потрібної для досить великого пробігу авто без підзарядки. Така особливість змушує компанії витрачатися на дорогу інфраструктуру у вигляді густої мережі зарядних станцій. Нарешті, хоч і дуже рідко, але такі акумулятори можуть загорятися і вибухати. Пошуки альтернатив цього типу батарей сьогодні інтенсивно ведуться в багатьох країнах.

ГРАФЕН.Одинз найбільшперспективних(ірозрекламованихвзасобахмасовоїінформації)напрямківвтехніці-розробкановихматеріалівзатоміввуглецю.Наподібнінаноматеріалипокладаютьсяособливінадіїчерезнедосяжнихвіншихречовинахміцності,ваги,електричнихвластивостейіщедоброгодесяткапараметрів.Так,дужеперспективнимвважаєтьсяматеріалграфен,що представляєсобоюплоскусіткутовщиноюватомзшестикутників,у вершинахякоїзнаходятьсяатомивуглецю.

ЗовсімнедавноіспанськакомпаніяGraphenanoпредставилаодинзпершихповноцінних,готовихдо виходунаринокграфеновихакумуляторів,іцюбатареювжеможнавважатидужесерйознимконкурентомлітій-іоннимпобратимам.Адженовинкав2разилегше,майжена80%дешевше,азаряджаєтьсянатретинушвидшесвоїхпобратимів.Нарешті,графеновийакумуляторне виділяєніякихгазівіне вибухонебезпечний.

Незабаром після повідомлення іспанців на презентації в Пекіні публіці представили китайський графеновий акумулятор для побутової електроніки. Дітище компанії Dongxu Optoelectronics має ємність в 4800 мАг (передбачається, що у iPhone 7 буде батарея ємністю 1960 мАг), повністю заряджається це китайське чудо за чверть години і витримує 3,5 тис. циклів зарядки-розрядки. Ці показники в 5-7 разів перевершують показники літій-іонної батареї. Правда, китайці нічого не сказали про дату виходу батареї на ринок. У будь-якому випадку, судячи з двох наведених анонсів, чекати масової появи графенових накопичувачів залишилося недовго.

new_image2_235

Перспектива.Акумуляторизграфенуось-осьвийдутьнаринок.

ВОДНЕВІ ЕЛЕМЕНТИ.У цих пристроях вироблення електроенергії здійснюється за рахунок з'єднання іонів водню з електронами металевих електродів. Однак крім габаритів запеклою перешкодою для широкого впровадження цього типу акумуляторних батарей є відсутність компактних і безпечних способів зберігання водню (нагадаємо, що в суміші з киснем повітря цей газ вибухонебезпечний). Якщо судити по частим публікаціям в ЗМІ, в усьому світі зараз йде енергійний пошук полімерів, які могли б безпечно накопичувати водень, як губка, і віддавати його в міру необхідності. У 2015 р британська компанія Intelligent Energy анонсувала конструкцію водневого акумулятора, здатного прийти на зміну літій-іонним. На ринку нова батарейка повинна з'явитися через пару років. За твердженням розробників, форм-фактор нових джерел енергії дозволить встановлювати їх в уже існуючі гаджети, хіба що кришка знадобиться вдосконалена – адже при роботі водневого акумулятора виділяється водяна пара, і її потрібно відводити з корпусу. Зате працювати такий пихкаючий паром смартфон зможе тиждень без підзарядки.

new_image3_204

Водневібатареї.Суміснізіснуючимигаджетами.

ПРОТОЧНІ СИСТЕМИ.У цьому виді перезаряджаються джерел живлення енергія генерується при взаємодії двох рідин, розділених мембраною, здатною пропускати заряджені частинки. Рідкі електроліти зберігаються в двох зовнішніх ємностях. Якщо прокачувати рідини через осередок з мембраною, то при русі вони почнуть обмінюватися іонами і виробляти електричний струм. Зворотний процес дозволяє накопичувати енергію в електролітах. Найважливіша перевага проточних акумуляторів полягає в можливості зберігання електролітів в ємностях, окремо від електродів (в звичних нам джерелах енергії всі складові втиснуті в один корпус). Для збільшення потужності батареї потрібно просто взяти бочки побільше, збільшивши обсяг контейнера. Це робить акумулятор ідеально придатним для зберігання великих запасів енергії. Правда, поки цей вид накопичувачів не може конкурувати з популярними літій-іонними батареями.

Проточніакумуляториможутьзнайтизастосуваннятам,денемаєобмеженьврозмірахпристрою,алеважливавартістьенергії.Наприклад,їхможнарозміщувативпідсобнихприміщенняхжитловихбудинківабонаелектростанціях-длязгладжуванняпіківспоживання.Дужеперспективновиглядаєроботапроточнихакумуляторіввдуетізсонячнимибатареямиівітрогенераторами.Якщообсягрезервуаразелектролітамизробитибільше2тис.літрів,тозаденьцілкомможназапастисяенергієюдлязабезпеченнядобовихпотребвсьогобудинку.

Є,втім,ісерйознийнедолік,який заважаєрозвиткупроточнихакумуляторів:високатоксичністьвикористовуванихвелектролітахречовин.

new_image4_167

Об'ємнаріч.Проточніакумуляторигроміздкі,алеємні.

ЯДЕРНІ БАТАРЕЙКИ.Привпливірадіоактивноговипромінюваннянаалмаз,цеймінералгенеруєслабкий електричнийструм.Аалмаз-тойжеграфіт,тількимаєіншу будову.ВченіБрістольськогоуніверситетузапропонуваливиготовлятиштучніалмазизрадіоактивногографіту.Виходить,щокристалстанеіджереломвипромінювання,іосередкомдлявиробленняенергії.Навітьджерелопотрібної сировинизнайдене:ним може статирадіоактивнийграфіт,що у великихкількостяхутворюєтьсяприроботіядернихреакторів.

Хоча значною потужністю така ядерна батарейка не відрізняється, але зате може забезпечувати стабільну напругу і струм на протязі тисячі років (період напіврозпаду вуглецю-14, ізотопу, з якого пропонується виготовляти батареї, – 5,7 тис. років). Для того, щоб екранувати небезпечне радіоактивне випромінювання, що супроводжує роботу такого пристрою, пропонується покривати його оболонкою з того ж алмазу, але вже з нерадіоактивного. Таким чином, радіоактивні ізотопи виявляються абсолютно ізольованими від навколишнього середовища в твердому водонепроникному футлярі. Застосування ядерним батареям можна знайти всюди, де потрібно дуже стабільне електропостачання невеликої потужності протягом тривалого часу. Наприклад, всілякі прилади, вживлені в тіло людини (на кшталт кардіостимуляторів). Додаткова вигода від широкого впровадження таких елементів живлення – можливість хоча б частково утилізувати гори небезпечних радіоактивних відходів.

Підпишись на наш telegram

Лише найважливіше та найцікавіше

Підписатися
Читайте Segodnya.ua у Google News
Джерело: Сьогодні

Новини партнерів

Популярні статті

Новини партнерів

Натискаючи на кнопку «Прийняти» або продовжуючи користуватися сайтом, ви погоджуєтеся з правилами використання файлів cookie.

Прийняти