Японская и австралийская команда (университеты Нового Южного Уэльса и Йокогамы) только что объявили, что создали твердотельную батарею, которая, по их словам, буквально вечна. А теперь флешбек.
Этим летом я с некоторой гордостью воспринял тот факт, что моему смартфону исполнилось почти 4 года. Библейские времена в наше время, между Запланированное устаревание и постоянные обновления, даже минимальные, которые почти заставляют вас менять свое устройство каждые 18 месяцев (или реже). Я особо и не думал его менять, но в один жаркий июльский день задний щиток буквально вылетел на глазах. Да, катапультируется, как те кресла пилота реактивного самолета, когда нажимаешь кнопку, чтобы сбежать с парашютом. Хм? Все просто: аккумулятор раздулся до такой степени, что устройство «взорвалось». «Он мог загореться», — сказал мне ремонтник.
Хороший. Это плохо. Потому что это довольно распространенное явление, и наверняка многие из вас, читателей, сталкивались с чем-то подобным. Однако что действительно беспокоит, так это воздействие такого плохого срока службы батарей на окружающую среду, особенно сейчас, когда мы будем размещать эти устройства повсюду, в домах для экономии возобновляемой энергии и практически во всех автомобилях. «Святой Грааль» в этой области — найти батарею, которая будет работать намного дольше и будет гораздо более стабильной. Я рассказывал вам о многих исследованиях в этом направлении, и это невероятно.
Хорошо, ребята, вы привлекли мое внимание.
Предпосылка, прежде чем погрузиться в это удивительное исследование, понять, о чем мы говорим. Большинство из нас используют аккумуляторы с питанием из ионов лития, которые имеют два электрода (положительный и отрицательный) и студенистый электролит, а также сепаратор в центре. Этот электролит позволяет ионам литий перемещаться между электродами, позволяя батарее накапливать и высвобождать электрическую энергию. А твердотельная батарея Он работает аналогично, но использует твердый керамический или стеклянный электролит. Эти более плотные электролиты позволяют твердотельным батареям удерживать больше энергии и работать быстрее, чем литий-ионные. По этой причине они идеально подходят для электромобилей дальнего действия, авиации с аккумуляторным питанием и даже кораблей с аккумуляторным питанием.
А теперь слабое место обоих: продолжительность. Что происходит? Почему эти батареи так «стареют»? Я попробую сказать это вкратце. Иногда ионы лития в положительном электроде могут притягивать и поглощать «блуждающие» электроны, превращаясь в отложения необработанного металлического лития. Этот процесс может уменьшить количество ионов лития, имеющихся в аккумуляторе, тем самым снижая его общую емкость. Это немного похоже на холестериновые бляшки в артериях: если эти отложения лития накапливаются (в виде шипов, называемых дендритами), они могут вызвать катастрофическое короткое замыкание в клетке. Это происходит в литий-ионных батареях, а в настоящее время еще катастрофичнее – в твердотельных. Вуаля. И мой телефон пропал.
Да, но вечная батарея?
Мы здесь. В исследовании, только что опубликованном в Nature (как всегда, я дам вам ссылку, если вы хотите узнать больше): вы можете найти его здесь), команда объявляет, что создала положительный электрод, настолько стабильный, что на нем не образуется литиевых отложений, а это означает, что твердотельная батарея, использующая его, практически никогда не выйдет из строя. Чтобы доказать это, они построили небольшой аккумулятор емкостью 300 мАч и неоднократно его тестировали. После 400 циклов зарядки у него все еще было буквально такая же пусковая способность: пропорционально это похоже на то, как если бы Tesla Model 3 LR проехала 212.000 132.000 километров (XNUMX XNUMX миль) без потери заряда. Обычно клетки Тесла деградируют на 12% после этого расстояния, но этот новый электрод, похоже, обещает будущее со значительно меньшими ограничениями для наших батарей. Это открывает сценарии, в которых даже аккумулятор выдерживает срок службы автомобиля, в котором он находится, «переходя» на новый автомобиль.
Последствия: много и очень важно
Сегодня производство электромобилей и их батареи оказывают сильное воздействие на окружающую среду, включая выбросы углекислого газа при производстве и необходимой деятельности по добыче полезных ископаемых. Однако с этой новой вечной батареей индустрия электромобилей сможет стать гораздо более устойчивой. Это откроет большие пространства для рынка подержанных электромобилей, поскольку даже автомобили с большим пробегом смогут нормально функционировать. Другими словами, любой, независимо от бюджета, может управлять электромобилем.
Что с сетевыми батареями? В настоящее время они являются ключевым элементом инфраструктуры возобновляемой энергетики, но срок их службы ограничен. Клетки работают около 20 лет. На данный момент это не проблема, поскольку ни одна сетевая батарея не старше 20 лет, но когда мы начнем их заменять, это приведет к дальнейшим выбросам углекислого газа и экологически вредной добыче полезных ископаемых. С практически вечной батареей, подобной той, что представлена в журнале Nature, срок службы сетевых батарей будет неопределенным, и это значительно сократит общие выбросы углекислого газа в и без того более зеленой области возобновляемых источников энергии.
Подводя итог: может ли эта вечная батарея изменить мир?
Я бы сказал да, даже если слово «вечный» звучит плохо и не может быть правдой. Текущие данные показывают нам, что после достаточного количества циклов батарея не сдвинулась ни на йоту, но это не означает, что батарея никогда не исчерпает свою емкость. И в любом случае есть и другие факторы, которые следует учитывать: например, сколько времени нужно, чтобы заряжать аккумулятор таким образом? Насколько это безопасно? Сколько это будет стоить. Легко сказать, вечный.
Тем не менее, даже если мы останемся рациональными, есть повод для радости: если эти исследователи, как они заявляют, нашли способ создавать невероятно долговечные и энергоемкие батареи, волновой эффект такой технологии окажет глубокое влияние на человечество. наше будущее и наши усилия по спасению мира… от себя.
