Что заменит литий-ионные батареи?

Чем заменят литий-ионные аккумуляторы

Мы решили посмотреть, какие технологии могут изменить мир электроники в будущем. Наиболее близкими к массовому производству являются натриевые батареи с удвоенной производительностью. За ними следуют графеновые суперконденсаторы и атомная технология.

Натрий как конкурент литий-ионной технологии

По мнению многих исследователей, именно этот щелочной металл должен заменить дорогой и редкий литий, к тому же химически активный и пожароопасный. Принцип работы литиевой батареи аналогичен принципу действия натриевой — они используют ионы металлов для передачи заряда.

В течение многих лет ученые из различных лабораторий и институтов боролись с недостатками натриевой технологии, такими как медленная зарядка и низкие токи. Некоторым удалось решить проблему. Например, опытные аккумуляторы BroadBit [A] заряжаются за пять минут и имеют в 1,5–2 раза большую емкость. Получив несколько наград в Европе, таких как Innovation Radar Prize, Eureka Innovest Award и ряд других, компания перешла к сертификации, строительству завода и получению патентов.

Способен ли графен заменить стандартные литий-ионные батареи?

Графен представляет собой плоскую кристаллическую решетку из атомов углерода толщиной в один атом. Благодаря огромной площади поверхности в компактном объеме, способном накапливать заряд, графен является идеальным решением для создания компактных суперконденсаторов.

Уже есть экспериментальные модели емкостью до 10 000 фарад! Суперконденсатор такого типа был создан Sunvault Energy совместно с Edison Power [A]. Разработчики заявляют, что в будущем они представят модель, обладающую достаточной энергией для питания всего дома.

У таких суперконденсаторов множество преимуществ: возможность практически мгновенной зарядки, экологичность, безопасность, компактность, а также доступность по цене. Благодаря новой технологии производства графена, сродни 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 тоже есть конкуренты. Группа ученых из Университета Суинберна, Австралия, также представила графеновый суперконденсатор, сопоставимый по емкости с литий-ионными батареями. Его можно зарядить за несколько секунд. Кроме того, он гибкий, что позволит использовать его в устройствах разного форм-фактора и даже в элементах нарядной одежды.

Перспективны ли ядерные батареи?

Ядерные батареи по-прежнему очень дороги. В ближайшем будущем они не смогут конкурировать с привычными нам литий-ионными батареями, но нельзя не упомянуть о них, потому что источники, которые непрерывно вырабатывают энергию в течение 50 лет, намного интереснее аккумуляторов.

Принцип их работы в некотором смысле аналогичен принципу действия солнечных элементов, только вместо солнца их источником энергии являются изотопы с бета-излучением, которое затем поглощается полупроводниковыми элементами.

В отличие от гамма-излучения, бета-излучение практически безвредно. Это поток заряженных частиц, который легко экранируется тонкими слоями специальных материалов. Также он активно поглощается воздухом.

Однако такие бета-гальванические источники питания маломощны и чрезвычайно дороги.

У Никеля-63 тоже есть конкуренты. Например, Университет Миссури [A] давно экспериментирует со стронцием-90, и на рынке можно найти миниатюрные бета-гальванические батареи на основе трития. По цене около тысячи долларов они могут питать различные кардиостимуляторы, датчики или компенсировать саморазряд литий-ионных батарей.

Может ли водородное топливо заменить литий?

Однако водород нельзя классифицировать как переносчик электричества. В типичном случае они используются в другом типе двигателя внутреннего сгорания. То есть они основаны именно на сжигании продукта с выработкой энергии, что не является электроприводом. Недостатками водорода являются взрывоопасность и опасность того, что в высоких концентрациях он токсичен для человека.

Многие хотят предсказать будущее и ждут, когда зарядное устройство для электромобиля полностью зарядит аккумуляторы за 5 минут. На данный момент натрий и графен являются потенциальными заменителями литий-ионной технологии.