Необычный Li-ion аккумулятор – Sila скрытая внутри
В последние годы ученые и технологи ищут способ заставить работать Li-ion аккумулятор как можно дольше. При этом жесткими критериями отбора остаются минимальный размер аккумулятора и его безопасность. Наконец, компании Sila Nanotechnologies удалось достичь нужных показателей, представив миру в начале 2018 года разработанный ими новый компонент для изготовления литиевых батарей.
Предел современных аккумуляторов
Существующие сейчас литий-ионные аккумуляторы уже подошли к своему технологическому пределу и не могут обеспечить в полной мере растущие запросы современных смартфонов и различных электронных гаджетов. Не меньшие требования также предъявляются к эффективности литиевых батарей для электромобилей небольших электросамолетов и прочего электротранспорта.
В конструкции современного литий-ионного аккумулятора используется графит. Ограничения данного компонента в батареях сводятся к тому, что атомы углерода (графита) не могут удерживать большое количество ионов лития. Как следствие, это влечет за собой ограничение общей емкости всего аккумулятора.
Способы улучшения Li-ion аккумуляторов
Есть несколько способов улучшить технические показатели современных литиевых батарей. Здесь можно выделить некоторые наиболее эффективные решения.
Твердотельные аккумуляторы
В последние годы все больше внимания уделяется твердотельным батареям. Твердотельная технология заменяет графит чистым литием и замещает жидкий электролит, пропитанный в пористом сепараторе твердым полимером или керамическим сепаратором. Исключение из состава батареи жидких составляющих приводит к более стабильной работе даже при низких температурах. Также, благодаря использованию твердых компонентов, устраняется возможность к самовозгоранию батарей при перегрузках во время эксплуатации. Скорее всего, будущее именно за батареями такого типа.
Недостатком таких аккумуляторов является процесс изготовления, который сильно отличается от изготовления литий-ионных батарей. Для этого потребуется изменение технологических линий на заводах по производству аккумуляторов. Это довольно затратно с финансовой точки зрения и все растущей конкуренции среди производителей.
Аккумуляторы на основе графена
Исследователи из Samsung разработали уникальный материал для аккумуляторов на основе графена, который позволяет увеличить скорость заряда батареи в пять раз быстрее, чем стандартные литий-ионные аккумуляторы. Однако вопрос увеличения емкости таких батарей пока остается открытым.
«Волшебный» порошок от Sila Nanotechnologies
До сих пор в литиево-ионных батареях используются материалы на основе графита. Но микроскопические частицы кремния становятся эффективной заменой графита. Так считает компания Sila Nanotechnologies, которая собирается вывести свою технологию на рынок в 2019 году.
По словам генерального директора Калифорнийской компании Sila Nanotechnologies Джина Бердичевского, атом кремния может хранить в 20 раз больше лития, чем атомы углерода. Для хранения ионов лития требуется гораздо меньше атомов кремния, следовательно, сохранив ту же емкость, можно значительно уменьшить габариты всего аккумулятора. Особенно это актуально для малогабаритных электронных устройств, где требуется источник питания минимальных размеров, но с большой емкостью.
Немного истории Sila Nano
Д. Бердичевский в 2001 году поступил в Стэнфорд в качестве механика. В 2004 году он покинул Стэнфорд и стал сотрудником компании Тесла, которая производит электромобили. Во время работы в Тесла Бердичевский тестировал различные литий-ионные батареи. Там он пришел к выводу, что производительность аккумуляторов находится на пределе и для дальнейшей работы в этой области нужен принципиально новый подход.
В 2010 году он вернулся в Стэнфорд, получил степень магистра в области инженерных наук и сосредоточился на материаловедении. Позже, будучи предпринимателем в Sutter Hill Ventures, Бердичевский обратил внимание на химический элемент, который получил Глеб Юшин, русский эмигрант, работающий в лаборатории нанотехнологий в Georgia Tech.
Химический элемент, полученный Глебом Юшиным, лег в основу того самого «волшебного» порошка на основе кремния для изготовления литий-ионных аккумуляторов нового поколения.
Вскоре к Д. Бердичевскому и Г. Юшину присоединился Алекс Джейкобс, который до этого занимался разработкой литий-ионных аккумуляторов в компании Тесла, и они вместе основали Sila Nanotechnologies.
Уникальность порошка на основе кремния от Sila Nano
Кремний намного дешевле, чем графит. Порошок на основе кремния просто заменит графит в существующей технологии изготовления батарей. Заводам изготовителям Li-ion аккумуляторов по всему миру не придется менять свой техпроцесс. Достаточно будет заменить графит на кремниевый порошок от Sila Nano.
Однако у этой технологии есть один недостаток. Когда кремний принимает ионы лития, он набухает в четыре раза. Постоянные изменения в объеме значительно сократят срок службы батареи.
Соучредитель компании Sila Джин Бердичевский и технический директор Глеб Юшин заявляют, что они решили проблему «расширения». Кремний имеет тенденцию к разбуханию, по существу разрушая батареи с каждым зарядом. Технология Sila включает в себя закупоривание микроскопических частиц кремния в крошечные сферические капсулы внутри батареи. Такое свойство позволяет оставить пространство внутри капсулы для расширения кремния. Технология изготовления такого кремниевого порошка держится в секрете.
На данный момент компания Sila Nanotechnologies в плотную работает с BMW над внедрением данной технологии. BMW заинтересована в скорейшей разработке новых материалов для батарей своих электромобилей.
Помимо BMW уникальной технологией Sila Nano заинтересовались и другие компании. На сегодняшний день инвесторами Sila Nanotechnologies являются: Samsung, Matrix Partners, китайская компания Chengwei и многие другие.
По заявлению руководства Sila Nanotechnologies, аккумуляторы с их порошком могут поступить в продажу уже к 2020 году.
"Вынужденная остановка"
отрывок из рассказа
— Кто это? — спросил Сэм, указывая на фигуру человека через защитное стекло капсулы времени.
— Это физик Alessandro Volta, который изобрел первую батарейку, что-то на подобие источников питания нашей капсулы, — ответил Томсон.
— Кстати, пока идет восстановление энергоблока, мы можем выйти из капсулы и подойти поближе к изобретателю. Он нас не увидит из-за искривления пространственного коридора. У нас остается еще несколько минут до выравнивания заряда наших батарей. По завершении процесса, нам хватит энергии на открытие нового туннеля времени.
На столе мерцала свеча, озаряя своим тусклым светом небольшую комнату. В помещении пахло химическими реактивами. Свет от свечи, отражаясь от стоявших неподалеку стеклянных колб, оставлял на стене причудливые узоры.
Ученый сидел за столом и возился с каким-то устройством. Периодически отвлекаясь, он делал пером короткие заметки на листе бумаги.
Alessandro как раз работал над улучшением своего электрического накопителя. Первый действующий образец такого накопителя он представил Лондонскому королевскому обществу в 1800 году.
Накопитель электричества был похож на небольшой вертикально стоящий цилиндр с отходящими от него проводами. …
