Джерело: www.unian.ua
Вчені з Каліфорнійського університету переосмислили забутий дизайн батареї від Томаса Едісона.
Як припускає нове дослідження вчених з Каліфорнійського університету, ідея Едісона створити нікель-залізні акумулятори може отримати нове втілення за допомогою нанотехнологій 21-го століття.
Вчені створили прототип нікель-залізного акумулятора, який заряджається за лічені секунди та може працювати понад дванадцять тисяч циклів повного заряду та розряду. Така продуктивність еквівалентна понад тридцяти рокам щоденного використання. І з таким терміном служби типові літій-іонні акумулятори, що використовуються в автомобілях, наразі не можуть зрівнятися.
На початку 20-го століття водії бачили на дорогах більше електричних та гібридних автомобілів, ніж бензинових моделей. Деякі з них живили свинцево-кислотні акумулятори Едісона, але вони були важкими, дорогими та зазвичай розряджалися приблизно через 40 км.
Він вважав, що нікель-залізна хімія може збільшити відстань на 100 км і заряджатися протягом ночі, що вражало для тієї епохи. Реальність стала на заваді. Оригінальні нікель-залізні акумулятори були громіздкими та повільно заряджалися, а під час використання вони виділяли водень, що створювало проблеми з безпекою. Оскільки бензинові двигуни стали дешевшими та зручнішими, колись перспективний електричний варіант зайняв нішеву позицію, яка збереглася переважно в кількох промислових системах та автономних установках.
Сучасний прототип зберігає вибір металів Едісона, але майже все змінює в їхньому розташування. Дослідники використовували білки, що отримуються з побічних продуктів м’ясної промисловості, як крихітні каркаси. Усередині складок цих білків атоми нікелю та заліза збираються в кластери розміром менше п’яти нанометрів. Щоб покрити їх шириною з людську волосину, знадобиться десять тисяч або більше таких кластерів.
Ці білкові шаблони були поєднані з оксидом графену, матеріалом, виготовленим з надтонких шарів вуглецю, прикрашених атомами кисню. Потім суміш нагрівали у воді та випікали за високої температури.
Під час цього етапу білки перетворилися на вуглець, кисень був видалений, а металеві кластери замкнулися в пористу вуглецеву мережу. Кінцевим результатом є структура аерогелю, яка приблизно на 99% складається з повітря за об’ємом, з величезною внутрішньою поверхнею, де можуть відбуватися реакції в батареях.
На практиці більша площа поверхні означає швидшу зарядку та розрядку. Коли майже кожен атом активного матеріалу може брати участь у реакції, акумулятор може швидко приймати енергію та так само швидко її вивільняти, не зношуючи її за кілька років.
Де можна використовувати подібні акумуляториНезважаючи на свою швидкість та довговічність, ця нікель-залізна конструкція не зберігає стільки енергії на кілограм, скільки сучасні літій-іонні елементи. Це робить його поганим кандидатом для електромобілів з великим запасом ходу. Натомість дослідники бачать більш чіткий потенціал у стаціонарному зберіганні енергії, де розмір і вага є меншим головним болем, ніж надійність і вартість протягом десятиліть.
Одним з очевидних застосувань були б сонячні електростанції. У сонячні години панелі часто генерують більше електроенергії, ніж може поглинути мережа.
Банк довговічних нікель- залізних акумуляторів міг би поглинати цей надлишок і повертати його в мережу після заходу сонця, коли люди повертаються додому, вмикають кондиціонер і готують вечерю. Центри обробки даних, яким потрібне миттєве резервне копіювання у разі збою основного джерела живлення, є ще одним ймовірним кандидатом.
Масштабування будь-якого лабораторного прототипу до рівня міського накопичувача енергії рідко буває простим, і інженерам потрібно буде довести, що етапи виробництва дійсно залишаються такими низьковитратними та простими, як стверджує команда.
Як лійт змінюж вагуНагадаємо, що ліфти змушують людину відчувати зміни у силі тяжіння. Під час різкого підйому людина ніби стає важче, а під час спуску відчуває себе легшою. Як пояснив фізик, такі відчуття викликає зміна поштовху платформи ліфту, а гравітація та маса саої людини лишається незмінно.
Вас також можуть зацікавити новини:
- Навіщо радянські люди клали батарейки в морозилку: чому зараз так ніхто не робить
- Американець купив “найгірший електромобіль” і був здивований його запасом ходу (відео)
- Найближчі 5 років у світі бракуватиме важливого для акумуляторів металу, – Bloomberg
