기술이 발전함에 따라 장치는 더욱 소형화되고 기능적이며 모바일화되고 있습니다. 이러한 완벽함의 장점 충전식 배터리, 장치에 전원을 공급합니다. 수년에 걸쳐 많은 것이 발명되었습니다. 다른 유형장점과 단점이 있는 배터리.
10년 전에는 유망한 기술이었던 것 같습니다. 리튬 이온배터리는 더 이상 모바일 장치에 대한 현대적인 발전 요구 사항을 충족하지 않습니다. 충분히 강력하지 않으며 자주 사용하거나 장기간 보관하면 빨리 노화됩니다. 그 이후로 리튬 철 인산염, 리튬 폴리머 등과 같은 리튬 배터리의 하위 유형이 개발되었습니다.
그러나 과학은 가만히 있지 않고 전기를 더욱 효율적으로 절약할 수 있는 새로운 방법을 찾고 있습니다. 예를 들어, 다른 유형의 배터리가 발명되고 있습니다.
리튬-황 배터리(Li-S)
리튬황이 기술을 사용하면 리튬 이온 모체 배터리의 두 배에 달하는 에너지 용량을 갖춘 배터리를 얻을 수 있습니다. 큰 용량 손실 없이 이 유형의 배터리는 최대 1,500회까지 재충전할 수 있습니다. 배터리의 장점은 황이 포함된 액체 음극을 사용하고 특수 멤브레인으로 양극과 분리되는 제조 및 레이아웃 기술에 있습니다.
리튬황 배터리는 상당히 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있으며 생산 비용도 매우 낮습니다. 대량으로 사용하기 위해서는 생산의 단점, 즉 환경에 유해한 유황을 폐기하는 문제를 해결해야 한다.
마그네슘-황 배터리(Mg/S)
최근까지는 복합 용도가 불가능했습니다. 황과 마그네슘하나의 세포에서, 그러나 얼마 전까지만 해도 과학자들은 이것을 할 수 있었습니다. 그들이 작동하려면 두 요소 모두에서 작동하는 전해질을 발명하는 것이 필요했습니다.
이를 안정화시키는 결정질 입자의 형성으로 인한 새로운 전해질의 발명 덕분입니다. 아아, 하지만 프로토타입은 시작됐어 이 순간내구성이 없으며 이러한 배터리는 생산되지 않을 가능성이 높습니다.
불화물 이온 배터리
불소 음이온은 음극과 양극 사이에 전하를 전달하는 데 사용됩니다. 이 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 용량이 수십 배 이상 크고 화재 위험도 낮다. 전해질은 바륨 란타늄을 기반으로 합니다.
배터리의 개발은 유망한 방향인 것처럼 보이지만 대량 사용에 대한 매우 심각한 장애물은 매우 낮은 수준에서만 배터리를 작동한다는 것입니다. 고온.
리튬공기전지(Li-O2)
기술의 발전과 함께 인류는 이미 생태에 대해 생각하고 있으며 더 깨끗하고 깨끗한 에너지원을 찾고 있습니다. 안에 리튬 공기배터리에서는 금속 산화물 대신 탄소가 전해질에 사용되는데, 이는 공기와 반응하여 전류를 생성합니다.
에너지 밀도는 최대 10kWh/kg으로 전기자동차와 모바일 기기에 사용할 수 있다. 곧 최종 소비자에게 제공될 것으로 예상됩니다.
리튬 나노인산염 배터리
이러한 유형의 배터리는 차세대 리튬 이온 배터리로, 그 장점 중 하나는 다음과 같습니다. 고속충전 및 고전류 출력 가능성. 을 위한 완전 충전, 예를 들어 약 15분 정도 소요됩니다.
더 빠른 이온 흐름을 제공하는 특수 나노입자를 사용한 신기술로 충전 및 방전 주기를 10배 증가시킵니다! 물론 자가 방전이 약하고 메모리 효과도 없습니다. 불행하게도 배터리의 무게가 무겁고 특수한 충전이 필요하기 때문에 널리 사용하는 데에는 어려움이 있습니다.
결론적으로 말하면 한 가지입니다. 우리는 재충전 없이 오랫동안 작동할 수 있는 전기 자동차와 장치의 광범위한 사용을 곧 보게 될 것입니다.
일렉트로 뉴스:
BMW 자동차 제조사가 자사 버전의 전기 자전거를 선보였습니다. BMW 전기 자전거에는 전기 모터(250W)가 장착되어 최대 25km/h의 속도까지 가속됩니다.
전기 자동차로 2.8초 만에 100개를 주행할 수 있나요? 소문에 따르면 P85D 업데이트는 시속 0~100km 가속 시간을 3.2초에서 2.8초로 단축할 예정이다.
스페인 엔지니어들이 1000km 이상 주행할 수 있는 배터리를 개발했습니다! 77% 저렴하고 단 8분 만에 충전됩니다.
질문 읽기 트루드노피사카 :
“양산을 위해 준비 중인 배터리 신기술에 대해 알아보는 것도 흥미로울 것 같아요."
아 물론 기준은 연속 생산다소 느슨하지만 지금 유망한 것이 무엇인지 알아 보겠습니다.
화학자들이 생각해낸 내용은 다음과 같습니다.
셀 전압(볼트)(수직) 및 특정 음극 용량(mAh/g) 새 배터리제조 직후(I), 첫 번째 방전(II) 및 첫 번째 충전(III)(김희수 외 그림/Nature Communications).
에너지 잠재력 측면에서 마그네슘과 황의 조합을 기반으로 한 배터리는 리튬 배터리보다 성능이 뛰어납니다. 그러나 지금까지 어느 누구도 이 두 물질을 배터리 셀에서 함께 사용할 수 없었습니다. 이제 약간의 유보를 거쳐 미국의 전문가 그룹이 성공했습니다.
도요타의 과학자 연구소북미(TRI-NA)에서 해결하려고 노력했습니다. 주요 문제, 마그네슘-황 배터리(Mg/S) 제조에 걸림돌이 되고 있습니다.
Pacific Northwest National Laboratory에서 준비되었습니다.
독일인들이 불소 이온 배터리를 발명했습니다.
과학자들은 전체 전기화학적 전류원 외에도 또 다른 옵션을 개발했습니다. 명시된 장점은 리튬 이온 배터리보다 화재 위험이 낮고 특정 용량이 10배 더 크다는 것입니다.
KIT(Karlsruhe Institute of Technology)의 화학자들은 금속 불화물을 기반으로 한 배터리 개념을 제안했으며 여러 개의 작은 실험실 샘플을 테스트하기도 했습니다.
이러한 배터리에서 불소 음이온은 전극 사이의 전하 이동을 담당합니다. 배터리의 양극과 음극에는 전류 방향(충전 또는 방전)에 따라 교대로 불화물로 변환되거나 다시 금속으로 환원되는 금속이 포함되어 있습니다.
공동 저자인 막시밀리안 피히트너(Maximilian Fichtner) 박사는 “단일 금속 원자가 한 번에 여러 전자를 수용하거나 제공할 수 있기 때문에 이 개념은 기존 리튬 이온 배터리보다 최대 10배 더 높은 매우 높은 에너지 밀도를 허용합니다.”라고 말했습니다.
아이디어를 테스트하기 위해 독일 연구자들은 직경 7mm, 두께 1mm의 배터리 샘플을 여러 개 만들었습니다. 저자들은 여러 가지 전극 재료(예: 구리 및 비스무트와 탄소 결합)를 연구하고 란타늄과 바륨을 기반으로 한 전해질을 만들었습니다.
그러나 이러한 고체 전해질은 단지 중간 단계에 불과하다. 이 구성불화물 이온을 전도하는 는 고온에서만 잘 작동합니다. 따라서 화학자들은 이를 대체할 대체품, 즉 실온에서 작용하는 액체 전해질을 찾고 있습니다.
(자세한 내용은 연구소의 보도자료와 Journal of Materials Chemistry의 기사를 참조하세요.)
미래의 배터리배터리 시장의 미래를 예측하는 것은 여전히 어렵다. 리튬 배터리는 여전히 왕이며 리튬 폴리머 개발 덕분에 좋은 잠재력을 가지고 있습니다. 은-아연 요소의 도입은 매우 길고 비용이 많이 드는 공정이며, 그 타당성은 여전히 논쟁의 여지가 있는 문제입니다. 연료전지와 나노튜브를 기반으로 한 기술은 가장 많은 사람들로부터 칭찬과 설명을 받아왔습니다. 아름다운 말로그러나 실제로 사용해 보면 실제 제품은 너무 부피가 크거나 너무 비싸거나 둘 중 하나입니다. 한 가지 분명한 점은 휴대용 장치의 인기가 비약적으로 증가하고 있기 때문에 향후 몇 년 동안 이 산업이 계속해서 활발하게 발전할 것이라는 점입니다.
자율주행에 초점을 맞춘 노트북과 병행해 배터리가 오히려 백업 UPS 역할을 하는 데스크톱 노트북 방향도 발전하고 있다. 삼성은 최근 배터리가 전혀 없는 유사한 노트북을 출시했습니다.
안에 NiCd- 배터리에도 전기분해 가능성이 있습니다. 폭발성 수소가 배터리에 축적되는 것을 방지하기 위해 배터리에는 미세한 밸브가 장착되어 있습니다.
유명 연구소에서 MIT최근에 개발된 독특한 기술생산 리튬 배터리특별히 훈련된 바이러스의 노력을 통해.
하지만 연료전지겉보기에는 기존 배터리와 완전히 다르며 동일한 원리로 작동합니다.
또 누가 유망한 방향을 제안할 수 있습니까?
소비 생태학: 전기 운송의 미래는 주로 배터리 개선에 달려 있습니다. 배터리는 무게를 줄이고 충전 속도를 높이는 동시에 더 많은 에너지를 생산해야 합니다.
전기 자동차의 미래는 주로 배터리 개선에 달려 있습니다. 배터리는 무게를 줄이고 충전 속도를 높이는 동시에 더 많은 에너지를 생산해야 합니다. 과학자들은 이미 몇 가지 결과를 얻었습니다. 한 엔지니어 팀이 에너지를 낭비하지 않고 수십 년 동안 사용할 수 있는 리튬-산소 배터리를 만들었습니다. 그리고 호주의 한 과학자는 효율성 손실 없이 백만 번 충전할 수 있는 그래핀 기반 이온니스터를 제시했습니다.
리튬-산소 배터리는 가볍고 많은 에너지를 생산하므로 전기 자동차에 이상적인 부품이 될 수 있습니다. 그러나 이러한 배터리에는 심각한 단점이 있습니다. 빨리 마모되고 낭비되는 열의 형태로 너무 많은 에너지를 방출합니다. 새로운 개발 MIT, 아르곤 국립연구소, 북경대학교의 과학자들은 이 문제를 해결할 것을 약속합니다.
엔지니어 팀이 개발한 리튬-산소 배터리는 리튬과 산소가 포함된 나노입자를 사용합니다. 이 경우 상태가 변할 때 산소는 입자 내부에 남아 기체 상태로 돌아가지 않습니다. 이는 공기 중에서 산소를 빼앗아 역반응 중에 대기로 방출하는 리튬공기전지와는 다르다. 새로운 접근 방식은 에너지 손실을 줄이고(전압은 거의 5배 감소) 배터리 수명을 늘립니다.
리튬-산소 기술은 습기와 CO2에 노출되면 품질이 저하되는 리튬-공기 시스템과 달리 실제 조건에도 잘 적용됩니다. 또한 리튬 및 산소 배터리는 과충전으로부터 보호됩니다. 에너지가 너무 많아지면 배터리가 다른 유형의 반응으로 전환됩니다.
과학자들은 120번의 충방전 주기를 수행했지만 생산성은 2%만 감소했습니다.
지금까지 과학자들은 프로토타입 배터리만 만들었지만 1년 이내에 프로토타입을 개발할 계획입니다. 이를 위해서는 값비싼 재료가 필요하지 않으며 생산은 여러 면에서 전통적인 생산과 유사합니다. 리튬 이온 배터리. 프로젝트가 실행되면 가까운 미래에 전기자동차는 같은 질량으로 두 배의 에너지를 저장할 수 있게 될 것입니다.
호주 스윈번 공과대학(Swinburne University of Technology)의 엔지니어는 또 다른 배터리 문제, 즉 재충전 속도를 해결했습니다. 그가 개발한 이온니스터는 거의 즉시 충전되며 효율성 저하 없이 수년 동안 사용할 수 있습니다.
Han Lin은 오늘날 가장 강력한 재료 중 하나인 그래핀을 사용했습니다. 벌집 모양의 구조로 인해 그래핀은 에너지를 저장할 수 있는 표면적이 넓습니다. 과학자는 3D 프린터로 그래핀 플레이트를 인쇄했습니다. 이 생산 방법을 사용하면 비용을 절감하고 규모를 늘릴 수도 있습니다.
과학자가 만든 이온니스터는 리튬 이온 배터리와 동일한 무게 1kg당 에너지를 생산하지만 몇 초 만에 충전됩니다. 게다가 리튬 대신에 훨씬 저렴한 그래핀을 사용한다. Han Lin에 따르면 슈퍼커패시터는 품질 저하 없이 수백만 번의 충전 주기를 거칠 수 있습니다.
배터리 생산 부문도 가만히 있지 않다. 오스트리아의 Kreisel 형제는 기존 배터리보다 무게가 거의 절반에 달하는 새로운 유형의 배터리를 만들었습니다. 테슬라 모델에스.
노르웨이 오슬로 대학의 과학자들이 완전 충전이 가능한 배터리를 발명했습니다. 그러나 그들의 개발은 도시를 대상으로합니다. 대중 교통, 정기적으로 정차합니다. 각 정류장에서 버스가 재충전되고 다음 정류장까지 이동하기에 충분한 에너지가 있습니다.
캘리포니아 대학교 어바인캠퍼스(University of California, Irvine)의 과학자들은 영원한 배터리를 만드는 데 더 가까워졌습니다. 그들은 수십만 번 충전할 수 있는 나노와이어 배터리를 개발했습니다.
그리고 라이스 대학의 엔지니어들은 효율성 저하 없이 섭씨 150도의 온도에서 작동하는 장치를 만드는 데 성공했습니다. 출판됨
매년 전 세계에서 구동되는 장치의 수는 배터리, 꾸준히 증가하고 있습니다. 가장 약한 연결고리가 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 현대 장치배터리입니다. 정기적으로 재충전해야 하며 용량이 그렇게 크지 않습니다. 기존 배터리로 인해 태블릿이나 모바일 컴퓨터가 며칠 동안 자율적으로 작동하기 어렵습니다.
따라서 전기 자동차, 태블릿, 스마트폰 제조업체는 이제 배터리 자체의 보다 작은 부피에 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있는 방법을 찾고 있습니다. 전기 자동차와 모바일 장치용 배터리에 대한 요구 사항은 서로 다르지만 둘 사이의 유사점을 쉽게 찾을 수 있습니다. 특히, 유명한 테슬라 전기차로드스터는 노트북용으로 특별히 설계된 리튬 이온 배터리로 구동됩니다. 사실, 전기를 공급하기 위해 스포츠카엔지니어들은 6,000개 이상의 배터리를 동시에 사용해야 했습니다.
전기 자동차든 모바일 장치든, 미래 배터리에 대한 보편적인 요구 사항은 분명합니다. 즉, 더 작고 가벼우며 훨씬 더 많은 에너지를 저장해야 한다는 것입니다. 어느 유망한 발전이 분야에서 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니까?
리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리
리튬이온 카메라 배터리
오늘은 모바일 기기에서 가장 큰 분포리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리를 받았습니다. 에 관하여 리튬 이온 배터리(Li-Ion)은 90년대 초반부터 생산되었습니다. 그들의 주요 장점은 상당히 높은 에너지 밀도, 즉 질량 단위당 일정량의 에너지를 저장할 수 있다는 것입니다. 또한 이러한 배터리는 악명 높은 "메모리 효과"가 없으며 자체 방전이 상대적으로 낮습니다.
리튬의 사용은 매우 정당합니다. 왜냐하면 이 원소는 전기화학적 잠재력이 높기 때문입니다. 실제로 종류가 많은 모든 리튬 이온 배터리의 단점은 배터리의 노화가 상당히 빠르다는 것, 즉 배터리를 보관하거나 장기간 사용하는 동안 성능이 급격히 저하된다는 것입니다. 또한, 현대 리튬 이온 배터리의 용량 잠재력은 거의 고갈된 것으로 보입니다.
리튬 이온 기술의 추가 개발은 리튬 폴리머 전원 공급 장치(Li-Pol)입니다. 액체 전해질 대신 고체 물질을 사용합니다. 리튬 폴리머 배터리는 이전 제품에 비해 에너지 밀도가 더 높습니다. 또한 이제 거의 모든 형태의 배터리를 생산할 수 있게 되었습니다(리튬 이온 기술에는 원통형 또는 직사각형 케이스 형태만 필요함). 이러한 배터리는 크기가 작기 때문에 다양한 모바일 장치에서 성공적으로 사용할 수 있습니다.
그러나 리튬 폴리머 배터리의 출현으로 인해 상황이 근본적으로 바뀌지는 않았습니다. 높은 전류방전 및 모바일 장치를 지속적으로 충전해야 하는 인류를 구하기에는 특정 용량이 여전히 부족합니다. 또한 리튬 폴리머 배터리는 작동이 매우 변덕스럽고 강도가 부족하여 화재가 발생하기 쉽습니다.
유망기술
안에 지난 몇 년다양한 국가의 과학자와 연구자들은 가까운 미래에 기존 배터리를 대체할 수 있는 보다 발전된 배터리 기술을 만들기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 이와 관련하여 가장 많은 몇 가지가 있습니다. 유망한 방향:
— 리튬-황 배터리(Li-S)
리튬-황 배터리는 유망 기술이며, 이러한 배터리의 에너지 강도는 리튬 이온 배터리보다 두 배 높습니다. 그러나 이론적으로는 이보다 더 높을 수도 있다. 이 전원은 황이 포함된 액체 음극을 사용하며 특수 멤브레인에 의해 전해질과 분리됩니다. 비용량이 크게 증가한 것은 리튬 양극과 황 함유 양극의 상호작용에 따른 것이다. 이러한 배터리의 첫 번째 사례는 2004년에 나타났습니다. 그 이후로 개선된 리튬-황 배터리가 15000사이클을 견딜 수 있게 되는 등 약간의 진전이 있었습니다. 완전히 충전됨- 심각한 용량 손실 없이 방전됩니다.
이 배터리의 장점에는 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있고 향상된 보호 구성 요소를 사용할 필요가 없으며 상대적으로 저렴한 비용이 포함됩니다. 흥미로운 사실– 2008년에 항공기 비행 시간에 대한 기록이 세워진 배터리 사용 덕분입니다. 태양열 구동. 그러나 리튬-황 배터리를 대량 생산하려면 과학자들은 여전히 두 가지 주요 문제를 해결해야 합니다. 찾아야 할 것 효과적인 방법유황을 재활용하고 온도나 습도 조건이 변화하는 조건에서도 전원의 안정적인 작동을 보장합니다.
— 마그네슘-황 배터리(Mg/S)
마그네슘과 황의 화합물을 기반으로 한 배터리는 기존 리튬 배터리를 우회할 수도 있습니다. 사실, 최근까지 어느 누구도 하나의 셀에서 이러한 요소의 상호 작용을 보장할 수 없었습니다. 마그네슘-황 배터리 자체는 에너지 밀도가 4000Wh/l 이상에 도달할 수 있기 때문에 매우 흥미로워 보입니다. 얼마 전 미국 연구진 덕분에 마그네슘-황 배터리 개발을 가로막는 주요 문제를 해결한 것으로 보입니다. 사실은 마그네슘과 황 쌍의 경우 이러한 화학 원소와 호환되는 적절한 전해질이 없다는 것입니다.
그러나 과학자들은 전해질을 안정화시키는 특수 결정질 입자의 형성을 통해 이러한 허용 가능한 전해질을 만들 수 있었습니다. 샘플 마그네슘-황 배터리에는 마그네슘 양극, 분리막, 황 음극 및 새로운 전해질이 포함되어 있습니다. 그러나 이것은 첫 번째 단계일 뿐입니다. 불행하게도 이 유망한 모델은 아직 내구성이 없습니다.
— 불소 이온 배터리
최근 몇 년 동안 등장한 또 다른 흥미로운 전원입니다. 여기서 불소 음이온은 전극 사이의 전하 이동을 담당합니다. 이 경우, 양극과 음극에는 (전류 방향에 따라) 불화물로 변환되거나 다시 환원되는 금속이 포함되어 있습니다. 이는 상당한 배터리 용량을 보장합니다. 과학자들은 이러한 전원이 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 수십 배 더 높다고 말합니다. 상당한 용량 외에도 새 배터리는 화재 위험도 현저히 낮습니다.
고체전해질 기반의 역할에 대해 많은 옵션이 시도되었지만 결국 선택은 바륨 란타늄으로 결정되었습니다. 불소이온 기술은 매우 유망한 해결책으로 보이지만 단점이 없는 것은 아닙니다. 결국 고체 전해질은 고온에서만 안정적으로 기능할 수 있다. 따라서 연구자들은 정상적인 실온에서 성공적으로 작동할 수 있는 액체 전해질을 찾는 과제에 직면해 있습니다.
— 리튬 공기 배터리(Li-O2)
오늘날 인류는 태양광, 풍력, 수력 발전과 관련된 보다 깨끗한 에너지원을 사용하기 위해 노력하고 있습니다. 그런 점에서 리튬공기전지는 매우 흥미롭다. 우선, 많은 전문가들은 이를 전기 자동차의 미래로 간주하고 있지만 시간이 지나면 모바일 장치에도 적용할 수 있습니다. 이러한 전원 공급 장치는 용량이 매우 크고 크기가 상대적으로 작습니다. 작동 원리는 다음과 같습니다. 금속 산화물 대신 탄소가 양극에 사용되어 공기와 화학 반응을 일으켜 전류가 생성됩니다. 즉, 여기서 에너지를 생성하기 위해 산소가 부분적으로 사용됩니다.
산소를 음극의 활성 물질로 사용하면 실질적으로 무진장한 원소이기 때문에 상당한 이점이 있으며, 가장 중요한 것은 산소로부터 완전히 자유로워진다는 것입니다. 환경. 리튬-공기 배터리의 에너지 밀도는 10,000Wh/kg에 이를 수 있다고 여겨집니다. 아마도 가까운 미래에 이러한 배터리는 전기 자동차를 동력 자동차와 동등하게 만들 수 있을 것입니다. 가솔린 엔진. 그건 그렇고, 모바일 장치 용으로 생산되는 이러한 유형의 배터리는 이미 PolyPlus라는 이름으로 판매되고 있습니다.
— 리튬 나노인산염 배터리
리튬 나노인산염 전원 공급 장치는 다음 세대높은 전류 출력을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 초고속 충전. 이러한 배터리를 완전히 충전하는 데는 15분밖에 걸리지 않습니다. 또한 표준 리튬 이온 셀보다 최대 10배 더 많은 충전 주기가 가능합니다. 이러한 특성은 보다 강렬한 이온 흐름을 제공할 수 있는 특수 나노입자를 사용하여 달성되었습니다.
리튬 나노인산염 배터리의 장점에는 낮은 자체 방전, "메모리 효과"가 없으며 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있는 능력도 포함됩니다. 리튬 나노인산염 배터리는 이미 상업적으로 이용 가능하며 일부 유형의 장치에 사용되지만 특수한 배터리 요구로 인해 채택이 제한됩니다. 충전기최신 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리에 비해 무게가 더 큽니다.
실제로 충전식 배터리를 만드는 분야에는 더 많은 유망 기술이 있습니다. 과학자와 연구자들은 근본적으로 새로운 솔루션을 개발할 뿐만 아니라 기존 리튬 이온 배터리의 특성을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어 실리콘 나노와이어를 사용하거나 독특한 '자가 치유' 능력을 갖춘 새로운 전극을 개발하는 등의 방법이 있습니다. 어쨌든 우리의 휴대폰과 다른 모바일 장치재충전 없이 몇 주 동안 지속됩니다.