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 оценивал тот факт, что моему смартфону исполнилось уже почти 4 года. Библейские времена в наши дни, 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 непропорционально вздулся, в результате чего устройство «взорвалось». Он мог загореться, сказал мне ремонтник.
Хороший. Это плохо. Потому что это довольно распространенное явление, и наверняка многие из вас, читатели, сталкивались с чем-то подобным. Тем не менее, что действительно беспокоит, так это воздействие этого низкого времени автономной работы на окружающую среду, особенно сейчас, когда мы размещаем эти вещи повсюду, в домах для сохранения возобновляемой энергии и практически в каждом автомобиле. «Святым Граалем» в этой области является поиск батареи, которая работает намного дольше и гораздо более стабильна. Я рассказывал вам о многих поисках в этом направлении, и этот невероятный.
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 работает аналогично, но использует керамический или стеклянный твердый электролит. Эти более плотные электролиты позволяют твердотельным батареям удерживать больше энергии и работать быстрее, чем литий-ионные батареи. По этой причине они идеально подходят для дальнемагистральных электромобилей, самолетов с батарейным питанием и даже кораблей с батарейным питанием.
А теперь слабое место обоих: продолжительность. Что происходит? Почему эти аккумуляторы так «стареют»? Я пытаюсь сказать это кратко. Иногда ионы лития, присутствующие в положительном электроде, могут притягивать и поглощать «незаконные» электроны, превращаясь в отложения сырого металлического лития. Этот процесс может уменьшить количество литий-иона, доступного в аккумуляторе, тем самым уменьшая его общую емкость. Подобно холестериновым бляшкам в артерии, если эти отложения лития накапливаются (в шипах, называемых дендритами), они могут вызвать катастрофическое короткое замыкание в клетке. Это происходит в литий-ионных батареях, а на данный момент еще более катастрофично 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 они создали положительный электрод, настолько стабильный, что он не производит литиевых отложений, а это означает, что твердотельная батарея, использующая его, практически никогда не деградирует. Чтобы продемонстрировать это, они построили небольшую ячейку емкостью 300 мАч и неоднократно тестировали ее. 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, кажется, обещает будущее с гораздо меньшими ограничениями для наших батарей. Это открывает сценарии, в которых даже батарея выживает в течение срока службы транспортного средства, в котором она находится, «мигрируя» в новое транспортное средство.
Последствия: много и очень важно
Сегодня производство электромобилей и их аккумуляторы оказывают сильное воздействие на окружающую среду, включая выбросы углерода при производстве и при необходимой добыче полезных ископаемых. Однако с этой новой вечной батареей индустрия электромобилей сможет стать намного более устойчивой. Это откроет большие возможности для рынка подержанных электромобилей, поскольку даже автомобили с большим пробегом смогут нормально функционировать. Другими словами, любой желающий, независимо от бюджета, мог управлять электромобилем.
Что с сетевыми батареями? В настоящее время они являются ключевым элементом инфраструктуры возобновляемых источников энергии, но срок их службы ограничен. Ячейки работают около 20 лет. На данный момент это не проблема, поскольку сетевым батареям нет более 20 лет, но когда мы начнем их заменять, мы будем производить больше выбросов углерода и наносить вред окружающей среде при добыче полезных ископаемых. С практически вечной батареей, подобной той, что представлена в Nature, срок службы сетевых батарей будет неограничен, и это значительно сократит общие выбросы углерода в уже более экологичной 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 с места ни на йоту, но это не означает, что батарея никогда не разрядится. И, кстати, нужно учитывать и другие факторы: например, сколько времени нужно, чтобы зарядить такой аккумулятор? Насколько это безопасно? Сколько это будет стоить. Легко сказать вечный.
И все же, даже если мы остаемся рациональными, мы должны радоваться: если эти исследователи, как они утверждают, нашли способ сделать невероятно долговечные, энергоемкие батареи, эффект домино такой технологии будет иметь глубокие последствия. влияние на наше будущее и на наши усилия по спасению мира... от себя.
