Сила пресса

Технологии

Электроника сделала огромный скачок, когда на смену вакуумной трубке пришел транзистор. Благодаря этому мы имеем широко применяемый кремниевый чип. Итак, электронные приборы стали значительно мощнее, а одновременно меньшими и более дешевыми. Кое-кто верит, что такая же судьба ждет и перезарядные аккумуляторы, если бы и их можно было превратить в тоненькие и твердотельные приборы. Для этого ученые разрабатывают различные способы и, похоже, вскоре некоторые их усилия принесут плоды. Они обещают сделать меньшие, более дешевые и более мощные аккумуляторы для бытовой электротехники и, наконец, для электрических авто.

Над новой разработкой работает компания из Флориды Planar Energy of Orlando, в 2007 году откололась от Национальной лаборатории возобновляемой энергии США. Вскоре Planar должен завершить установка пилотной производственной линии, которая будет печатать литий-ионные аккумуляторы на металлических или пластиковых листах, как газету.

Методы нанесения тонкопленочного еще не применяют в промышленном производстве аккумуляторов, только в изготовлении солнечных батарей и мониторов. Как ни парадоксально звучит, но хоть при тонкоплівковому нанесении используют различные химические реагенты, которые действуют как «чернила», что распыляется на металлическую или пластиковую пластинку, эффект достигается только в том случае, когда в результате реакции таких прекурсоров образуется твердый конечный продукт. В большинстве аккумуляторов уже есть жидкие или полужидкие электролиты, поэтому раньше вопрос «печати» батареек даже не рассматривался. Однако в Planar открыли твердый электролит, который, по их расчетам, подходит для тонкопленочного нанесения.

Зарядись!

Электролит в аккумуляторе – это материал, через который ионы (в этом случае ионы лития) проходят через один электрод (катод) к другому (анода внутри элемента аккумулятора. Электроны, отталкиваются от этих ионов, проходят такой же путь, но по внешнему контуру обычно через провод. Это означает, что энергия, которую они несут, может применяться с пользой. Если направить электроны через провод в противоположном направлении, ионы вернутся туда, где были изначально, следовательно, аккумулятор перезарядиться.

В аккумуляторах могут использоваться различные виды ионов, но литий в последнее время имел наибольшую популярность благодаря небольшому весу. При одинаковом весе литиевые аккумуляторы держат больше энергии, чем другие. В таких аккумуляторах электролит обычно имеет форму геля. Изготовить такой аккумулятор с твердым электролитом можно, но до сих пор это делали через так называемое вакуумное осаждение. Для этого требуется сложное и дорогостоящее оборудование, с помощью которого атомные слои материала осаждаются на основу. Аккумуляторы, изготовленные таким образом, чаще всего маленькие, но не дешевые, и используются в специализированных приборах, например, в сенсорах. Чтобы их можно было применять в бытовой электронике, а особенно в электрокарах, аккумуляторы с твердым электролитом должны быть большими и массово производиться.

Находка Planar – керамический электролит, который, по словам представителей компании, работает не хуже, чем гель. Такой электролит (вместе с электродами аккумулятора) можно наносить на металлические или пластиковые листы, которые прокручиваются с одного барабана на другой, как в классическом процессе печати газет на друкувальній машине. И не надо вакуума. Напечатанные рулоны можно резать на отдельные элементы, которые скрепляются проводами в батареи.

Как катод Planar использует литий двуокись марганца, а как анод – легированные оксиды меди и литиевые сплавы. Что же касается ключевого твердого электролита, то здесь компания берется за материалы, известные как тио-ЛІСІКОНи (thio-LISICON) – это сокращенное название литиевых супериона проводников. Нужно будет еще исследовать, какие именно тио-ЛІСІКОНи лучшие, но сам принцип уже однозначно работает.

Особенность таких руководителей заключается в том, что электроды и электролит кажутся твердыми, но на самом деле они имеют мелкозернистую структуру нанометрического масштаба (нанометр – это одна миллиардная метра). Это дает возможность ионам лития свободно проходить сквозь нее. Достижение именно такого строения необходимых материалов стоило многих усилий, но ученые из Planar считают, что они уже решили это задание.

«Чернила», которые они используют для печати элементов аккумуляторов, – это химикаты-прекурсоры, которые растворяются в воде. Если их смешать и нанести на основу в соответствующих (специальных для каждого продукта) концентрациях и условиях, в результате их реакции образуются пленки с нужной наноструктурою. После этого вода просто испаряется, а остаются необходимые электронные сандвичи, и занимает это в тысячу раз меньше времени, чем вакуумное осаждение.

Такой способ печати аккумуляторов также позволит монтировать другие тонкопленочные приборы, в частности ультраконденсатори, непосредственно в аккумуляторные элементы. Ультраконденсатор – это прибор для хранения электроэнергии, который можно быстро заряжать и разряжать. В электромобилях ультраконденсатори могут накапливать энергию от рекуперативного торможения и тратить ее на ускорение разгона.

В Planar заявляют, что их аккумуляторы будут надежнее традиционные литиевые, они способны сохранять вдвое – втрое больше энергии, будут весить так же и будут выдерживать несколько десятков тысяч раз циклов перезарядки. Кроме того, их производство втрое дешевле.

Материальные преимущества

Пока это лишь смелые заявления, но руководитель Planar Скотт Фарис замечает, что их аккумуляторы имеют еще ряд преимуществ. В частности, во время изготовления используется значительно меньше материалов. Около половины обычного литий-ионного аккумулятора создается из материалов, которые вообще не принимают участия в химическом функционировании батареи, среди них толстый кожух и так называемый пористый полимерный сепаратор, который не позволяет электродам в элементе касаться друг друга и создавать короткие замыкания. Благодаря тонкоплівковій технологии исчезает необходимость в такой плотной обертке, а твердый электролит от Planar выполняет двойную функцию, в частности сепаратора. В результате, утверждает Фарис, 97% материалов, использованных в продукте Planar, активно задействованы в процессе накопления электроэнергии.

Если пилотная технологическая линия успешно заработает, компания надеется начать массовое производство где-то за 18 месяцев. Сначала она будет выпускать маленькие батарейки для переносных устройств. Затем изготовлять большие аккумуляторы, а где-то за шесть лет планирует выпускать батареи, которые будут достаточно мощными для того, чтобы обеспечить потребности производителей автомобилей. А если в то время кому-то понадобится сменный аккумулятор для Chevy Volt, эта технология уже сможет предложить альтернативный вариант с твердым электролитом, благодаря которому авто будет проезжать исключительно на электричестве не 65 км, как сейчас, а все 200. Сейчас именно маловат пробег считается одним из основных препятствий на пути к массовому использованию электрических автомобилей. Но если твердотельные аккумуляторы решат проблему пробега, за революционностью это изобретение отнюдь не будет уступать кремнієвому чиповые.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.

*