Štai ir atėjo VDV pabaiga? Japonai ką tik padarė tai, ko visi laukė ()
Jei egzistuotų akumuliatorius, kurio energijos tankis būtų panašus į skystojo kuro, būtų priimtino patvarumo ir gamybos sąnaudų, niekas nesvarstytų rinktis tarp vidaus degimo variklio ir elektromobilio.
© BP63Vincent, CC BY-SA 3.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electric_Vehicle_%28EV%29_used_as_an_alternative_of_energy_conservation_of_oil.jpg
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Šiuo metu toks akumuliatorius egzistuoja daugiausia teoriškai, ličio-oro elementų pavidalu, kurie iki šiol buvo trumpalaikė svajonė... bet galbūt kažkas šiuo atžvilgiu pasikeitė.
Žvelgiant į elektros energijos kaupimo technologijų plėtrą, sunku atsikratyti įspūdžio, kad esami sprendimai pamažu išsemia savo potencialą. Šiuo metu ličio jonų akumuliatoriai, dominuojantys išmaniuosiuose telefonuose ir elektromobiliuose, artėja prie savo ribų ir tampa didele kliūtimi tolesnei elektromobilumo ir aviacijos pažangai.
Štai kodėl darbas su ličio-oro akumuliatoriais, kurie mokslinėje literatūroje jau daugelį metų aptariami kaip galimi ličio jonų akumuliatorių įpėdiniai, sukėlė tokį didelį susidomėjimą.
Dabar japonai teigia, kad jiems pavyko žengti žingsnį, kurio visi laukė, nes jų darbas vienu metu pagerino galią ir akumuliatoriaus veikimo laiką, kartu užtikrindamas didelio masto gamybos galimybę.
Ličio-oro baterijos jau seniai laikomos energijos kaupimo šventuoju graliu, daugiausia dėl to, kad jų teorinis energijos tankis artėja prie įprastinio iškastinio kuro. Deja, daugelį metų jos liko laboratoriniu retenybe dėl daugybės rimtų apribojimų. Pagrindinės kliūtys visada buvo maža galia, trumpas ciklo tarnavimo laikas ir visiškas pramoninio masto gamybos negalėjimas.
|
Tačiau Nacionalinio medžiagų mokslo instituto ir „Toyo Tanso“ komanda sukūrė naują anglies elektrodą, kuris vienu metu sprendžia visus šiuos iššūkius. Tyrėjai sujungė „CNovel“ porėtą anglį su atskirų anglies membranų gamybos technologija, sukurdami sluoksniuotą porėtą struktūrą, kuri žymiai pagerina jonų pernašą ir chemines reakcijas ląstelėje. Padidėjęs anglies medžiagos kristališkumas reiškia žymiai didesnį patvarumą ir ilgesnį visos sistemos tarnavimo laiką.
Laboratorinių bandymų rezultatai atrodo daug žadantys, nors vien skaičiais džiaugtis dar ne laikas. Prototipo baterija nuolat atlaikė daugiau nei 150 įkrovimo ciklų esant 1,5 mA/cm² srovės tankiui. Palyginti su tūkstančiais ciklų, kuriuos siūlo dabartinės ličio jonų baterijos, tai gali atrodyti neįspūdingai, tačiau ličio-oro kaupimo pasaulyje tai žymi didelę pažangą. Komanda taip pat pademonstravo veikiantį 1 Wh prototipą su 4 x 4 centimetrų elektrodu, parodydama, kad technologija pradeda žengti toliau nei vien akademiniai sumetimai.
Naujasis elektrodų dizainas vienu metu išsprendžia kelias problemas, o tai itin reta akumuliatorių pasaulyje. Paprastai vieno parametro pagerinimas reiškia kito parametro pakenkimą, nes didesnis energijos tankis turi įtakos akumuliatoriaus veikimo laikui, o padidinus galią, padidėja darbinė temperatūra ir pagreitėja medžiagos irimas. Japonijos komandos pasiūlytos „CNovel“ porėtos anglies sluoksnių sistemos atveju šis nuolatinis kompromisas buvo sumažintas. Patobulintas jonų pernaša ir tvarkinga anglies struktūra leidžia elementui stabiliau veikti esant didesnėms apkrovoms.
Lygiai taip pat svarbu, kad tyrėjai neapsiribojo vieno laboratorinio technologijos „pikselio“ demonstravimu. Sukurti veikiantį 1 Wh elementą gali atrodyti kaip kuklus pasiekimas, tačiau praktiškai tai įrodo, kad visa koncepcija tinkama sujungti į didesnius modulius. Tai pirmas žingsnis link akumuliatorių blokų, kuriuos realiai būtų galima įsivaizduoti automobilyje, lėktuve ar prie vėjo jėgainių prijungtoje energijos kaupimo sistemoje.
Tęsinys kitame puslapyje:
Šis proveržis ypač pastebimas elektrodų mastelio keitimo srityje. Iki šiol dauguma eksperimentų su ličio-oro baterijomis buvo pagrįsti labai mažais pavyzdžiais, kurie mažai kuo primena pramoninių elementų matmenis. Perėjimas nuo kelių milimetrų prie 10 x 10 centimetrų plokštelių kelia ne tik skirtingus mechaninius ir cheminius iššūkius, bet ir visiškai skirtingus gamybos proceso reikalavimus. Sėkmingas tokio didelio elektrodo demonstravimas rodo, kad NIMS ir „Toyo Tanso“ šią technologiją laiko ne įdomybe moksliniams leidiniams, o ateities produktu, kurį reikės gaminti šimtais tūkstančių vienetų.
Svarbu tai, kad didesnė galia atveria šią technologiją segmentams, kuriuose tradiciniai ličio jonų elementai jau balansuoja ant savo galimybių ribos. Tai apima ne tik didelio našumo elektromobilius, kuriems reikia didžiulės srovės, kad greitai įsibėgėtų per sekundės dalį, bet ir skraidančius dronus, skirtus pakeisti miesto mobilumą. eVTOL sukuria didžiules piko apkrovas kilimo ir tūpimo metu, tuo pačiu metu nešdami savo energijos kaupimo priemones. Todėl, jei ličio-oro baterijos iš tiesų tieks žymiai daugiau energijos, esant tam pačiam svoriui, dizaineriai įgis visiškai naują laisvės lygį.
Verslo požiūriu, gamybos proceso nuspėjamumas yra toks pat svarbus kaip ir techniniai parametrai. Jei naują elektrodą galima pagaminti naudojant gana paprastus pramoninius metodus, nereikalaujant egzotiškų medžiagų ar itin tikslių procesų, kils pagunda jį perkelti iš bandomosios linijos į gamyklą. Ir būtent šiame vystymosi etape šiuo metu yra Japonijos tyrimai. Iki masinės gamybos dar toli, tačiau pirmą kartą įmanoma pradėti sąžiningą diskusiją apie sąnaudas, linijų efektyvumą ir potencialius partnerius automobilių ir aviacijos bei kosmoso pramonėje.
Energijos kaupimo technologijų istorija kupina pažadų, kurie niekada neperžengė laboratorijos ribų, ir projektų, kurie žlugo dėl negailestingos sąnaudų ir patikimumo realybės. Japoniška ličio-oro baterija dar nėra vienpusis bilietas į elektrinių lėktuvų ir sunkvežimių, kurių nuvažiuojamas atstumas prilygsta dyzelinui, pasaulį, tačiau pirmą kartą per daugelį metų atsiranda apčiuopiamų įrodymų, kad šis šventasis gralis yra bent jau ranka pasiekiamas.
Jei tolesni tyrimai patvirtins elementų stabilumą ilgalaikio veikimo metu, o pramonės partneriai prisiims riziką diegdami šią technologiją gamybos linijose, pasekmės bus juntamos ne tik elektromobilių rinkoje. Tai pakeis mūsų požiūrį į atsinaujinančių šaltinių energijos kaupimą, kritinės infrastruktūros maitinimą ir tolimojo susisiekimo projektavimą.
