Harry James
0 
3116
926
Chcete jet za pět set mil za dolar? Chcete, aby váš smartphone vykreslil počítačovou grafiku v kvalitě konzole a dobíjel se jednou týdně? Chcete být schopni používat lehké nositelné brýle Google Glass na konci týdnů, aniž byste se museli starat o jejich nabíjení?
Všechny tyto skvělé technologické aplikace čekají na lepší technologii baterií. Technologie baterií roste pomaleji než jiné technologie (jako je rychlost procesoru a úložiště počítače) a nyní je dlouhou stanovou stanicí v ohromujícím počtu průmyslových odvětví. Existuje dobrý důvod se domnívat, že současné lithium-iontové technologie dosahujeme některých základních limitů a na obzoru je řada vzrušujících technologií. Dnes se podíváme na čtyři z nejslibnějších možností.
Lepší baterie stojí na tom, aby se elektromobily staly praktickými, upevňovaly mobilní zařízení před nabitím a umožnily zcela nové třídy lehkých, dlouhotrvajících nošení. Zde je návod, jak to udělají:
3. Dvouhlíkové baterie
Kromě toho, že nejsme tak hustí, jak bychom si mohli přát, existují další závažná omezení existující technologie lithium-iontových baterií - zejména doba nabíjení, volatilita a degredace.
Nabíjení lithium-iontových baterií trvá čas - často několik hodin, a to i při použití nejlepší technologie - a přestože jsou pravděpodobně bezpečnější než benzín, během provozu se zahřívají (zejména vysoce výkonné baterie, jako jsou baterie používané v elektrických vozidlech). Pokud není odvod tepla řádně zvládnut, může výsledná reakce na únik způsobit požár nebo dokonce výbuch.
A co je ještě horší, cyklus nabíjení a vybíjení lithium-iontových baterií je destruktivní: po pouhých dvou set padesáti cyklech vybíjení a lithium iontových baterií již ztratily asi dvacet procent své kapacity. To je v pořádku pro trhy, jako jsou smartphony, kde lidé každý rok vyměňují svá zařízení, ale je to problém pro trhy, jako je elektrické vozidlo, které by lidé pravděpodobně rádi používali roky, aniž by museli vyměňovat toxickou a nákladnou bateriovou součást..
Nyní společnost volala “Power Japan Plus” si myslí, že má řešení, a “duální uhlík” baterie. Tato technologie baterie nahrazuje anodu a katodu baterie (kladné a záporné svorky, obvykle vyrobené z vysoce reaktivního kovu jako je oxid lithný) obyčejným uhlíkem, který je dosti inertní. Výsledkem je baterie, která neuchovává výrazně více energie než lithium-iontová technologie, ale řeší mnoho dalších omezení současných baterií..
Dvouhlíkové baterie se mohou nabíjet dvacetkrát rychleji než lithium-iontová technologie, během provozu neprodukují teplo a je mnohem méně pravděpodobné, že se vznítí. Také se degradují mnohem pomaleji (jsou dobré asi tři tisíce cyklů). Protože uhlík je snadno dostupný a chemicky neškodný, jsou také levné, relativně netoxické a recyklovatelné.
Chris Craney, hlavní marketingový ředitel společnosti, si myslí, že baterie budou nakonec pro elektrická auta velkým problémem: při rozhovoru s Atlantikem řekl,
“Máme ambiciózní tvrzení […] Pokud existuje [elektrická vozidla] společnost, která se chce vyšplhat na úroveň Tesla, byli bychom dobrou společností, se kterou bychom si mohli promluvit. […] Abychom byli odvážní, jsme přesvědčeni, že jsme hlavním řešením pro současný průmysl elektrických vozidel.”
Společnost plánuje letos zahájit výrobu baterií pro první použití v lékařských zařízeních.
2. Lithium-vzduchové baterie
Jiným přístupem ke zvýšení hustoty baterií je modifikace chemie tak, aby reakce vytvářející energii odebírala kyslík z vnější atmosféry (a při dobíjení produkovala kyslík), jako v případě lithium-vzduchových baterií. IBM tuto technologii sleduje mimo jiné jako případný svatý grál baterie.
Použitím atmosférického kyslíku namísto ukládání kyslíku v baterii můžete drasticky zvýšit hustotu skladování, což teoreticky nabízí zvýšení hustoty až čtyřicetkrát ve srovnání s konvenčními lithiovými články, což vede k elektrickým automobilům, které mohou cestovat tisíce kilometrů za poplatek. Stávající prototypy zdvojnásobily současné lithium-iontové buňky dvojnásobkem. Tyto hustoty se blíží teoretickému limitu toho, čeho lze chemickou baterií dosáhnout.
Tato technologie baterií je několik způsobů, jak vypnout (IBM odhaduje 5 až 15 let), ale v mnoha ohledech představuje svatý grál chemických baterií - nejlepší možná hustota pro danou hmotnost. Dobíjecí lithium-vzduchové baterie mohou soupeřit s benzínem o hustotu energie, což je v konvenční technologii baterií neslýchané. Stránka IBM pro jejich výzkumný projekt to popisuje takto:
Elektrická auta dnes mohou běžně cestovat jen asi 100 mil na současné technologii baterií, která se nazývá lithium-iontová (LIB). […] Uznávajíc to, společnost IBM zahájila projekt Battery 500 v roce 2009 s cílem vyvinout nový typ technologie lithium-vzduchových baterií, u nichž se očekává desetinásobné zvýšení energetické hustoty, čímž se dramaticky zvýší množství energie, kterou mohou tyto baterie vytvářet a ukládat. Vědci IBM dnes úspěšně demonstrovali základní chemii procesu nabíjení a nabíjení lithium-vzduchových baterií.
1. Ultra kondenzátory grafenu
Dalším spekulativnějším přístupem ke zlepšení výkonu baterií je zcela odstranit příčinu „baterie“. Alternativou k technologii baterií je to, co se nazývá kondenzátory: nabité desky, oddělené rezistorem. Elektřina může být uložena v kondenzátoru jako elektrostatické pole a poté vybita později (přemýšlejte o vybudování statického náboje na vašem těle mazlením kočky a poté vypuštěním těla do kliky).
Konvenční kondenzátory mají vážné limity na množství náboje, které mohou uložit, a také na to, jak pomalu mohou tento náboj uvolnit. Použitím materiálů jako je grafen, které mají pro svou hmotnost a objem enormně velké povrchové plochy, je však možné vytvořit buňky s enormní kapacitní a energetickou hustotou srovnatelnou s konvenčními bateriemi..
Tito „ultrakondenzátory“ by se při každém nabíjecím cyklu nerozkládali a bylo by možné je nabíjet během několika sekund. Stávající prototypy nevykazují žádné snížení kapacity během 10 000 nabíjecích cyklů a vykazují hustotu energie srovnatelnou s tradičními lithium-iontovými bateriemi. Budoucí vylepšení v oblasti materiálních věd by mohla tato čísla ještě zvýšit.
V blízké době někteří zasvěcenci hlásí, že Tesla vyvíjí grafenový ultrakondenzátor, který by se mohl nabíjet během několika sekund a zdvojnásobit dosah svých elektrických aut na 500 mil za náboj. Elon Musk se o této myšlence zmínil již dříve:
“Kdybych měl udělat předpověď, myslel bych si, že existuje dobrá šance, že to nejsou baterie, ale superkondenzátory.”
Všechny tyto technologie budou pravděpodobně hrát roli v krátkodobém i dlouhodobém horizontu, protože se začneme pohybovat kolem lithium-iontové technologie, kterou používáme po celá desetiletí. Přechod pravděpodobně nebude úplně půvabný nebo tak rychlý, jak bychom si mohli přát, ale umožní nové aplikace a technologie, které změní svět na další desetiletí.
Co si myslíte, že bude energetická technologie budoucnosti? Budou to baterie, kondenzátory nebo něco jiného? Sdílejte své myšlenky v sekci komentářů níže!