Активные поиски более действенных методов хранения электроэнергии

Энергетика грядущего: Батарейки в комлекте?

КРИС ПЬЮПЕК, промышленный химик государственной лаборатории Argonne в городе Лемонт, неподалеку от Чикаго, с решительностью размахивает пробиркой с белоснежным порошком. Обычный щепотки содержимого этой пробирки будет довольно для его коллег-аналитиков, чтоб установить, есть ли у этого вещества потенциал нового чудо-материала для сотворения батарей. Сам доктор Пьюпек не имеет дела с щепотками. Его работа узнать, можно ли потом таковой потенциал воплотить на практике, т.е. обладает ли что-то необходимыми качествами для того, чтоб создавать это что-то недорого и в промышленных масштабах. Если это может быть, то материал посылают на промышленные тесты. Есть надежда, что хотя бы одна из схожих пробирок начнет революцию.

К счастью, у исследователей из JCESR есть свои козыри в рукаве. Какой-то из них мультивалентно-ионный аккумулятор. У атома лития есть всего только один свободный электрон для вступления в хим реакции. Атом магния имеет уже два валентных электрона, а атом алюминия целых три.

Но эту революцию ждут уже длительное время. И чем подольше это ожидание, тем посильнее колебание в том, что она вообщем наступит. В Объединенном центре исследовательских работ по аккумуляции энергии (JCESR The Joint Centre for Energy Storage Research), где работает доктор Пьюпек и его коллеги, уповают опровергнуть подобные сомнения. Этот центр соединил наилучшие мозги в области энергетики из американских государственных лабораторий и институтов вкупе с группой заинтересованных компаний. Еще у центра есть средства. Совершенно не так давно им был получен грант в 100 20 миллионов баксов от Министерства энергетики страны. Если кратко, цель исследовательских работ достигнуть пятикратного роста мощности батарей и их удешевления в 5 раз за 5 лет.

Чтоб открыть больше таких материалов, Argonne будет использовать быстро растущую в объеме энциклопедию веществ, сделанную Джербрандом Сидером из Массачусетского технологического института. Доктор Сидер возглавляет Проект Материалы, цель которого стать Гуглом для поиска инфы о свойствах материалов. Проект позволяет исследователям ускорить поиск инфы о субстанциях со специфичными качествами. Argonne будет использовать Проект Материалы как справочную библиотеку в собственном поиске наилучших электродов и уповает к тому же восполнить ее.

Активные поиски более действенных методов хранения электроэнергии

Большая часть батарей, от древних невзрачных свинцово-кислотных чудовищ, при помощи которых когда-то заводили машины, до гладких маленьких литиевых батареек, которые питают все от электрических книжек до часов, состоят из 3-х главных компонент: 2-ух электродов (анода и катода) и среды, именуемой электролитом. Электролит позволяет положительно заряженным ионам передвигаться меж электродами, регулируя поток негативно заряженных электронов, формирующих в батарее ток употребления. Искусство сотворения новых типов батарей состоит в таком успешном подборе материалов для этих 3-х компонент, чтоб батареи стали лучше и дешевле. Белоснежный порошок доктора Пьюпека один из таких материалов.

Активные поиски более действенных методов хранения электроэнергии

Думай позитивно

Главная задачка это взять такую комбинацию веществ из Проекта Материалы либо откуда бы то ни было еще, чтоб затмить самое успешное за последние 20 лет средство аккумуляции энергии литий-ионную батарею. Эти батареи на данный момент всераспространены везде. Они более известны способностью питать электромобили и гибридные авто, которые начинают появляться на дорогах. Но не так обширно понятно, что литий-ионные батареи склонны перенагреваться и сгорать. Два последних пожара на борту новых Боингов Семьсот восемьдесят семь Dreamliner были бы вызваны как раз такими батареями либо их управляющими системами. Усовершенствование литий-ионных батарей стало бы предметом отдельной гордости для хоть какой лаборатории.

Джордж Крэбтри, не так давно назначенный директором JCESR, считает, что такие улучшения потребуются уже скоро. Он считает, что большая часть прибыли от производительности литий-ионных батарей уже извлечена, что приводит к необходимости их подмены. Его заместитель Джеф Чемберлэйн относится к имеющейся технологии с огромным оптимизмом. Он считает, что еще будет может быть прирастить количество энергии, аккумулируемой единицей массы литий-ионной батареи, по очень мере в два раза, также понизить себестоимость на 30-40%.

Это показывает неопределенность того, сумеет ли разработка литий-ионных батарей при достижении предела собственных способностей сделать электромобили вправду конкурентоспособными по сопоставлению с автомобилями на движках внутреннего сгорания. Консалтинговая компания McKinsey считает, что литий-ионные батареи сумеют стать конкурентоспособными к Две тыщи 20 году, но как указывает расположенный ниже график, предстоит выполнить еще много работ. Более того, уже возникают претенденты на то, чтоб занять почтенное место литий-ионных батарей.

Фаворитом посреди претендентов, пожалуй, является литий-воздушная батарея, в какой металл литий окисляется на аноде и восстанавливается на катоде. В ее базе в качестве электролита употребляется кислород воздуха. Это приводит к понижению веса батареи и в теории обещает колоссальную удельную энергоемкость. Последнее в особенности принципиально. Один их аргументов против электромобилей это тот факт, что удельная энергоемкость бензина в джоулях энергии на килограмм массы в 6 раз больше, чем у батареи. Уменьшение этого дела сделает электромобили более симпатичными.

Возникновение литий-воздушной разработки вызвало большой ажиотаж. Но здесь есть свои задачи, на решение которых потребуются годы. Литий-воздушные батареи очень трудно заряжать и они очень темпераментны, капризны. Принцип их работы основан на хим реакции, которая неподалеку ушла от самовозгорания. Потому литий-ионные батареи очень пожароопасны и требуют установки томных систем защиты для устранения вероятного возгорания.

Разработка производства батарей имеет большущее значение. Существование современной цивилизация без этой технологии просто нереально. Все же, многие инженеры находят имеющиеся технологии удручающе неидеальными и считают, что есть еще способности для их развития. По их мысли, если создавать правильные батареи по правильной стоимости, то можно отодвинуть движки внутреннего сгорания на задний план в мире, где доступна даровая энергия ветра и солнца. Это стало бы истинной революцией.

По словам доктора Чемберлэйна это значит, что на теоретическом уровне при помощи магниевой либо дюралевой батареи можно запасти в два либо трижды больше энергии. Невзирая на то, что эти металлы не такие легкие, как литий (и не такие электроположительные, если уж использовать подходящий случаю хим жаргон), их дополнительные валентные электроны наращивают количество запасаемой энергии, тем увеличивая шансы таких батарей на фуррор в состязании с бензином. Эти металлы также дешевле, чем литий. И безопаснее. Но такие ионы труднее перемещать снутри батареи, что и было предпосылкой их малого использования в прошедшем, и это как раз тот случай, когда требуется поиск новых материалов.

2-ой переворот, который может вызвать возникновение более действенных батарей, кроме ситуации с электромобилями, это прорыв в обеспечении бесперебойного сетевого электроснабжения. Если получится воплотить это довольно недорого, то будет решена основная неувязка таких возобновляемых источников энергии как ветер и солнце то, что солнце светит не всегда и ветер дует не повсевременно. С этой целью исследователи из Argonne работают над так именуемыми проточными батареями.

Плыви по течению

В обычных батареях электролит находится снутри элемента батареи и служит для транспортировки ионов меж электродами. Заряд батареи это хим энергия этих электродов. В проточных батареях заряд содержится в самом электролите, который хранится в баке и потом прокачивается через химическую ячейку в то место, где происходят химические реакции.

В отличие от батарей, где активные химикаты хранятся снутри элемента, растворение активных частиц в электролите позволяет хранить реагенты вне аккума без ограничения объема рабочей воды, что дает возможность создавать вправду крупномасштабные проточные батареи. Отсюда появляется мысль с помощью их припасать сверхизбыточную энергию ветрогенераторов и солнечных панелей и использовать ее позднее. Но применение в проточных батареях электролитов на аква базе уменьшает их потенциал из-за того, что вода имеет тенденцию к разложению средством электролиза. Это ограничивает величину напряжения, при котором эти батареи могут работать.

Мир, питаемый энергией от батарей, электрифицировал бы такую часть экономики, как транспорт, ранее непокорливый, и поддержал бы переход от дорогостоящих (и загрязняющих окружающую среду) ископаемых топлив к таким видам горючего как, к примеру, солнечный свет, который вообщем ничего не стоит. Чтоб объявить революцию, требуется приложить некие усилия. Вопрос в том, одолеют ли революционеры либо будет возобладать старенькый режим?