Новости Библиотека Учёные Ссылки Карта сайта О проекте


Пользовательский поиск







12.05.2015

Индустрия на пороге устранения узкого места в развитии электроники — батарей и аккумуляторов

Компьютерная индустрия до сих пор фокусировалась на размерах и функциях мобильных устройств и, наконец, уперлась в способность элементов питания обеспечить их нормальное использование. Прорывов в области батарей не было с начала 1990-х, со времен литий-ионной технологии. Потребовалось изменение взгляда на мобильные устройства и появление отдельной их ветви, чтобы этот прорыв назрел. Что же мы имеем на пороге теперь.

Илон Маск на презентации батареи Tesla Powerwall
Илон Маск на презентации батареи Tesla Powerwall

Одним из первых с узким местом элементов питания столкнулся Илон Маск, который взял на себя сверхамбициозную задачу по переводу всей планеты на экологически чистые электромобили. Несмотря на то что Tesla Model S способна проехать 426 км от одной зарядки своего аккумулятора на 85 кВтч, она все еще остается дорогой городской игрушкой. Однако Маск, как никто другой, близок к тому, чтобы изменить мир. Он готовится к массовому выпуску бюджетных Tesla и запускает огромную фабрику литий-ионных аккумуляторов Tesla Gigafactory 1, в которую вложился такой известный игрок на этом рынке, как Panasonic. Из устаревающей литий-ионной технологии собираются выжать все соки и снизить стоимость батарей на 30%, а запас хода Tesla на них будет увеличен до 644 км от одной подзарядки, и это будет сделано уже к 2017 году.

Tesla Gigafactory 1 в Неваде будет производить батареи мощностью 35 ГВт в год и обеспечит выпуск 500 тыс. электромобилей в год. Сама фабрика будет обеспечивать себя электроэнергией от солнечных батарей.

Маска волнует рост выбросов СО2 на планете, и 2 мая он представил свой новый продукт Tesla Powerwall — аккумулятор для дома емкостью 10 кВтч, который способен обеспечить резервным питанием современную городскую квартиру в течение суток. Заряжается Powerwall от солнечных батарей, разработанных с учетом суточного цикла, требований эффективности и компактности. Несмотря на высокую стоимость — $3,5 тыс., — мировая аудитория уже оценила новинку и оставила предзаказы на 38 тыс. устройств, то есть на $133 млн, что говорит о готовности рынка к глобальным энергетическим изменениям.

Google также столкнулась с проблемой элементов питания, емкость и размер которых критически важны для Android-смартфонов, а еще больше для «умных» часов Google Glass, дронов, электромобилей, медицинских нанороботов и других передовых разработок компании. Бывший эксперт Apple по элементам питания доктор Рамеш Бхардваж сперва тестировал со своей группой батарейки других производителей, а потом пришел к выводу, что надо разрабатывать свои собственные. Бхардваж говорит, что у Google по крайней мере 20 проектов, которые зависят от развития технологий элементов питания.

Твердотельные пленочные элементы питания обещают большие преимущества в размере и придании им любой формы, что важно для миниатюрных носимых устройств, но непонятно, удастся ли сделать их дешевыми при массовом производстве. В лаборатории Google X Бхардваж старается развить эту технологию, а также более традиционные литий-ионные батареи, чтобы сделать их более приемлемыми для Google Glass и измеряющих уровень глюкозы контактных линз. Для очков батареи можно будет сделать более мощными, чтобы обеспечить, например, проигрывание видео на них, для линз — использовать более безопасные материалы, которые не могут возгореться.

Другие группы Google работают с технологиями AllCell Technologies для улучшения элементов питания, например, для проекта Loon, стратосферных дирижаблей, предназначенных для ретрансляции беспроводного интернета. Из-за низких температур обычные литий-ионные батареи в них неприменимы. Их оборачивают в графен и воск для лучшего рассеивания тепла, что позволяет продлить срок их жизни.

Другим путем развития является изменение не емкости батарей, а скорости их перезарядки и долговечности. Ведь если батарея будет восстанавливать заряд почти мгновенно, то уже не так критически важно, сколько часов без подзарядки может работать устройство. Научная группа в Стэндфордском университете работает над сверхбыстро перезаряжаемыми алюминиево-ионными аккумуляторами, которые еще и очень дешевы в производстве из-за относительно невысокой стоимости алюминия, а также безопасны и не взрываются, даже если просверлить батарейку насквозь.

Профессор Хонгжие Дай говорит, что алюминиево-ионные батареи пытаются разработать уже довольно давно, но никак не удавалось найти подходящий материал для катода. Его группе случайно удалось обнаружить такой материал в лице графита. Жидкий электролит в такой батарее почти полностью состоит из солей, а реакция идет при комнатной температуре, поэтому эти элементы питания безопасны.

Разработчики также говорят о сверхбыстрой перезарядке батарей, до 1 минуты, и 7500 циклах перезарядки без потери мощности в сравнении с 100 у обычных литий-ионных батарей. Алюминиевую батарею также можно гнуть, что открывает ей большие перспективы применения в носимых устройствах.

К сожалению, пока алюминиевые батареи обладают низким напряжением (до 2 В, что, однако, уже позволяет заменить миллионы экологически вредных щелочных пальчиковых батареек) и в разы меньшей плотностью хранения энергии на килограмм веса. Однако профессор Дай уверен, что эти ограничения скоро удастся преодолеть.

Израильский стартап StoreDot, в который вложился Роман Абрамович, делает ставку на рынок автомобильных батарей. Компания говорит об улучшении всех важнейших характеристик элементов питания: размеров, времени жизни, скорости перезарядки и, конечно же, стоимости производства. В 2014 году на поддерживаемой Microsoft конференции ThinkNext директор стартапа пообещал показать в 2015 году прототип, заряжающий современный смартфон с нуля до 100% за минуты. На ThinkNext 2015 смартфон действительно был заряжен за две минуты. В 2016 году компания покажет уже перезарядку электромобиля типа Tesla Model S с нуля до 100% за пять минут.

Элементы питания основаны на нанотрубках, способных быстро отдавать и накапливать энергию, и биохимической реакции расщепления и синтеза пептидов (соединения аминокислот). 5 таких энергоячеек позволяют зарядить за минуты смартфон, 7 тыс. ячеек смогут зарядить за минуты автомобиль. Производители обещают снижение стоимости эксплуатации электромобиля за счет своей технологии на 50% в расчете на милю в сравнении с другими электромобилями.

С заявлениями TAG Heuer и Swatch о том, что смартфоны открывают новые возможности для швейцарских часовщиков, и о выпуске собственных «умных» часов стало окончательно ясно, что эра «умных» часов пришла. Однако Apple в этот раз не смогла выбрать самый лучший момент для выхода на этот рынок, хоть и наделала много шуму.

Причиной этого, конечно же, стало несовершенство технологий элементов питания. Неудивительно, что CEO Swatch Ник Хайек заявляет о разработке собственного элемента питания и выходе на рынок автомобильных батарей. Swatch — один из крупнейших производителей часов в мире со штатом более 35 тыс. сотрудников, ему принадлежат такие известные марки, как Breguet, Omega, Longines, Tissot и другие, так что масштабы вполне позволяют говорить об этом серьезно.

Будущие «умные» часы будут оснащены NFC для осуществления мобильных платежей одним касанием, Bluetooth для получения уведомлений со смартфона и стоить около $160. На подходе другие разнообразные модели. Если сейчас «умные» часы держат заряд один день, то в скором времени их элементы питания смогут обеспечить работу без подзарядки в течение шести месяцев. Swatch говорит о разработке батарей, обладающих куда большей емкостью, чем литий-ионные, которыми обязательно заинтересуется автомобильная индустрия.

Алексей Короткин


Источники:

  1. gazeta.ru





Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2015
При копировании материалов активная ссылка обязательна:
http://nplit.ru 'NPLit.ru: Библиотека юного исследователя'