Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео
В США созданы первые прототипы бета-гальванической батареи, способной работать 28 тыс. лет. В ее основе лежит сердечник из переработанных ядерных отходов, но для человека она безопасна за счет покрытия из специальных синтетических алмазов. В России тоже есть подобные батареи, но они работают не дольше 20 лет.
Бесконечный источник энергии
Американские ученые из компании Nano Diamond Battery разработали «вечный» источник питания, способный работать тысячи и даже десятки тысяч лет. Они создали так называемую «бета-гальваническую батарею» (betavoltaic) и, по их заверениям, даже успешно испытали их в лабораторных условиях. В отечественном институте НИТУ «МИСиС» бета-гальванические элементы питания называют бетавольтаическими.
Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. Такой элемент питания может использоваться, по мнению разработчиков, в самых разных видах техники, начиная от носимых устройств и мобильных гаджетов и заканчивая средствами передвижения – поездами, электромобилями и даже самолетами.
Как работают такие батареи
В основе работы бета-гальванических батарей лежит принцип преобразования альфа- и бета-излучений радиоактивного вещества в обычный электрический ток, питающий всю современную технику. Как заверил Нима Голшарифи, созданным компанией источникам энергии можно придавать практически любую форму, другими словами, их можно выпускать в виде привычных многим батареек различных форматов – АА, 18650, CR2032 и др.
Конструкция бета-гальванической батареи состоит в первую очередь из радиоактивного сердечника, который выступает в качестве источника изотопов. Нима Голшарифи подчеркнул, что сердечник изготавливается из небольшого количества переработанных ядерных отходов.
Для того чтобы сделать батареи безвредными для людей и окружающей среды, специалисты Nano Diamond Battery покрыли «фонящий» сердечник специальными нерадиоактивными синтетическими алмазами, выращенными в лабораторных условиях. Это очень дешевые в производстве аналоги обычных алмазов.
Изотопы радиоактивного элемента в процессе так называемого «неупругого рассеяния» взаимодействуют с алмазным покрытием, и в итоге энергия бета-излучения преобразуется в электрический ток.
Столь значительный период работы батарей разработчики объяснили тем, что используемое в качестве сердечника вещество может оставаться радиоактивным сотни и тысячи лет. Они отметили также, что такие батареи могут вырабатывать чрезмерно большое количество энергии, которую они предлагают хранить в дополнительной «буферной» емкости. В качестве такой емкости могут служить суперконденсаторы, а в России, как сообщал CNews, как раз научились изготавливать их из бесполезного сорного растения – борщевика.
Лабораторные испытания
Прототипы бета-гальванических батарей, разработанные в Nano Diamond Battery, были протестированы в двух лабораториях – Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и Ливерморской национальной лаборатории им Э. Лоуренса. Результаты испытаний показали, что творение ученых компании обходили другие элементы питания на основе синтетических алмазов – если те демонстрировали 15-процентный прирост эффективности в сравнении с традиционными батареями, включая литий-ионные, то в случае разработки Nano Diamond Battery этот показатель был 40-процентным.
В то же время разработчики пока не могут точно сказать, когда элементы питания, основанные на разработанной ими технологии, начнут использоваться повсеместно. Первые версии таких элементов питания, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.
По их заявлению, использование таких батарей, к примеру, электромобилях намного более эффективно в сравнении с литиевыми. При тех же габаритах они смогут нести в себе большее количество энергии, а использование дешевого искусственного алмаза вместо дорогого лития позволит снизить итоговую стоимость электрокаров.
Тем временем в России
Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.
Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.
За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.
«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см 2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см 2 , (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».
Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
Источник
Нанопроводниковый аккумулятор
На́нопроводнико́вый аккумуля́тор — вид литий-ионного аккумулятора, изобретённый группой под руководством д-ра Йи Кю в Стэнфордском университете в 2007 г. Изобретение состоит в замене традиционного графитового анода аккумулятора на анод из нержавеющей стали, покрытый кремниевым нанопроводником. Кремний, способный удерживать в 10 раз больше лития чем графит, позволяет создавать значительно большую плотность энергии на аноде, снижая таким образом массу аккумулятора. В будущем увеличение площади поверхности анода позволит ускорить процесс зарядки и разрядки.
Содержание
Конструкция
Первоначально провели исследование традиционных кремниевых анодов, но они были отвергнуты в связи с тенденцией кремния растрескиваться и увеличиваться в объёме. Такой анод становится неработоспособным, потому что в процессе работы трещины заполняются литием. Нанопроводник свободен от этого недостатка. По словам доктора Кю, аккумуляторы достигали десятикратной плотности заряда при первой зарядке и затем стабилизировались на уровне восьмикратной плотности при последующих зарядках. Поскольку это достигается только за счёт усовершенствования анода, необходимо будет провести эквивалентное изменение катода, чтобы получить максимальное повышение плотности энергии хранения.
Как ожидается, коммерциализация изобретения продлится до 2012 года. [1] За это время стоимость хранения ватт-часа энергии станет такой же или даже меньше по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами. Следующий важный этап — тестирование жизненного цикла — должен быть скоро завершен, группа рассчитывает добиться не менее тысячи циклов на аккумулятор.
Источник
Наноматериалы преображают аккумуляторы
Уникальная производственная технология Altairnano состоит в изготовлении наночастиц двуокиси титана и других керамических окисей материалов и соединений. Гибкий процесс позволяет контролировать такие свойства наноматериалов, как поверхностная площадь, морфология, размер частиц и их чистота. В результате получаются высококачественные компоненты, такие как анодный материал из нано-структурированного титаната лития.
Данная технология позволяет батареям от Altairnano оперировать в областях высокой мощности, недостижимых для предыдущих видов аккумуляторов:
шкала х — удельная мощность в Вт/кг
шкала у — удельная энергия в Вт·ч/кг
TDT = время полной разрядки
красным цветом обозначена технология Altairnano
синий — стандартные литий-ионные аккумуляторы
розовый — свинцовокислотные
зеленый — никель-металл-гидридные
голубой — никель-кадмиевые
Новый анодный материал
Принципиальным шагом вперед здесь является оптимизация шпинельного типа окислов титаната лития как материала для электродов, пришедшего на смену графитным материалам, используемым в негативных электродах современных литий-ионных аккумуляторов. Пока что пару им составляют позитивные электроды из стандартный литий-ионных батарей.
Высокая скорость зарядки и разрядки
Электроды, изготовленные из наноматериалов, не вступают в реакцию с обычными для большинства литий-ионных систем электролитами. Отсутствие реакции означает, что вокруг электрода не образуется интерфаза из твердого электролита, благодаря чему ионам лития проще достичь поверхности электрода. Кроме того, наноструктура элемента делает площадь, доступную ионам, гораздо больше: почти в 100 раз больше, чем в обычных графитовых электродах.
Все это плюс малый размер материалов, сокращающий расстояния между поверхностью и активной областью, позволяет значительно ускорить процесс заряда и разряда аккумуляторов.
Больший срок службы аккумулятора
Механические напряжения и деформации, вызванные проникновением ионов в электроды и их выходом из них, сокращают срок службы аккумулятора. Материалы Altairnano подвержены нулевой деформации, практически не изменяясь из-за движения ионов, что увеличивает срок службы батареи и продолжительность цикла.
Экстремальные температурные условия
Наличие интерфазы из твердого электролита не позволяет батарее заряжаться при температурах ниже 0 градусов по Цельсию. Поры в батарее закрываются, блокирую доступ к активной области. Электроды из наноматериала не образуют твердую электролитную интерфазу, позволяя безопасно эксплуатировать батарею при температурах вплоть до -30 по Цельсию. Традиционные литий-ионные технологии практически не допускают зарядки батареи при таких низких температурах.
Аккумуляторные элементы, основанные на технологии Altairnano , прошли также высокотемпературные испытания при 65 градусах по Цельсию, где показали 90-процентное удержание заряда.
Высочайший уровень безопасности
Аккумуляторы на основе графита взрывоопасны при температуре около 140 градусов по Цельсию. Аккумуляторы Altairnano испытывались при температуре до 240 градусов, и не произошло ни одного взрыва или какой-либо проблемы, связанной с безопасностью. Кроме того, батареи подвергались перезарядке, протыкали их, дробили, роняли. Подвергнутые таким испытаниям, графитовые элементы дымились, загорались и взрывались. Однако, помимо механической деформации, с батареями на элементах Altairnano не происходило ничего опасного.
Если у вас остались старые ненужные аккумуляторы, то вы можете их сдать, заработать на этом. Сегодня, прием аккумуляторов в Санкт-Петербурге осуществляет компания «Утиль АКБ». Примем аккумулятор независимо от его состояния, емкости ил размера по хорошей цене.
pargansk Использование нанотехнологий в производстве аккумуляторных батарей приводит к замечательным результатам. Батареи отличает повышенная безопасность, быстрая перезарядка, высокая мощность (в три раза превосходящая существующие технологии), долгий срок службы (до 15 000 перезарядок). Одно из технологических решений предлагает Altairnano.
modline Интересно когда это технологическое решение будет применено в промышленных масштабах ?
Недавно Altairnano заключила $2,5-миллионный контракт с ВМФ США на разработку системы резервного электроснабжения. Что до гражданки, то по прогнозам руководства фирмы к 2010 году их батареи будут стоять на 300 000 гибридных и чисто электрических грузовиках и автомобилях.
modline Интересно когда это технологическое решение будет применено в промышленных масштабах ?
Недавно Altairnano заключила $2,5-миллионный контракт с ВМФ США на разработку системы резервного электроснабжения. Что до гражданки, то по прогнозам руководства фирмы к 2010 году их батареи будут стоять на 300 000 гибридных и чисто электрических грузовиках и автомобилях.
Да, применение на электромобилях очень улучшит их (электромобилей)характеристики.
modline Интересно когда это технологическое решение будет применено в промышленных масштабах ?
Недавно Altairnano заключила $2,5-миллионный контракт с ВМФ США на разработку системы резервного электроснабжения. Что до гражданки, то по прогнозам руководства фирмы к 2010 году их батареи будут стоять на 300 000 гибридных и чисто электрических грузовиках и автомобилях.
Да, применение на электромобилях очень улучшит их (электромобилей)характеристики.
modline Интересно когда это технологическое решение будет применено в промышленных масштабах ?
Недавно Altairnano заключила $2,5-миллионный контракт с ВМФ США на разработку системы резервного электроснабжения. Что до гражданки, то по прогнозам руководства фирмы к 2010 году их батареи будут стоять на 300 000 гибридных и чисто электрических грузовиках и автомобилях.
Да, применение на электромобилях очень улучшит их (электромобилей)характеристики.
Хотелось бы видеть их разработки в молильных устройствах, ноутбуках, фотоаппаратах, мп3 плеерах, что до электомобилей в нашей стране, то долго мы ещё будем об них только мечтать.
Источник