Чем заменить аккумулятор литий-ионного типа (Li-Ion или Li-Polymer), который сегодня используют в телефонах, смартфонах, планшетах? Есть ли уже такие новые технологии, которые отлично подойдут нашим с вами гаджетам?
Существует много разных типов аккумуляторов. Только разновидностей технологии литий-ионных аккумуляторов несколько (узнайте о них здесь).
Никто пока не может достоверно спрогнозировать, что из них «выстрелит» в обозримом будущем. Просто у каждой есть особенности и ограничения.
Мы перечислили наиболее вероятных претендентов в конце статьи. Батарея на моче, золотые нанопроволоки... Их всего 14, и все они подходят для замены.
Смотрите, почему сложно предположить, чем заменить Li-Ion
Например, мы в Neovolt производим литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4) для источников бесперебойного питания (ИБП/UPS). На первый взгляд кажется, что технология отлично подходит в качестве альтернативы, чем заменить аккумуляторы в телефонах. Ведь такие батареи намного безопаснее и служат на 5-10 лет дольше, чем литий-кобальтовые (используются в смартфонах, телефонах, разных гаджетах).
Предлагаемая нами технология LiFePO4 уступает в плотности энергии LiCo-аккумуляторам. Она не подходит на роль того, чем можно было бы заменить аккумулятор телефона.
Приведём ещё пример. Рано или поздно Tesla достроит свой новый завод и примется производить больше литий-железо-фосфатных батарей, чем сегодня поставляют все компании мира вместе взятые. Учёные и инвесторы ожидают множество новых технологий, связанных с литий-железо-фосфатом.
LiFePO4 даже с такой поддержкой всё равно не заменит LiCo в карманных гаджетах, смартфонах, планшетах, телефонах, наушниках и так далее.
Высокая плотность энергии в как можно меньших размерах аккумулятора для них важнее, чем срок службы. Да и безопасность в них отлично контролируется. Разработчики используют высокотехнологичные алгоритмы с помощью контроллера, операционной системы и чипсета.
Не любые технологии аккумуляторов подходят для смартфонов.Перечислим, что предпринимают учёные для изменения аккумуляторов в будущем
Есть весьма увлекательный отчёт на эту тему от, не пугайтесь, Mordor Intelligence [источник]. Он подробно рассматривает изменения в технологиях аккумуляторных батарей в период 2020-2025 годов (на самом деле исследуемый период гораздо шире — с 2016-го по 2026-й).
Если очень коротко и простыми словами, то там говорится, что создавать новые типы аккумуляторов с меньшей стоимостью и лучшими характеристиками выгодно всем участникам рынка. Хотя многие читатели предполагают, корысть и жадность менеджеров и маркетологов не дают отрасли развиваться.
С реальной экономической точки зрения всё не так (доказательства как раз и приводятся в исследовании). Нашим возмущением управляет неведение.
Учёные активно экспериментируют и испытывают материалы.Уже сейчас учёные заняты следующими вещами:
- 1. активно исследуют структуры электродов (катода и анода);
- 2. синтезируют новые материалы для электролита и сепаратора;
- 3. создают и сравнивают реакции и изменения в электрохимических системах.
Не все проекты следует принимать всерьёз. Многие стартапы преследуют инвестиционные цели и только. Никакой науки в них нет, всё ради освоения денег.
Но те, которые достигли опытных образцов и вполне заслуживают внимания, мы перечислили списком ниже. Их всего 14.
Список 14 новых технологий аккумуляторов, чем можно заменить Li-Ion в телефонах
Не все из них готовы к выходу на рынок. Часть с высокой долей вероятности так и останутся идеей. А может быть и все.
1. Литий-воздушные батареи (Lithium–oxygen, Li–O2, Li-Air).
- • Использование кислорода в качестве окислителя, а не материала;
- • дешевле на 1/5 в сравнении с литий-ионными;
- • в 5 раз легче литий-ионных;
- • в 5 раз больше срок службы.
2. Батареи с золотой нанопроволокой (Gold Nanowire Technology).
- • Нанопроволочные элементы вместо лития;
- • нанопровода покрыты тонким слоем оксида марганца;
- • не изнашиваются в течение 4000 циклов;
- • в будущем такие батареи могут служить намного дольше, чем литий-ионные.
3. Магниевые батареи.
- • Используют магний при изготовлении;
- • меньше по размеру при той же ёмкости, что у литий-ионных;
- • не нуждаются в защите от перезаряда, глубокого разряда и так далее;
- • из-за компактности и безопасности намного дешевле.
4. Твердотельные литий-ионные или просто твердотельные аккумуляторы.
- • Стабильнее и безопаснее за счёт отсутствия жидкостного электролита;
- • энергоёмкость выше на 30% (в оптимистичном прогнозе), чем у простых литий-ионных аккумуляторов;
- • для переноса ионов лития используются сульфидные суперионные (сверхионные) проводники;
- • очень похожи на суперконденсаторы по возможностям, но превосходят их в накоплении и сохранности энергии в течение длительного срока.
5. Графеновые аккумуляторы.
- • Больше запас энергии, чем у литий-ионных;
- • безопаснее при авариях и повреждениях;
- • доступнее, так как нет необходимости в сложных системах балансировки и защиты;
- • заряжаются и отдают энергию в 33 раза быстрее (например, в огромных электротягачах или электролокомотивах нужно больше энергии, чем способны отдать литий-ионные).
6. Микросуперконденсаторы.
- • Изготовлены с помощью лазера;
- • дешевле в производстве и меньше энергозатраты на их создание;
- • заряжается в 50 раз быстрее, чем литий-ионные;
- • держат заряд дольше любого современного ионистора (суперконденсатора);
- • прочнее в изгибаемых форм-факторах (10000 раз на изгиб), чем литий-полимерные (около 2000);
- • безопаснее при повреждении.
7. Натрий-ионные аккумуляторы
- • Дешевле примерно в 10 раз, чем литий-ионные;
- • ранее уже использовались в ноутбуках (RS2E);
- • безопаснее для экологии в процессе утилизации;
- • пока литий не является существенным фактором в цене аккумулятора, натрий останется на скамье запасных;
- • натрий-ионные сложнее соединять в разных комбинациях материалов катод-электролит-анод, чем литий-ионные.
8. Пенные батареи
- • Создаются 3D-печатью (дешевле в производстве);
- • в печати используется медный пенопласт;
- • более безопасные в сравнении с литий-ионными из-за отсутствия жидкостного или гелевого электролита;
- • более длительный срок службы;
- • быстрее зарядка;
- • в 5 раз выше плотность;
- • меньше в размерах и весе.
9. Алюминий-воздушный аккумулятор («Alfa Battery»).
- • Ёмкость в 40 раз больше, чем у литий-ионных;
- • теоретический уровень удельной энергии 8100 Вт·ч/кг (теоретический максимум для Li-Ion — 400 Вт·ч/кг);
- • можно перезарядить, просто долив воду (солёную или обычную);
- • в форм-факторе карманных батарей (как для смартфонов) удельная энергия 120-200 Вт·ч/кг (у литий-ионных 90-120 Вт·ч/кг).
10. Складной аккумулятор (подобно бумаге).
- • Складываемый в любые формы аккумулятор;
- • похож на бумагу, но прочный и водонепроницаемый;
- • увеличение срока службы в сравнении с литий-ионными;
- • меньше размер, тонкий;
- • складывается более 200 000 раз без потерь;
- • для создания складных, сворачиваемых и прозрачных смартфонов, смарт-часов, встраивания в умную одежду.
11. «Аккумулятор» на моче (органике).
- • Питание обеспечивает топливо — моча (вода, азотистые продукты разложения белков, мочевина, соли и другие вещества);
- • для выработки энергии используется микробный топливный элемент;
- • топливный элемент способен обеспечить энергией смартфон (опытный образец на видео);
- • микроорганизмы расщепляют мочу и вырабатывают электричество;
- • для работы смартфона достаточно несколько ячеек (работает через трубки);
- • экологическая разработка — устройство вырабатывает электричество и разлагает отходы.
12. Выработка энергии от звука.
- • Телефон может заряжаться с использованием звуковых волн в атмосфере вокруг него;
- • работает на принципе пьезоэлектрического эффекта;
- • наногенераторы собирают окружающий шум и превращают его в электрический ток;
- • генерируемого тока достаточно для работы обычной «звонилки».
13. Органические батареи.
- • На 97% дешевле в производстве, чем литий-ионные;
- • аккумулятор с органическим питанием;
- • выдерживает холод до -70°C с сохранением ёмкости 70%;
- • выдерживает холод до -40°C с сохранением ёмкости 100%;
- • узнайте подробнее об опытном образце в Китае.
14. «Нанобатареи» / «наноаккумуляторы».
- • Применение технологии «нанопор» в создании аккумуляторов наноразмера и применении наноматериалов в создании традиционных макроразмерных аккумуляторов;
- • структуры катодов и анодов в 80 000 раз меньше человеческого волоса;
- • достигается зарядка батареи в форм-факторе под смартфон за 12 минут при работе в течение нескольких тысяч циклов;
- • разработка предусматривает действие в качестве множества маленьких аккумуляторов, которые в сотовой структуре объединены в полноценную батарею.
Наноаккумуляторы.Напишите в комментарии, о каких технологиях аккумуляторов будущего вы слышите впервые. Верите ли в их перспективы, или литий-ионные — это венец эволюции, конечная точка, по вашему мнению?
Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
