Батерия от алуминий, сяра и сол – бърза, безопасна и евтина – AUTOZONA.bg
Connect with us

Технологии

Батерия от алуминий, сяра и сол – бърза, безопасна и евтина

Публикувано преди

на

Докато светът изгражда все по-големи инсталации от вятърни и слънчеви енергийни системи, необходимостта от икономични, широкомащабни батерии за осигуряване на енергия, когато слънцето е залязло и въздухът е спокоен, нараства бързо. Днешните литиево-йонни батерии все още са твърде скъпи за повечето подобни приложения, а други опции като помпено-акумулаторни водноелектрически централи (като ПАВЕЦ „Чаира“) изискват много капиталовложения и специфична топография, които не винаги са налични.

Сега инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили нов вариант на батерия, използвайки обикновени материали – алуминий, сяра и сол. Батерията е не само евтина, но е устойчива на огън и повреди и може да се зарежда много бързо, което може да я направи полезна за захранване на дома или за зареждане на електромобили.

Литиево-йонните батерии доминират в тази област през последните няколко десетилетия, благодарение на своята надеждност и висока енергийна плътност. Въпреки това литият става все по-рядък и по-скъп, а клетките могат да бъдат опасни, като експлодират или избухват в пламъци при повреда или неправилна употреба. Необходими са по-евтини и по-безопасни алтернативи, особено с преминаването на света към възобновяема енергия и електрически автомобили.

Затова екипът на Масачузетския технологичен институт (MIT) си поставя за цел да разработи нов тип батерия от леснодостъпни и евтини материали. След търсене и някои опити и грешки, те се спират на алуминий за единия електрод и сяра за другия, допълнени с електролит от разтопена хлоро-алуминиева сол. Всички тези съставки не само са евтини и често срещани, но и не са запалими, така че няма опасност от пожар или експлозия.

По време на тестовете екипът демонстрира, че новите акумулаторни клетки могат да издържат на стотици цикли на зареждане и да се зареждат много бързо – при някои експерименти за по-малко от минута. Цената на клетките е само една шеста от цената на литиево-йонна клетка с подобен размер.

Те не само могат да работят при високи температури до 200 °C, но всъщност работят по-добре, когато са по-горещи – при 110 °C  батериите се зареждат 25 пъти по-бързо, отколкото при 25 °C. Важно е да се отбележи, че според изследователите батерията не се нуждае от външна енергия, за да достигне тази повишена температура – обичайният цикъл на зареждане и разреждане е достатъчен, за да я поддържа толкова топла.

Въпреки че видът на солта в електролита е избран, защото има ниска температура на топене, тя по стечение на обстоятелствата има и друго предимство – по естествен начин предотвратява образуването на дендрити. Тези метални налепи, които постепенно нарастват между двата електрода, докато предизвикат късо съединение, са сериозна пречка за батериите, особено за литиево-йонните клетки.

Екипът твърди, че този проект за батерия би бил най-подходящ за мащаби от няколко десетки киловатчаса, като например захранването на индивидуален дом от възобновяеми източници. Те биха могли да бъдат полезни и като зарядни станции за електромобили, благодарение на бързото си зареждане. Други видове батерии, като например скорошен модел, използващ електролит от разтопена сол и алуминиеви и никелови електроди, биха могли да работят по-добре в мрежови мащаби.

Патентите за алуминиево-сернистите батерии са лицензирани за отделна компания, наречена Avanti, съоснована от един от авторите на изследването, описващо разработката. Първата задача е да се създадат батерии в голям мащаб и да се проведат стрес тестове.

Справка: Pang, Q., Meng, J., Gupta, S. et al. Fast-charging aluminium–chalcogen batteries resistant to dendritic shorting. Nature 608, 704–711 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04983-9

Източник: Battery made of aluminum, sulfur and salt proves fast, safe and low-cost
Michael Irving

Продължи с четенето

Интересно

ВИДЕО: Как работят литиево-йонните батерии

Published

on

By

Литиево-йонните батерии правят съвременните електрически превозни средства възможни. Това инженерно обяснено видео показва как работят и как се произвеждат.

Видеото е спонсорирано от LG Energy Solution, която покани водещия на Engineering Explained Джейсън Фенске да посети завода за батерии в Холандия, Мичиган. Един от най-големите доставчици на батерии за EV, LG участва, наред с други неща, в съвместното предприятие Ultium Cells LLC с General Motors, което има за цел да построи четири завода за батерии в САЩ за доставка на GM EV.

Литиево-йонната батерия се състои от четири основни компонента. Катодът и анодът са съответно положителни и отрицателни изводи. Електролитът е средата, през която протичат литиевите йони и електроните между катода и анода по време на зареждане и разреждане. Разделителят предпазва катода и анода от допир, предотвратявайки късо съединение. Катодът често е най-скъпата част от батерията, която от своя страна е най-скъпата част от EV. Материалният му състав може да варира, като никел манган кобалт (NMC) е сред най-често срещаните. Някои производители на автомобили започнаха да преминават към литиево-железен фосфат (LFP), който се разглежда като по-достъпна опция и използва по-малко оскъдни суровини.

Анодите обикновено се правят от графит, тъй като той може да съхранява големи количества литий. Силицият се рекламира като алтернатива, защото потенциално може да съхранява дори повече литий. Фирмата за батерии Sila Nanotechnologies твърди, че може да увеличи EV обхвата до 20% със своята технология за силициев анод. Но силицият може също да се разширява и свива значително, докато абсорбира и разсейва лития.

В настоящите литиево-йонни батерии електролитът е течност, направена от литиеви соли и разтворител, с някои добавки. Това позволява на литиевите йони да се движат свободно, не реагира с другите материали в батерията и има относително ниски точки на замръзване и високи точки на запалване. Производителите на автомобили и фирмите за батерии проучват твърдотелни батерии – в които електролитът е твърд материал – от известно време, но течният електролит вероятно ще остане по подразбиране засега.

И накрая, сепараторът е порест материал, който позволява преминаването на литиевите йони. Неговите пори също могат да се затворят при високи температури като защита срещу прегряване. С поставения сепаратор за спиране на къси съединения, литиевите йони могат да пътуват от анода към катода, процес, който освобождава електрони, които захранват двигателите. За зареждане процесът е обратен, като литиевите йони мигрират от катода към анода.

Производството на литиево-йонни батерии започва чрез смесване на суспензии от катоден и аноден материал, които след това се намазват върху фолио (обикновено алуминий за катода и мед за анода). Покритите парчета фолио след това се нарязват на парчета с размер на батерия, ламинират се с разделител между тях и се подреждат на няколко слоя. След това се инжектира електролит и модулът преминава през процес на стареене. Завършените клетки след това се сглобяват в модули, като множество модули съставляват батериен пакет.

 

@EngineeringExplained

Продължи с четенето

Автомобили

Ruf Automobile създаде Tribute – Porsche 911 с въглеродно шаси и модифициран шестицилиндров двигател с въздушно охлаждане

Published

on

By

Ruf Automobile създаде Tribute – Porsche 911 с въглеродно шаси и модифициран шестицилиндров двигател с въздушно охлаждане. Това забележително превозно средство е носталгично пътуване обратно към корените на марката, олицетворяващо духа на класическите двигатели с въздушно охлаждане, като същевременно го влива с нотка на модерност, включващ технология с четири гърбични части с променливо синхронизиране на гърбиците, променливо повдигане на клапаните и триклапанни цилиндрови глави.

Като част от задвижването, проектираният от RUF 3,6-литров туин-турбо двигател с въздушно охлаждане е вграден в шаси от въглеродни влакна, произвеждайки 550 конски сили при 6750 RPM, настръхнал с характера, който само въздушното охлаждане може да осигури. Конструкцията на двигателя се основава на шестцилиндрова хоризонтално противоположна конфигурация с алуминиев блок и цилиндрови глави, осигуряващи лек и здрав дизайн. Шасито използва настоящата ни модулна система от двойни носачи във всичките четири ъгъла с хоризонтално монтирани амортисьори, вдигнати от моторните спортове. Интегрирана защитна клетка заздравява лекото му шаси.

Всички основни елементи на RUF са комбинирани: кормилно управление, изпълнено с тактилност, двигател, който завладява сетивата по всички най-добри начини и цялостно усещане за лекота, пъргавина и сила. Устремът на двигателя с въздушно охлаждане зад вас добавя нещо специално към модерния пантеон на RUF, като взема най-доброто от автомобилното минало и инжектира технологията на настоящето, за да създаде суперавтомобил, който е различен от всеки друг.

 

Продължи с четенето

Технологии

Ще замени ли водородът батериите в надпреварата за автомобили с нулеви емисии?

Published

on

By

Водородът е интересно вещество – най-лекият химичен елемент. Когато реагира с кислород, произвежда само вода и освобождава изобилно количество енергия. Невидимият газ често е спряган за най-ефективното чисто гориво на бъдещето. Някои от автомобилни специалисти дори се надяват, че той ще успее да „детронира“ електрическите батерии като предпочитана технология за задвижване с нулеви емисии.

Същевременно съществуват редица опасения за водорода, вариращи от високата му запалимост, проблемите с разходите и въглеродния отпечатък за производството му, пише The Guardian. Може ли водородът да предложи „трети път“ за автомобилната индустрия и да изпревари както елетрическите батерии, така и двигателите с вътрешно горене?

На какво мнение са привържениците на твърдението?

Много от привържениците на водорода са главни изпълнителни директори от сърцето на автомобилната индустрия. Японската компания Toyota е най-яркият сред тях, а нейният председател Акио Тойода миналия месец заяви, че делът на автомобилите с електрически батерии ще достигне пиков пазарен дял от 30%, като водородът и двигателите с вътрешно горене ще съставляват останалата част от продажбите. Моделът Mirai на Toyota е един от малкото автомобили, задвижвани с водород, които са широко достъпни, заедно с Nexo на южнокорейската компания Hyundai.

Директорът на BMW Оливър Ципзе заяви миналата година, че водородът е „липсващото парче от пъзела“, когато става въпрос за мобилност без емисии. BMW може да инвестира сериозно в технология за производство на батерии, но в същото време компанията тества своя водороден автомобил BMW iX5, макар и с горивни клетки на Toyota. „Една технология, сама по себе си, няма да е достатъчна, за да позволи климатично неутрална мобилност в световен мащаб“, отбелязва Ципзе.

Какво казва науката?

Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената, но това не означава, че е лесно да бъде добит на Земята. Най-чистият водород днес се получава чрез разделяне на въглерод от метан, но това води до отделяне на въглеродни емисии. Т.нар. „зелен водород“ с нулеви емисии идва от процеса електролиза – използване на чисто електричество за разделяне на водата на водород и кислород.

За да се използва водорода като гориво, той може да се изгори или да се използва в горивна клетка. Водородът реагира с кислорода от въздуха в присъствието на катализатор (често направен от скъпа платина). Това премахва електроните, които могат да преминават през електрическа верига, зареждайки батерия, която може да захранва електрически мотор. Водородът предлага зареждане с гориво за 4 минути, по-висока ефективност и по-дълъг пробег, според главния технологичен директор за разработване на автомобили с водородни горивни клетки в Stellantis Жан-Мишел Билиг.

Mirai, например, изминава над 600 км с едно зареждане. Stellantis, която миналия месец започна производство на водородни микробуси във Франция и Полша, е насочена към превозните средства за търговска употреба и компаниите, които искат да имат превозни средства в постоянна употреба без дълъг престой, необходим за зареждане.

„Те трябва да са по пътищата. Такси, което не работи, губи пари“, казва Билиг. Според него до края на това десетилетие водородната мобилност може да бъде конкурентноспособна на елетричеството от гледна точка на разходите.

На какво мнение са скептиците?

Много енергийни експерти не споделят ентусиазма на производителите на водородни автомобили. Директорът на Tesla Илон Мъск смята, че е излишно да се използва „зелено“ електричество за производство на водород, след като същото електричество може директно да захранва автомобил. Всяка трансформация на енергия включва загуба на топлина. Това означава, че водородните горива неизбежно доставят по-малко енергия на автомобила.

Дейвид Себон, професор по машинно инженерство в университета в Кеймбридж, казва, че за производството „зелен“ водород, е необходимо около 3 пъти повече електричество, отколкото за зареждане на електрическа батерия.

Майкъл Либрайх, председател на Liebreich Associates и основател на анализаторската фирма Bloomberg New Energy Finance, е създал т.нар. „водородна стълба“ – класация на приложенията на водорода, според това дали има по-евтини и по-лесни алтернативи. Тя поставя водорода за задвижване на автомобили в „редицата на гибелта“ с много малък шанс за пазарна ниша. Според Либрайх, водородът няма да може да изпревари батериите в автомобилите? Ключовият проблем за водородните автомобили не е горивната клетка, а действителното получаване на чист водород там, където е необходим.

Газът е силно запалим – с всички съображения за безопасност, които произтичат от това, трябва да се съхранява под налягане и страда от течове. Той също носи по-малко енергия на единица обем от изкопаемите горива, което означава, че ще изисква много повече танкери, освен ако не се използват електролизатори на място.

САЩ и Европа инвестират много в допълнителна инфраструктура за доставки на водород, но засега купувачите не искат да купуват автомобили с водород, защото не могат да ги заредят. В цяла Европа има 178 станции за зареждане с водород, половината от които са в Германия, според Европейската водородна обсерватория.

Защо тогава Международната агенция по енергетика смята, че водородът ще представлява 16% от автомобилния транспорт през 2050 г.? Отговорът е свързан най-вече с по-големите превозни средства като автобуси и камиони.

Лийбрайх е убеден, че батериите ще доминират в доставките на енергия за тежкотоварни превозни средства. Дори Toyota признава, че водородът в автомобилите досега „не е бил успешен“, главно поради липсата на гориво Но, според японския автомобилен концерн, камионите и автобусите за дълги разстояния предлагат по-голяма надежда.

Присъдата

Икономиката на водорода ще се промени в зависимост от нарастването или отслабването на ентусиазма на правителствата, но има и други променливи – технологията може да се подобри и да направи газа по-привлекателен, а учените може да намерят по-евтини процеси за добив на водород. И все пак, за автомобилите зарът изглежда е хвърлена. Батериите вече са предпочитаният избор след бензина и дизела за почти всеки производител. В Обединеното кралство са регистрирани по-малко от 300 продажби на водородни превозни средства за последните 20 години, спрямо 1 млн. електрически коли.

Доминацията на батериите вероятно ще се разшири, тъй като инвестициите в изследвания и инфраструктура, се занимават с въпросите за обхвата и времето за зареждане. Инвестициите във водорони изследвания, от друга страна, са несравнимо по-скоромни. Защитниците на водорода сега са изправени пред въпроса дали могат да изградят печеливши бизнеси в тежкотоварния пътен транспорт на по-дълги разстояния. Те се нуждаят от отговор на въпроса откъде ще доставят достатъчно количество зелен и евтин водород и дали, в крайна сметка, газът би бил по-добре използван другаде.

Източник: The Guardian

Продължи с четенето
Реклама

ПОПУЛЯРНО

Copyright © 2023 AutoZona.bg.