211service.com
Automobilio akumuliatorius už pusę kainos
Praėjusiais metais akumuliatorių startuolis A123 Systems išleido kitą įmonę, pavadintą 24M, kad sukurtų naujos rūšies akumuliatorių, skirtą elektrinėms transporto priemonėms važiuoti toliau ir kainuoti pigiau. Dabar paskelbtas mokslinis darbas Pažangios energetinės medžiagos atskleidžia pirmąsias detales apie tai, kaip ta baterija veiktų. Taip pat sprendžiami iššūkiai, kylantys pateikiant akumuliatorių rinkai.
Baterijos prototipas: Į čia parodytą įrenginį tiekiamos dvi į dumblą panašios elektrodų medžiagos. Anodo medžiaga teka į viršutinę pusę, o katodas teka į apačią. Ličio jonai pereina iš vienos medžiagos į kitą, o elektronai teka juodais ir raudonais laidais.
Didelė ličio jonų akumuliatorių, naudojamų elektrinėse transporto priemonėse ir įkraunamiems hibridams, problema yra ta, kad tik apie 25 procentus akumuliatoriaus tūrio užima medžiagos, kurios kaupia energiją. Likusią dalį sudaro neaktyvios medžiagos, tokios kaip pakuotė, laidžios folijos ir klijai, dėl kurių baterijos yra didelės ir sudaro didelę išlaidų dalį.
24M ketina labai sumažinti neaktyvių medžiagų kiekį akumuliatoriuje. Remiantis naujajame dokumente pateiktais skaičiavimais, jo baterijos gali pasiekti beveik dvigubai didesnį energijos tankį nei šiandieninių transporto priemonių akumuliatorių blokai. Didesnio energijos tankio akumuliatoriai būtų mažesni ir pigesni, o tai reiškia, kad elektriniai ir hibridiniai automobiliai būtų pigesni. Straipsnyje teigiama, kad baterijos gali kainuoti tik 250 USD už kilovatvalandę – mažiau nei perpus mažiau nei dabar.
Įprastą akumuliatorių bloką sudaro šimtai elementų. Kiekvienoje ląstelėje yra daugybė plonų, kietų elektrodų. Šie elektrodai yra suporuoti su metalo folijos srovės kolektoriais ir atskirti vienas nuo kito plastikinėmis plėvelėmis. Norint padidinti energijos kaupimą, reikia pridėti daugiau elektrodų medžiagos sluoksnių, o tam savo ruožtu reikia daugiau metalinės folijos ir plastikinės plėvelės sluoksnių.
24M konstrukcija leidžia padidinti energijos kaupimą be papildomos metalinės folijos ir plastikinės plėvelės. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad elektrodai yra ne kietos plėvelės, sukrautos ląstelėje, o į dumblą panašios medžiagos, laikomos rezervuaruose – viena skirta teigiamo elektrodo medžiagai, kita – neigiamam elektrodui.
Medžiagos iš rezervuarų pumpuojamos į nedidelį įrenginį, kur juda kanalais, išraižytais į metalo blokus. Tokiu atveju jonai juda iš vieno elektrodo į kitą per tą pačią separatoriaus medžiagą, kuri naudojama įprastoje baterijoje. Elektronai patenka iš medžiagos į išorinę grandinę. Šioje konstrukcijoje padidinti energijos kaupimą yra taip pat paprasta, kaip padidinti akumuliacinių rezervuarų dydį – prietaisas, leidžiantis elektrodams sąveikauti, išlieka tokio paties dydžio. Šis dizainas taip pat pašalina poreikį sujungti šimtus elementų, kad būtų galima tinkamai kaupti energiją.
Naujoji baterija yra panaši į tai, kas vadinama srauto baterija, kurioje du elektrolitai pumpuojami vienas pro kitą. Tačiau įprastiniai srauto akumuliatoriai yra maždaug 10 kartų didesni nei naujo dizaino, nes juose naudojami praskiestos energijos kaupimo sprendimai, todėl juos naudoti automobiliuose nepraktiška.
Tyrėjai, vadovaujami Vis dėlto Mingas Čiangas MIT medžiagų mokslo profesorius ir A123 Systems bei 24M įkūrėjas, išbandė įvairias elektrodų medžiagas, įskaitant ličio kobalto oksidą, kuris dažniausiai naudojamas nešiojamųjų kompiuterių baterijose. Jie parodė, kad prietaisas gali įkrauti ir išsikrauti tokiu greičiu, koks reikalingas elektrinėse transporto priemonėse, sako Chiangas.
Straipsnyje taip pat aprašoma, kaip mokslininkai sprendžia vieną didžiausių projektavimo iššūkių: ištraukti elektros krūvį iš dumblo. Įprastame ličio jonų elemente elektronai prasiskverbia per kietojo elektrodo prijungtas laidžiąsias daleles, kol pasiekia srovės kolektorių. Naujoje baterijoje elektronai netekės per elektrolitą. Taigi Chiangas su kolegomis į dumblą sumaišė nanoskalės anglies daleles; dalelės spontaniškai sudaro tarpusavyje sujungtus tinklus skystyje, kad sudarytų elektronų ištrūkimo kelius.
Iššūkiai išlieka, kol baterija gali būti parduodama. Chiang sako, kad elektrinis laidumas vis dar yra apie 100 kartų mažesnis nei turėtų būti praktinėje sistemoje. Jis taip pat stengiasi padidinti aktyviųjų medžiagų koncentraciją dumble.
Džefas Dahnas , Dalhousie universiteto fizikos ir chemijos profesorius, pažymi, kad norint pasiekti galios lygį, reikalingą automobiliui varyti, elektrocheminė ląstelė vis tiek turėtų būti didelė: separatoriaus medžiaga turėtų padengti maždaug trijų metrų ir keturių metrų plotą. . Jis gali būti supjaustytas į valdomus gabalus ir sukrautas, tačiau dėl to sistema gali būti sudėtinga ir net naudojant šį metodą ląstelė gali būti didelė, sako jis.
Mes darome didelę pažangą technologijų srityje, sako 24M generalinis direktorius Throop Wilder. Straipsnio priėmimas yra tvirtas pagrindinių principų, skatinančių mūsų vystymąsi, patvirtinimas. 24M sudaro apie 20 darbuotojų ir ji surinko maždaug 16 mln.
Tai labai protingas prietaisas, sako Dahnas. Nežinau, ar tai kada nors bus daugiau nei mintis laikraštyje, bet Chiangas jau anksčiau stebino žmones.