Идва ли ерата на цинковите батерии – AUTOZONA.bg
Connect with us

Технологии

Идва ли ерата на цинковите батерии

Публикувано преди

на

Светът се нуждае от евтини и мощни батерии, които могат да съхраняват устойчиво произведена електроенергия от вятър или слънчева светлина, така че да можем да я използваме, когато имаме нужда от нея, дори когато навън е тъмно или не духа вятър. Най-често срещаните батерии, които захранват нашите смартфони и електрически автомобили, са литиево-йонни батерии. Те са доста скъпи, защото търсенето на литий в световен мащаб нараства, а освен това тези батерии са лесно запалими.

Цинковите батерии на водна основа предлагат обещаваща алтернатива на тези литиево-йонни батерии. Международен екип от изследователи, ръководен от ETH Цюрих, сега е разработил стратегия, която носи ключов напредък в разработването на такива цинкови батерии, правейки ги по-мощни, по-безопасни и по-щадящи околната среда.

Издръжливостта е предизвикателство
Има редица предимства на цинковите батерии: цинкът е изобилен, евтин е и има развита инфраструктура за рециклиране. Освен това цинковите батерии могат да съхраняват много електричество. Най-важното е, че цинковите батерии не изискват непременно използването на силно запалими органични разтворители като електролитна течност, тъй като вместо това те могат да бъдат направени с помощта на електролити на водна основа.

Само ако нямаше предизвикателства, с които инженерите трябва да се сблъскат при разработването на тези батерии: когато цинковите батерии се зареждат при високо напрежение, водата в електролитната течност реагира на един от електродите, за да образува водороден газ. Когато това се случи, електролитната течност намалява и производителността на батерията намалява. Освен това тази реакция води до натрупване на излишно налягане в батерията, което може да бъде опасно. Друг проблем е образуването на остри отлагания на цинк по време на зареждане на батерията, известни като дендрити, които могат да пробият през батерията и в най-лошия случай дори да причинят късо съединение и да направят батерията неизползваема.

Солите правят батериите токсични
През последните години инженерите преследваха стратегията за обогатяване на водния течен електролит със соли, за да поддържат съдържанието на вода възможно най-ниско. Но това има и недостатъци: прави електролитната течност вискозна, което значително забавя процесите на зареждане и разреждане. Освен това много от използваните соли съдържат флуор, което ги прави токсични и вредни за околната среда.

Мария Лукацкая, професор по електрохимични енергийни системи в ETH Zurich, сега обедини сили с колеги от няколко изследователски институции в Съединените щати и Швейцария, за да търси систематично идеалната концентрация на сол за цинково-йонни батерии на водна основа. Използвайки експерименти, подкрепени от компютърни симулации, изследователите успяха да разкрият, че идеалната концентрация на сол не е, както се предполагаше преди, най-високата възможна, а относително ниска: пет до десет водни молекули на положителен йон на солта. Констатациите са публикувани в списание Energy & Environmental Science.

Дълготрайна производителност и бързо зареждане
Нещо повече, изследователите не са използвали никакви вредни за околната среда соли за своите подобрения, а вместо това са избрали екологични соли на оцетната киселина, наречени ацетати. „С идеална концентрация на ацетати успяхме да сведем до минимум изчерпването на електролита и да предотвратим цинковите дендрити точно толкова добре, колкото други учени по-рано правеха с високи концентрации на токсични соли“, казва Дарио Гомес Васкес, докторант в групата на Лукацкая и водещ автор на ученето. „Нещо повече, с нашия подход батериите могат да се зареждат и разреждат много по-бързо.“

Досега изследователите на ETH са тествали новата си стратегия за батерии в сравнително малък лабораторен мащаб. Следващата стъпка ще бъде да разширим подхода и да видим дали може да бъде преведен и за големи батерии. В идеалния случай те биха могли един ден да се използват като единици за съхранение в електрическата мрежа, за да компенсират флуктуациите, да речем, или в мазетата на еднофамилни къщи, за да позволят слънчевата енергия, произведена през деня, да се използва вечер.

Все още има някои предизвикателства за преодоляване, преди цинковите батерии да бъдат готови за пазара, както обяснява професор Лукацкая от ETH: батериите се състоят от два електрода – анод и катод – и електролитна течност между тях. „Ние показахме, че чрез настройване на електролитния състав може да се активира ефективно зареждане на цинкови аноди“, казва тя. „Занапред обаче качествените катодни материали също ще трябва да бъдат оптимизирани, за да се реализират издръжливи и ефективни цинкови батерии.“

Продължи с четенето

Автоиндустрия

Рециклирането на EV батерии: Новата програма за устойчивост на Daimler Truck

Published

on

By

Daimler Truck North America (DTNA) представи новаторска инициатива. Те обявиха програма, насочена към удължаване на жизнения цикъл на батериите, използвани в акумулаторни електрически превозни средства (BEV). Разкрита на изложението Advanced Clean Transportation (ACT) в Лас Вегас, тази програма се фокусира върху принципите на ремонт, повторно производство, повторно използване и рециклиране на EV батерии и техните материали. Този всеобхватен подход не само увеличава максимално живота на тези скъпи компоненти, но също така допринася за екологичната устойчивост.

Значението на управлението на жизнения цикъл на батерията

Батериите за електрически превозни средства са значителна инвестиция, като често са най-скъпата част от BEV. Според Дейвид Карсън, старши вицепрезидент по продажбите и маркетинга на DTNA, след като тези батерии престанат да служат на предназначението си за захранване на превозни средства, те стават почти безполезни за операторите. Програмата “Second Life” на DTNA се справя с това предизвикателство чрез внедряване на система, която разширява използваемостта на тези батерии след първоначалния им жизнен цикъл.

Ремонт и повторно производство

Телеметричната технология на DTNA играе решаваща роля при определянето кога батерията на камион вече не е годна за използване в превозно средство. Когато е възможно, първата стъпка е да поправите батерията. Ако батерията е извън елементарния ремонт, тя влиза в процеса на повторно производство. Това се случва в местата за преработка на дизел в Детройт в Съединените щати. Там батерията се подлага на частично разглобяване, подмяна на модула и стриктно тестване. Възстановените продукти се актуализират с най-новите технологии и трябва да отговарят или надвишават стандартите за нови продукти, преди да бъдат пуснати отново на пазара. Този процес не само намалява отпадъците, но също така предлага рентабилно решение, което повишава общата цена на притежание за клиентите.

За батерии, които не могат да бъдат поправени или произведени повторно, DTNA си партнира с Nuvation Energy за разработване на системи за съхранение на енергия от батерии (BESS). Тези системи подпомагат различни приложения като зареждане, пиково бръснене, резервно съхранение и сценарии с микромрежи. Първите единици от тези системи за съхранение, проектирани с помощта на батерийни модули от Детройт, ще бъдат инсталирани в Electric Island на DTNA по-късно тази година. Това усилие за пренасочване е от решаващо значение, тъй като помага за смекчаване на ограниченията на текущата електрическа мрежа, като позволява зареждане извън пиковите натоварвания и намалява зависимостта от мрежата.

Рециклиране на EV батерии с Li-Cycle

Когато батериите достигнат края на жизнения си цикъл и вече не могат да бъдат преназначени, DTNA си сътрудничи с Li-Cycle, водеща компания за възстановяване на ресурсите на литиево-йонни батерии. Li-Cycle използва екологичен метод, който рециклира батерии в разтвор на течна основа, постигайки до 95% степен на възстановяване на критични материали. Този висок процент на възстановяване гарантира, че ценните материали се връщат във веригата за доставка на батерии, минимизирайки отпадъците и въздействието върху околната среда.

Подход на кръговата икономика

Ангажиментът на DTNA към устойчивостта се отразява в неговия подход за кръгова икономика, който се простира отвъд обикновените батерии. Компанията има за цел да увеличи максимално жизнения цикъл на всички компоненти, използвани в нейните електрически превозни средства. Тази стратегия е част от по-широката цел на DTNA за постигане на въглеродна неутралност за всички нови продукти и услуги от директни доставчици в Европа, Съединените щати и Япония до 2039 г. До 2025 г. DTNA планира да постигне неутрално по отношение на CO₂ производство във всичките си останали производства на камиони растения.

Поглед напред

Програмата за рециклиране на EV батерии „Second Life“ на Daimler Truck North America е значителна стъпка напред в търсенето на нулеви емисии в индустрията на камионите. Като се фокусира върху ремонта, повторното производство, повторното използване и рециклирането на EV батерии и техните материали, DTNA не само удължава живота на тези критични компоненти, но също така допринася за глобалните усилия за устойчивост. Този всеобхватен подход гарантира, че ценните материали, използвани в батериите за електрически превозни средства, се използват до пълния им потенциал, намалявайки отпадъците и подкрепяйки по-устойчиво бъдеще за индустрията на камионите.

Източник: Daimler Truck North America 

Продължи с четенето

Технологии

Honda революционизира автомобилното развитие с помощта на IBM

Published

on

By

Поради сложността на днешните превозни средства, много проблеми с дизайна, които възникват в началото на процеса на разработка, не стават очевидни до последните етапи. Това води до много скъпи преработки в крайната фаза на автомобилния дизайн. Honda работи с консултанти от IBM, за да създаде AI chatbot, за да даде на дизайнерите по-добра представа за минали проблеми. Използвайки софтуера IBM Watson Discovery и IBM Watson Assistant за улавяне и анализиране на огромните количества текстова, неструктурирана проектна документация, Honda използва силата на AI, за да помогне за намаляване на преработките.

„Системата с изкуствен интелект ще израсне като експертен инженер“, обяснява Йоичиро Комацу, помощник главен инженер, Honda R&D Co., Ltd.

Източник: IBM

Продължи с четенето

Технологии

Инженери от Университета на Нов Южен Уелс преобразуваха дизелов двигател във водородно-дизелов хибрид

Published

on

By

Инженери от Университета на Нов Южен Уелс ( UNSW ) постигнаха важен крайъгълен камък в технологията за устойчива енергия. Те успешно преобразуваха традиционен дизелов двигател да работи като водородно-дизелов хибрид, намалявайки емисиите на въглероден диоксид (CO2) с над 85%. Това иновативно решение, двойната горивна система с директно впръскване на водород и дизел, обещава да революционизира индустриите, силно зависими от дизеловите двигатели, като предлага осъществим и незабавен път към значително намаляване на емисиите.

Екипът прекарва приблизително 18 месеца в разработване на система, която позволява на съществуващите дизелови двигатели да работят с 90% водород. Тази пионерска технология, подробно описана в International Journal of Hydrogen Energy , демонстрира значително намаляване на емисиите на CO2 до само 90 g/kWh – 85,9% по-ниско от традиционните дизелови двигатели.

„Тази нова технология значително намалява емисиите на CO2 от съществуващите дизелови двигатели, така че може да изиграе голяма роля за намаляването на нашия въглероден отпечатък, особено в Австралия с всичките ни минни дейности, селско стопанство и други тежки индустрии, където дизеловите двигатели се използват широко,“ каза професор Кук. „Преоборудването на съществуващи двигатели е много по-бързо, отколкото да чакате новите системи с горивни клетки да станат достъпни в търговската мрежа.“

Двугоривна система с директно впръскване водород-дизел

Как работи: Обяснена е двугоривната система

Системата, разработена от UNSW, запазва оригиналния дизелов инжекционен механизъм, но включва впръскване на водородно гориво директно в цилиндъра на двигателя. Този хибриден подход не само намалява емисиите на CO2, но също така се занимава с проблема с емисиите на азотен оксид (NOx), основно предизвикателство при комерсиализацията на водородни двигатели.

„Ако просто поставите водород в двигателя и го оставите да се смеси, ще получите много емисии на NOx, което е важна причина за замърсяването на въздуха и киселинните дъждове“, обясни професор Кук. „Но нашата система, която стратегически инжектира водород в определени моменти, намалява емисиите на NOx под тези на чисто дизеловите двигатели.“

„Но ние показахме в нашата система, че ако я направите стратифицирана – тоест в някои области има повече водород, а в други по-малко – тогава можем да намалим емисиите на NOx под тези на чисто дизелов двигател.“

Водородно-дизеловата двугоривна система с директно впръскване може да се похвали с подобрение на ефективността от над 26% в сравнение с конвенционалните дизелови двигатели. Това се постига чрез независим контрол както на моментите на впръскване на водорода, така и на дизела, което позволява прецизно управление на режимите на горене.

Най-важното е, че тази система не изисква използването на водород с висока чистота, чието производство е по-скъпо. Това прави технологията по-достъпна и рентабилна за широко разпространение.

Процесът на развитие не беше без предизвикателства. Според професор Кук, „Като машинни инженери открихме, че предизвикателството е в науката, по-специално в разбирането на изгарянето на водород. Имаше ограничени съществуващи изследвания върху разпределението на сместа и изгарянето на водород по начина, по който планирахме да го използваме, така че трябваше сами да проведем фундаментални изследвания. Упоритостта на екипа се отплати, което доведе до система, която не само намалява емисиите, но и подобрява работата на двигателя.

Непосредственият потенциал за тази технология е огромен, особено в промишлени условия, където линиите за доставка на водород вече са налице, като минни обекти. Проучванията показват, че около 30% от емисиите на парникови газове в тези обекти произтичат от дизелови двигатели, използвани в превозни средства и генератори на електроенергия. Австралийският пазар за дизелови електрогенератори в момента се оценява на около 765 милиона долара, което подчертава значителното въздействие, което тази технология може да има.

„В минните обекти, където се подава водород, можем да преобразуваме съществуващите дизелови двигатели, които се използват за генериране на енергия“, казва проф. Кук. „По отношение на приложения, при които водородното гориво ще трябва да се съхранява и движи, например в двигател  на камион , който в момента работи само с дизел, тогава ще трябва да внедрим система за съхранение на водород, която да бъде интегрирана в нашата система за впръскване.

„Мисля, че общата технология по отношение на мобилното съхранение на водород трябва да бъде доразвита, защото в момента това е доста предизвикателство.“

Изследователският екип на UNSW има за цел да комерсиализира своята система в рамките на следващите 12 до 24 месеца и активно търси инвеститори и индустриални партньори, за да ускори този процес. Екипът предвижда първоначалното приемане на тази технология в минния сектор, селското стопанство и строителството на Австралия, преди да се разшири в световен мащаб. 

„Нашата визия е първо да повлияем на австралийската минна, селскостопанска и строителна индустрия и след това да се преместим в останалия свят, за да окажем по-голямо въздействие“, казва проф. Кук.

Тим Бъкли, директор на Climate Energy Finance, описа потенциалното въздействие на пробива на UNSW: „Идеята за смесване на водород и дизел заедно в съществуващ двигател е нещо като Светия Граал за декарбонизиране на тежката промишленост и минното дело. Ако UNSW може да комерсиализира тази технология, това представлява огромна възможност за намаляване на емисиите.

Двугоривна система с директно впръскване водород-дизел

 

myelectricsparks.com

Продължи с четенето
Реклама

ПОПУЛЯРНО