Аккумуляторы будущего: заряд за несколько секунд и работа на протяжении месяца
Смартфоны, планшеты и прочие гаджеты работают от батарей. От батарей зависит не только время работы устройства, но и время, необходимое для зарядки аккумулятора. В данной статье мы собрали последние разработки и инновации из области аккумуляторов. От источников питания, которые заряжаются за 30 секунд, до технологий передачи заряда по воздуху. Возможно, некоторые из описанных технологии скоро появятся в наших устройствах.
Исследованиями аккумуляторов занимаются крупнейшие производители электроники и автомобильные корпорации. Современные электронные компоненты и оптимизация программного обеспечения позволяют несколько увеличить время работы устройства от батареи. Тем не менее, обычно мобильное устройство работает от аккумулятора не более двух дней.
Итак, давайте перейдем непосредственно к рассмотрению наиболее интересных разработок в сфере аккумуляторных батарей.
Биологическое зарядное устройство Bioo
Известно, что растения используют солнечную энергию для накопления веществ, богатых энергией. Новое зарядное устройство Bioo позволяет использовать продукты фотосинтеза для зарядки мобильных устройств, планшетов и смартфонов. Это не прототип, устройство уже в продаже.
Заряжать можно 2-3 раза в день, сила тока на выходе составляет 5 ампер, напряжение — 3,5 вольт. Выделение электроэнергии происходит за счет химического взаимодействия органических веществ и воды. USB порт замаскирован под камень.
Батареи на золотых нанопроводниках
Емкость обычного аккумулятора снижается с увеличением количества зарядок. Ученые из калифорнийского университета разработали батареи с золотыми нанопроводниками, которые можно перезаряжать сколько угодно раз.
Нанопроводники, толщина которых в тысячи раз тоньше человеческого волоса, открывают огромные возможности аккумуляторов будущего. Однако в процессе повторных зарядок они постепенно разрушаются. Золотые нанопроводники в гелевом электролите лишены этого недостатка. В процессе тестирования батареи перезаряжали 200 000 раз в течении трех месяцев и даже после такой значительной нагрузки их емкость осталась прежней.
Твердотельные литий ионные батареи
Твердотельные батареи отличаются высокой надежностью. В статье, опубликованной исследователями из компании Toyota, описаны тесты твердотельных аккумуляторов, в которых используется сульфидные супер ионные проводники. Проще говоря, они разработали хорошие батареи.
Батареи, которые могут работать как супер конденсаторы, полностью заряжаясь и разряжаясь за семь минут — идеальны для электроавтомобилей. То, что батареи твердотельные, также означает высокую надежность и безопасность работы. Такие батареи могут работать при температурах от -30 до +100 градусов Цельсия.
На данном этапе основной проблемой для ученых является электролит, так что на прилавках такие аккумуляторы появятся еще не скоро. Однако это верных шаг на пути к безопасным и быстро заряжающимся аккумуляторам.
Топливные аккумуляторы для смартфонов и дронов
Ученые из университета Южной Кореи создали топливные батареи из пористой нержавеющей стали, пленочного электролита и электродов с минимальной теплоемкостью. Получившиеся в результате батареи, могут работать значительно дольше, чем литий ионные. От новых топливных аккумуляторов смартфоны смогут работать в течение недели, а дроны оставаться в воздухе более часа.
Графеновые автомобильные аккумуляторы
За графеновыми батареями будущее. В компании Graphenano были разработаны батареи Grabat. Электроавтомобиль с таким аккумулятором может проехать до 800 километров от одной зарядки.
Как утверждают представители компании, батареи полностью заряжаются всего за несколько минут. Они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее литий ионных аккумуляторов. Емкость графеновых батарей 2,3 В огромная — 1000 Wh/kg. Емкость аналогичной литий ионной батареи составляет всего 180 Wh/kg.
Микросуперконденсаторы, изготовленные по лазерной технологии
Ученые из Rice University совершили прорыв в области микросуперконденсаторов. Сейчас изготовление этих устройств очень дорого, однако использование лазеров может коренным образом изменить ситуацию.
Использование лазера для прожига электродов на пластиковой подложке позволяет значительно сократить стоимость и затраты труда при производстве. В результате получаются батареи, которые могут заряжаться в 50 раз быстрее, а разряжаться значительно медленнее современных суперконденсаторов. Кроме того, новые батареи очень износостойкие, в процессе тестирования они выдерживают 10000 нагрузок на изгиб.
Натрий ионные батареи
Натрий ионные батареи были созданы исследователями французской компании RS2E и использовались в ноутбуках. Стандарт, по которому были изготовлены батареи, позволяет использовать их не только в ноутбуках, но и в автомобилях типа Tesla Model S.
Технология изготовления аккумуляторов держится в строжайшем секрете. Батарея размером 6,5 сантиметров может выдавать 90 Ватт в час на килограмм.
Пенные батареи
В компании Prieto верят, что батареи будущего будут изготавливать по технологии 3D. Исследователи компании занимаются разработкой аккумуляторов на основе пористой меди.
Благодаря использованию не воспламеняющегося электролита такие батареи будут не только безопаснее, но смогут дольше функционировать, быстрее заряжаться, иметь большую емкость при меньшем объеме и более высокую плотность.
Батареи Prieto предназначены для небольших устройств, таких как носимая электроника. Однако, размер батарей можно увеличить для применения в смартфонах и электроавтомобилях.
Твердотельные батареи
Исследователи из MIT совместно с Samsung разработали твердотельные батареи, которые по многим показателям значительно превосходят современные литий ионные аккумуляторы. Новые батареи безопаснее, мощнее и работают дольше.
В литий ионных аккумуляторах используется жидкий электролит, через который происходит передача заряда между электродами. Жидкий электролит пожароопасный и ограничивает продолжительность жизни батареи.
Согласно сообщению из MIT, новые батареи могут выдерживать сотни тысяч перезарядок, перед тем как их емкость начинает снижаться. Емкость новых батарей на 20-30 % выше современных аналогов. Использование твердого электролита исключает воспламенение, что делает их идеальными для использования в электроавтомобилях.
Нано «желток» увеличивает емкость в три раза и заряжается за 6 минут
Новая разработка ученых из MIT, в которой используется так называемый нано «желток», позволяет увеличить емкость аккумулятора в три раза. Заряжается такой аккумулятор всего за 6 минут. Кроме того, время жизни такой батареи дольше, чем у обычной. Изготовление батарей относительно недорого и технология скоро пойдет в производство.
Графитно-алюминиевая батарея заряжается всего за минуту
Исследователи из Стенфордского университета разработали графитно-алюминиевую батарею для смартфонов. Время зарядки такой батареи составляет всего одну минуту. Однако, емкость батареи составляет лишь половину емкости современных аналогов. Но, учитывая необычайно быстрое время зарядки, это не должно быть большой проблемой.
Гибкие батареи
Исследователи из университета Аризоны разработали эластичную батарею. Такую батарею можно размещать в ремешке умных часов, что означает большую емкость, а следовательно и время работы от одной зарядки. Гибкие батареи также хорошо подойдут для установки интегрированных в одежду гаджетов для спорта и мониторинга состояния здоровья.
Энергия кожи
Известно, что электроэнергия может выделяться при трении. Было создано устройство, которое получает электроэнергию от кожи человека. Энергии достаточно для питания 12 LED лампочки. В будущем эта технология позволит создавать носимую электронику и умную одежду без батарей.
Как это работает? Электроэнергия собирается электродом, который представляет из себя золотую пленку толщиной 50 нанометров. Золотая пленка находится на силиконовой подложке и имеет достаточно большую площадь контакта. И так как кожа обладает трибоэлектрическими свойствами, устройство может быть достаточно миниатюрным. Ученые уже продемонстрировали гаджет, который может работать от данного источника энергии.
Lumopack заряжает аккумулятор iPhone 6 за 6 минут
Lumopack — это портативный аккумулятор, который был специально разработан для быстрой зарядки. Аккумулятор может полностью зарядить батарею смартфона iPhone 6 всего за шесть минут.
Портативный аккумулятор Lumopack — это разработка компании Lyte Systems. Сам портативный аккумулятор полностью заряжается всего за 30 минут, что в два раза быстрее ближайшего конкурента.
Батарея, которую можно складывать как бумагу
Батарея Jenax J.Flex разрабатывалась специально для использования в гибких устройствах. Батарея не только гибкая как бумага, но и водонепроницаемая. Ее можно использовать в умной одежде и в других носимых устройствах.
Зарядка по воздуху uBeam
В устройстве uBeam для передачи электроэнергии используется ультразвук. Электричество преобразуется в ультразвук, передается и преобразуется обратно в электричество на заряжающемся устройстве.
Концепция была разработана аспиранткой астробиологом Мередис Перри. Она основала стартап по производству подобных зарядных устройств. Трансмиттер, который представляет из себя 5-ти миллиметровую пластину, вешают на стену. Ресивер, который преобразует ультразвук в электричество размещают на ноутбуке или смартфоне.
