Что придет на смену литий-ионным батареям?

Что придет на смену литий-ионным батареям?

Мы рассмотрели, какие технологии могут изменить мир электроники в будущем. Натриевые батареи, емкость которых удваивается, наиболее близки к массовому производству. За ними следуют графеновые суперконденсаторы и ядерные технологии.

Натрий как конкурент литий-ионной технологии

По мнению многих исследователей, этот щелочной металл должен заменить дорогой и редкий литий, который также реактивен и пожароопасен. Принцип работы литиевой батареи аналогичен принципу работы натриевой батареи: они используют ионы металла для переноса заряда.

В течение многих лет ученые в различных лабораториях и институтах боролись с недостатками натриевой технологии, такими как медленная зарядка и низкий уровень тока. Некоторым удалось решить эту проблему. Экспериментальные батареи BroadBit [A], например, могут заряжаться за пять минут и имеют емкость в 1,5-2 раза больше. Компания получила несколько наград в Европе, включая Radar Innovation Award, Eureka Innovest Award и другие, а также прошла сертификацию, построила завод и получила патенты.

Может ли графен заменить обычные литий-ионные батареи?

Графен представляет собой плоскую решетку из атомов углерода толщиной в один атом. Большая площадь поверхности в компактном объеме, способном удерживать заряд, делает графен идеальным материалом для создания компактных суперконденсаторов.

Уже имеются экспериментальные модели с емкостью до 10 000 фарад. Один из таких суперконденсаторов был разработан компанией Sunvault Energy в сотрудничестве с Edison Power [A]. Разработчики утверждают, что в будущем они представят модель, которая будет обеспечивать энергией целый дом.

Эти суперконденсаторы имеют множество преимуществ: они заряжаются практически мгновенно, являются экологически чистыми, безопасными, компактными и доступными. Благодаря новой технологии производства графена, аналогичной печати на 3D-принтере, Sunvault обещает, что стоимость батарей почти в десять раз ниже, чем у литий-ионной технологии. Однако до промышленного производства еще далеко.

У Sanvault также есть конкуренты. Группа ученых из австралийского Университета Суинберна также представила суперконденсатор из графена с емкостью, сравнимой с емкостью литий-ионных батарей. Его можно зарядить за считанные секунды. Он также является гибким и поэтому может использоваться в устройствах с различными форм-факторами и даже в носимых устройствах.

Перспективны ли ядерные батареи?

Ядерные батареи все еще очень дороги. В ближайшем будущем они не смогут конкурировать с привычными нам литий-ионными батареями, но мы не можем позволить себе не упоминать о них, потому что источники, непрерывно генерирующие энергию в течение 50 лет, гораздо интереснее батарей.

Принцип их работы несколько схож с принципом работы солнечных батарей, с той разницей, что источником энергии для них является не солнце, а изотопы, испускающие бета-излучение, которое затем поглощается полупроводниковыми элементами.

В отличие от гамма-излучения, бета-излучение практически безвредно. Это поток заряженных частиц, которые легко экранируются тонкими слоями специальных материалов. Он также активно поглощается воздухом.

Однако эти бета-гальванические источники энергии маломощны и чрезвычайно дороги.

У никеля-63 также есть конкуренты. Университет Миссури [A], например, уже давно экспериментирует со стронцием-90, а миниатюрные бета-гальванические батареи на основе трития уже поступили в продажу. При цене около тысячи долларов они могут питать различные кардиостимуляторы и датчики или компенсировать саморазряд литий-ионных батарей.

Может ли водород заменить литий в качестве топлива?

Однако водород не может быть классифицирован как носитель электроэнергии. Обычно они используются в другом типе двигателя внутреннего сгорания. То есть, они специально основаны на сжигании продукта с неэлектрическим выходом энергии. Недостатками водорода являются его взрывоопасность и опасность того, что в высоких концентрациях он токсичен для человека.

Многие хотят предсказать будущее и надеются на зарядное устройство для электромобилей, которое полностью заряжает батареи за 5 минут. В настоящее время возможными заменителями литий-ионной технологии являются натрий и графен.