Аккумуляторы электронных сигарет - что нам ждать от них в будущем

Технологический прорыв в производстве аккумуляторов
Электронные сигареты в ближайшей перспективе ожидают большие перемены, и если конструктив устройств постоянно усовершенствуется, то с аккумуляторами кардинальных перемен практически не происходит.
Но есть надежда на то что эта ситуация вскоре изменится. По стечению обстоятельств развитие и распространение электронных сигарет совпало с появлением первых серийно выпускаемых электромобилей и электро велосипедов, также остро испытывающих недостаток в более совершенных элементах питания. И хотя в глобальном списке приоритетов человечества потребность в электронных сигаретах отнюдь не занимает верхних позиций, однако имеются все основания предполагать что эта сфера получит хороший толчок к развитию, за счёт инвестиций вливаемых другими отраслями.

Переход Европы на альтернативные источники энергии и появление разнообразных энергосберегающих технологий тесно связаны с кризисом полезных ископаемых, по оценкам экспертов — нефти на планете осталось ещё на 40-50 лет. Солнечные панели и ветрогенераторы пока не могут стать панацеей, так как сильно зависят от лития, а его объёмы составляют всего 0,06% от общей массы планеты. Самым крупным производителем карбоната лития является Чили, в остальных странах объёмы его производства ничтожно малы, и данное сырьё уже находится в дефиците. А если темпы производства электромобилей увеличатся, то запасы лития на планете иссякнут уже через пять-семь лет.

Натрий ионный аккумулятор


Национальный центр научных исследований Франции занимается поиском материала который мог бы заменить литий, и добились хороших результатов. Исследовательскую группу возглавляет профессор Жан-Мари Тараскон, ему удалось заменить литий натрием, и даже создать первый прототип натрий ионного аккумулятора формата 18650:

Первый прототип натрий-ионного аккумулятора формата 18650

О химическом составе Жан-Мари Тараскон старается молчать, это коммерческая тайна, полной информацией по исследованиям обладает только группа компаний финансирующих проект, но вот некоторыми техническими подробностями профессор всё же поделился. Так стало известно что объём аккумулятора составляет всего 90 mAh. Возможно большинство читателей ВариВольт уже мысленно указывает Жану Трасону направление, по которому тому следует отправится вместе с его батарейкой, но не торопитесь с выводами. Это всего лишь первый тестовый образец, и нет никакого сомнения в том что объём заряда и разрядный ток этих аккумуляторов со временем увеличится в десятки раз. Давайте вспомним какими были первые прототипы компьютеров.

IBM Томаса Дж. Уотсона вложившего в его создание пол миллиона не деноминированных долларов, в разгар великой депрессии, был длинною в 17 метров, высотой в два с половиной метра, весил больше четырёх тонн, работал от пяти литрового дизеля выдававшего четыре киловатта. При этом его производительность была в сотни тысяч раз меньшей чем у вашего айфона или телефона на андроид.

А если бы Томас Дж. Уотсон спустил бы свои пол миллиона на проституток и кокаин вместо той странной штуковины с бумажными перфолентами, скорей всего сейчас у вас не было бы ни ноутбука, ни PC, ни айфона, или эти гаджеты появились бы только у ваших правнуков.

Жан-Мари Тараскон со своей командой стоит в самом начале большого пути, и перспективы того куда он может привести действительно грандиозны. Натрий в сравнении с литием очень дешёвый, его запасы превышают запасы лития в 43 раза и составляют 2,6% от массы земли. Наладить производство натрия может практически любая страна, ведь его можно получать из морской воды.
Помимо дешевой себестоимости натрий ионные аккумуляторы обладают хорошей безопасностью, солёная вода не подвержена тепловому разгону, ни при перезаряде, ни при замыкании.
Прототип уже выдержал 2000 циклов перезарядки с полной разрядкой в ноль, по данному показателю натрий-ионный аккумулятор обходит литий ионные батареи в четыре раза.

Интересное видео в котором француз Жан-Мари Тараскон объясняет китайцам по английски, как делать батарейки:



Эта технология пожалуй самая перспективная в плане развития, ведь соли на планете предостаточно.

Супер аккумуляторы Prieto Battery


Хорошо продвинулась в усовершенствовании аккумуляторов американская компания Prieto Battery из Колорадо, они работают над развитием технологии так называемой медной пены.
Prieto Battery из Колорадо
С помощью использования в аккумуляторах сложной 3D-структуры вместо плоских металлических листов, инженерам Prieto Battery удалось добиться увеличения эмиссии электронов. Преимущества которые даёт медная пена против медных листов воодушевляют, акки на медной пене имеют больший объём заряда при меньших чем литий-ионные размерах, способны заряжаться за считанные минуты, не проседают под нагрузкой, и могут работать в десятки раз дольше литий-полимерных или-литий ионных. Плюс ко всему они не взрывоопасны, и им можно придавать абсолютно любую форму.



Серийное производство аккумуляторов на медной пене начнётся уже в следующем году, но эти аккумуляторы будут использоваться преимущественно в смартфонах и ноутбуках.

LiO2 Литий-воздушный аккумулятор

LiO2 Литий-воздушный аккумулятор

Объём заряда LiO2 аккумуляторов превышает литий ионные в десять раз, цикл перезарядки составляет 2000 раз, добиться подобных результатов учёным удалось путём полного отказа от классического катода, в LiO2 аккумуляторах литий взаимодействует напрямую с кислородом. Роль катода выполняет воздушный материал из пористого графена слоем толщиной в один атом. Графен зажат между мембранами из других материалов, усиливающих химическую реакцию и делающих работу аккумулятора более стабильной.

Разработкой литий-воздушных аккумуляторов занимается и Национальная лаборатория Аргонн, которую субсидирует Министерство энергетики США. Цель проекта заключается в созданий литий-воздушной батареи с удельной энергоемкостью в 13 кВт*ч на килограмм. Такой аккумулятор позволит электромобилю добраться из Питера в Москву без подзарядки.

Пока что данная технология очень далека от совершенства, по оценкам экспертов ни о каком массовом производстве речи идти не может по крайней мере в ближайшие 10-15 лет.

Гибридный аккумуятор из оловянных нанокристаллов

Гибридная батарея из нанокристаллов пирита
Прототип пиритового аккумулятора создал Максим Коваленко — преподаватель кафедры химии Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Никакой коммерческой тайны из своего изобретения Максим не делает, и с удовольствием делится подробностями с журналистами. Схема довольно простая, почти классическая:

Аккумулятор из нанокристаллов пирита

Роль катода выполняют нанокристаллы пирита которыми пропитана пористая углеводородная структура, материалом анода служит магний, натрий используется в качестве электролита. По словам Максима с его нанокристаллическим аккумулятором ваш айфон можно будет заряжать один раз в год. Но случится это не скоро, пока требуется решить ряд научных задач, таких как улучшение формы нанокристаллов, изобретение наногеля который будет более эффективно удерживать электроды в углеводородной матрице, улучшение формулы электролита и так далее.

Ториевые и Тритиевые аккумуляторы

Ториевые и Тритиевые аккумуляторы
Тритий и Торий радиоактивные изотопы с длительным периодом полураспада, не смотря на свою радиоактивность они практически безобидны. Их излучение легко экранируется, даже без экранирования оно не способно нанести вред организму человека так как не в состоянии преодолеть даже кожный покров. Тритиевые аккумуляторы уже несколько лет подряд выпускаются фирмами City Labs Inc и NanoTritium, в основном приобретаются другими фирмами для очень специфических проектов связанных с оборонной промышленностью и медициной. Основной их недостаток — запредельная стоимость, так City Labs произвела аккумулятор для телефона срок службы которого составляет 20 лет без подзарядки. Однако обходится такая батарейка в несколько тысяч долларов.

Мы попросили Дмитрия, заядлого вейпера и по совместительству сотрудника Ярославского Физико-технологического института РАН, где идут разработки отечественных литиевых аккумуляторов шестого поколения, ответить на вопрос — какими же станут аккумуляторы в обозримом будущем, и как долго нам его ждать?!

Варивольт: Нам так же интересно чем занимается ваш институт и что вы думаете о разработках ваших зарубежных коллег.

Дмитрий: Ждать ничего не стоит, можно рассчитывать на появление новых образцов гибридных IMR с немногим более лучшими характеристиками, возможно Lipo станут безопаснее, сейчас этому аспекту уделяется пристальное внимание. На все эти сенсационные новости про то что кому-то удалось сделать супер аккумуляторы я смотрю с большой долей скепсиса, и не могу разделить вашего оптимизма.

Варивольт: Можете рассказать по подробней как вы пришли к таким выводам?

Дмитрий: Ладно, уговорили, открою вам завесу всей этой научной кухни! В аккумуляторной химии никаких научных прорывов давно никто не совершает, идёт обычный деребан финансов, бумажки с отчётами о достигнутых результатах меняются на денежные знаки. Вот вы пишите о революционном Натрий ионном аккумуляторе, это же ерунда, Тараскон сделал батарею с солёной водой, объёмом в 90 mAh, да вы и сами такой аккумулятор можете изготовить у себя на кухне. Я ещё три года назад видел на китайском сайте детские игрушки с аккумуляторами на солёной воде.

Тематическая видео иллюстрация — детская игрушка работающая от солёной воды:


Я вам объясню откуда берутся такие сенсации, все хотят славы, денег, признания, пока ты лаборант, то про деньги можешь забыть. Вот и изобретают велосипеды, берёшь любой материал, можно даже земли насыпать но лучше недавно открытый, интегрируешь его в батарею, убедительно пишешь научный аналитический трактат, получаешь патент, и вуаля, ты благодетель человечества.

Тематическая видео иллюстрация — DIY аккумулятор из земли:


Все эти нанокристаллы, медные пены — ну херня. И я могу поспорить что через месяц-два найдется очередной гений, который впихнёт какой то недавно открытый «куконий» в аккумулятор, и напишет научное обоснование как на его «Нано-Кукониевом» аккумуляторе ваш горбатый запорожец сможет слетать на марс и обратно без подзарядки. Корейцы насмешили, ну юмористы ребята, прочувствовали тему и сделали батарею из сигаретных окурков, по результатам тестов выдает тоже что прототипы Литий-воздушных аккумуляторов.

Тематическая видео иллюстрация — корейский аккумулятор из окурков:


Если покопаетесь в биографиях авторов изобретений, обнаружится что половина из них, или студенты университетов или школьники, или преподаватели этих школьников. Готовят почву для карьерного роста. На западе дело это полезное и даже прибыльное, там в крупных корпорациях имеются специальные люди — охотники за мозгами. Их задача обнаружить талант, и заключить с ним контракт быстрее фирм конкурентов. Вот и изобретают батарейки школьники.

Варивольт: Вы так убедительно раскритиковали своих зарубежных коллег, а что происходит в вашем институте, мы знаем что вы так же занимаетесь усовершенствованием литиевых аккумуляторов, скажите что означает шестое поколение российских аккумуяторов, мы по большей части пользуемся самсунгами, LG и Efest.

Дмитрий: Лучше не спрашивайте, я не хочу нести пургу из школьной программы и цитат отчётов, вашим читателям это не будет интересно. Шестое поколение наших российских аккумуляторов значит что мы уже впереди планеты всей, вот только обточим графеновые стержни нанотрубок нано-напильниками, соберём из них супер аккумулятор, вставим в лада калину и поедем в америку без подзарядки, показывать там всем Кузину маму :-))) Читайте новости в интернете там всё правда!

0 комментариев