Akumulator (niemal) idealny
Na Uniwersytecie Stanforda powstał pierwszy wysoko wydajny akumulator aluminowy. Można go szybko ładować, jest wytrzymały i tani. Jego wynalazcy mówią, że może on zastąpić wiele współcześnie wykorzystywanych akumulatorów, takich jak akumulatory alkaliczne, które są szkodliwe dla środowiska naturalnego czy litowo-jonowe, które czasami zapalają się. Nasz akumulator nie zapłonie, nawet jeśli wywiercimy w nim otwór - mówi profesor Hongjie Dai.
Specjaliści na całym świecie od dziesięcioleci starali się wyprodukować skuteczne akumulatory aluminiowe. Największym problemem było uzyskanie odpowiedniego napięcia po wielu cyklach ładowania/rozładowania.
Nowy akumulator korzysta z aluminiowej anody i grafitowej katody. Próbowano katod z różnych materiałów. Przypadkowo odkryliśmy, że najlepiej jest użyć grafitu. Zidentyfikowaliśmy kilka jego typów, które zapewniają bardzo dobrą wydajność - zapewnia Dai. Eksperymentalne urządzenie składa się też a płynu jonowego pełniącego rolę elektrolitu. Nasz elektrolit to po prostu sól płynna w temperaturze pokojowej. Jest to więc bardzo bezpieczne rozwiązanie - mówi współautor badań, Ming Gong. Podczas swoich badań uczeni wiercili dziury w pracującym akumulatorze. Urządzenie nie zaczynało się palić. Akumulatory litowe mogą zachowywać się nieprzewidzianie. Wyprodukowaliśmy urządzenie nie tylko bezpieczne, ale i o dobrej wydajności - mówi Dai. Uczeni twierdzą, że ich prototyp można załadować w ciągu zaledwie minuty. Ich kolejnym wielkim osiągnięciem jest wydłużenie trwałości urządzenia. Dotychczas budowane akumulatory aluminiowe przestawały pracować po około 100 cyklach ładowania/rozładowywania. Urządzenie ze Stanforda przetrwało 7500 cykli bez widocznego spadku pojemności. Tymczasem typowy akumulator litowo-jonowy nie nadaje się do pracy po około 1000 cyklach. Kolejną zaletą naszego akumulatora jest elastyczność. Można go zginać, zatem będzie można go używać w elastycznej elektronice. Ponadto aluminium jest tańsze od litu - mówi Gong.
Największą słabością nowych akumulatorów jest dostarczane napięcie. Nie przekracza ono 2 woltów. To co prawda więcej, niż jakiekolwiek inne podobne urządzenie, ale dwukrotnie mniej niż zapewniają akumulatory litowo-jonowe. Udoskonalenie materiału katody pozwoli na uzyskanie wyższego napięcia i lepszej gęstości energetycznej. Poza tą niedoskonałością nasza bateria ma wszystko, o czym można marzyć: tanie elektrody, jest bezpieczna, szybko się ładuje, jest wytrzymała i elastyczna - zapewnia profesor Dai.
Komentarze (14)
tolep, 7 kwietnia 2015, 20:18
A co przeszkadza w połączeniu dwóch ogniw szeregowo?
thikim, 7 kwietnia 2015, 20:50
Nic. Ale coś za coś.
Traci się kilka rzeczy na tym
tolep, 7 kwietnia 2015, 20:59
Z przyjemnością dowiedziałbym się, jakich.
Tak w ogóle, to czuję że sprawdzą się - i jak widać może już zaczynają się sprawdzać - przepowiednie o nadchodzącym (z kręgów militarnych) przełomie technologicznym w magazynowaniu energii. Obyśmy nie musieli przeżyć wojny w celu ujrzenia tego przełomu w zastosowaniach cywilnych.
thikim, 7 kwietnia 2015, 21:13
1. Miniaturyzacja.
Można zrobić oczywiście dwie dwukrotnie cieńsze baterie i je połączyć szeregowo ale przy grubościach takich jak np. w telefonie komórkowym, dwie obudowy dwóch baterii zwiększyłyby grubość o te kilka mm. Duży minus gdy telefon ma mieć zgodnie z planem 8 mm a miałby 11 mm.
2. Mniejsza wydajność.
Przy jakimkolwiek połączeniu dwóch lub więcej baterii okazuje się że nie ma dwóch identycznych. Baterie rozładowują się nierównomiernie a to oznacza że układ przestanie pracować gdy gorsza przestanie pracować - czyli szybciej.
3. Wygoda.
Akumulatot Li Ion daje 3,6 V co znakomicie pasuje układom opartym na krzemie. I wiele układów zbudowano specjalnie pod takie napięcie. Teraz jak dasz 2 x 2 V to masz nadmiar - musisz zastosować dodatkowy stabilizator marnujący energię.
Jak dasz 2 V to masz niedomiar i albo układ nie zadziała albo zadziała nie optymalnie.
Robin_Otzi, 7 kwietnia 2015, 21:47
Myślę, że dla elektroniki 3,6 a 4V nie zrobi żadnej różnicy!
Stanley, 7 kwietnia 2015, 22:50
thikim wymyślasz sztuczne problemy, skończ waść w to brnąć, wstydu oszczędź:
1. Jako człowiek cywilizowany widziałeś zapewne rolkę papieru toaletowego, niekoniecznie kondensator elektrolityczny, tantalowy, kondensator foliowy itd... więc podpowiem - elektroda na ogół z aluminium zwinięta w rulonik... grubość warstwy izolatora wprost proporcjonalna do dopuszczalnego napięcia pracy a powierzchnia(objętość) zależna od pojemności. Coś już świta? Zanim zaczniesz wyciągać wnioski na temat grubości, masy czy problemów z łączenia w szereg pomyśl również nad właściwościami przewodnictwa elektrod - czyli od jakiego parametru elektrycznego jest ona(grubość) zależna i co ogranicza
Owszem warstwa izolatora proporcjonalna do napięcia i właściwości elektrolitu, suma sumarum może być w obu podobnej grubości. Owszem elektrody muszą się dublować ale być może w nowym rodzaju akumulatora elektrody mogą być znacznie cieńsze, materiały lżejsze...co dalej niech Ci podpowie wybujała wyobraźnia. Więcej otwarcia na nowe thikim 
Nie wiem jakie parametry ma ta nowa konstrukcja bo być może nawet masz racje strzelając na ślepo z 8 vs 11mm ale nie sądzę by było to aż tak oczywiste jedynie na podstawie napięcia.
2. Znowu wymyślasz. Biedni producenci laptopów, biedni producenci samochodów w świecie równoległym tkhima muszą stosować szyny kolejowe zamiast kabli. Po co łączą ogniwa w szereg skoro to same problemy... Owszem w pewnych wypadkach lepiej by było w innych nie. Głównie chodzi o zgodność wsteczną. Ale sporo elektroniki operuje na ~1.8V, komunikacja tj. USB to 3.3V wbrew pozorom, komunikacja idzie na 3.3V jedynie zasilanie ma 5V - od czego są przetwornice... gdzie nie spojrzysz przetwornice. Raz kolejny przypominam, zapomniałeś o różnicach w konstrukcji obu rodzajów akumulatorów wogóle nie biorąc pod uwagę różnic we właściwości elektrycznych/gabarytowych skupiając na ideologii.
3 Ale skoro nie masz żadnego pojęcia, poczytaj na temat akumulatorów litowych(tgz. litowo jonowych i tgz. litowo polimerowych) - może i ja się coś więcej dowiem bo o konstrukcji chemiczno-fizycznej mam mizerne pojęcie. W wystarczające jednak by dostrzec że 4V jest wprost idealne! Jeśli nie zmienia się tak znacznie jak w litowcu. Litowce potocznie opisywane są napięciami 3.6V polimerowe 3.7V ale to ich dolna granica sensownego rozładowywania. Ich maxymalne napięcia 4.1 i 4.2V również określają "umownie" bezpieczną granicę. Średnio na jeża 4V wpasowuje się idealnie pod warunkiem pozostawania w widełkach 3.6-4.2V. NiMH z 1.2V(szeregowo 2.4; 3.6; 4.8V) nie ma zbyt dobrego potencjału zastąpić litowca, nie ma też zbyt dobrego zastępowaniu baterii alkalicznej, ale w drugą mańkę(chronologicznie) -> NiMH zastępowane przez alkaliczną i NiMH zastępowane przez litowca jest wprost idealnie... jak jest z aluminium nie wiem mam nadzieje że jest idealne bez stosowania przetwornic. Nie chce mi się czytać, jeśli to rewolucja wkrótce zaczniemy używać, jeśli nie to wszyscy zapomnimy, co będzie to będzie. Nie rozumiem tylko jednego - skąd u Ciebie taki defetyzm? Święta były, nowe życie a ten na wieść o akumulatorze idealnym...
nie nie nie, będzie kiła i mogiła... thikim
Przeczuwam że u Astro coś nie teges(pewnie jak zwykle chodzi o kobietę) , ale chyba się obaj nie zaraziliście jakimś choróbskiem? To ja mam umrzeć na bezsens, to ja mam szerzyć negatwne mysli i krytykę.... ludzie opanujcie się bo mi chleb zabieracie
PS Dla wszystkich czytających. Napięcie 4V występuje między zaciskami akumulatora w waszym telefonie mniej więcej wówczas gdy oprogramowanie wskazuje 70% naładowania a 3.7V(3.6V) gdy jest bliski rozładowania. Zbliża się do 4.1-4.2V podczas naładowania do pełna przy ta zależność nie jest do końca liniowa, stąd do 80% ładuje się w miare szybko, ale proces ładowania do 100% trwa nieproporcjonalnie długo a napięcie utrzymuje się w miare stałe bliskie granicznemu(po którym może dojść nawet do samozapłonu). Tym procesem często jeśli nie zawsze zajmuje się niewielka płytka elektroniki umieszczona wewnątrz obudowy z akumulatorem właśnie ze względu na bezpieczeństwo. Ona definitywnie steruje procesem ładowania monitorując również bardzo ważny czynnik - temperaturę akumulatora. Niezależnie od widzimisie oprogramowania, trzymania 12h jako formatowanie i innych bzdur odziedziczonych w spadku po erze NiMH to ona decyduje kiedy rozpocząć, kiedy zacząć proces. Przykładowo akumulatory Nokii były przed erą smartfonów Androidowych(chińskich podróbek na RiscOS) często wykorzystywane w tych konstrukcjach gdyż można było do nich bezpośrednio podpiąć napięcie 5V z USB. Elektronika sterująca wewnątrz ogniwa sterowała procesem ładowania(płynący prąd i napięcie podawane na ogniwo). Poza tym że była zgodna z popularnymi akcesoriami była również wygodna w tworzeniu klonów o kształcie, kolorze jakim tylko dusza zapragnie podrobić.. Na marginesie oznaczenia np. BL-5C oznacza że akumulator jest w stanie bez uszkodzenia dostarczyć prądu o natężeniu równym 5 krotności jego pojemności czyli np. 5A dla ogniwa 1000mAh
Spośród 3 zacisków(czasem jest ich więcej) środkowy pin to analogowa informacja zwrotna o temperaturze ogniwa natomiast stopień naładowania jest określany "zawsze" na podstawie pomiaru napięcia na jego zaciskach. Jeśli akumulator ma np. 5 zacisków i nie służą one dublowaniu zasilających to z 2 dodatkowych pinów można uzyskać dodatkowe informacje zapisane w epromie kontrolera o stopniu zużycia, zaprojektowanej pojemności, aktualnej pojemności, dacie produkcji marce itd. Dodatkowe piny przesyłają informacje cyfrowo szyną SPI lub I2C to już zależne od producenta laptopa jakiego rodzaju kontroler w baterii wybierze.
Aczkolwiek nie spotkałem się z przetwornicą wewnątrz baterii nie jest ona przecież wykluczona. Tak czy owak 4V cokolwiek określa parametr nowego typu akumulatora jest wbrew pozorom dobrze dopasowany do bycia zamiennikiem litowców nawet bez modyfikowania sprzętu który ma zasilać. Zasadniczy problem to ewentualna ocena stopnia naładowania i sytuacje gdy akumulator nie ma obudowy i jest wewnątrz urządzenia(tableta, iphone etc.).
Astroboy, 8 kwietnia 2015, 07:35
Coś nie teges Stanley. Domyślam się, że szło Ci o "pięciokrotność jego prądu godzinnego, czyli np. 5A dla akumulatora 1000mAh". Domyślam się również, że norma mówi coś o czasie dostarczania owego prądu.
Pozdrawiam z maleńkiej wysepki na Oceanie Bezsensu.
TrzyGrosze, 8 kwietnia 2015, 07:40
To są Stanley dobre wieści dla konstruktorów, aby dalej nie trwali w swoim bezpodstawnym samo niezadowoleniu:
pogo, 8 kwietnia 2015, 10:44
@Astroboy
Mój akumulator w modelu RC ma pojemność 2200mAh i opis 20C, co według producenta oznacza, że może stale dostarczać prąd o natężeniu 44A, a chwilowo nie zaszkodzi mu nawet 66A.
Przy 2 bateriach spiętych równolegle daje mi to ogromną rezerwę wydajności prądowej, bo silniczek potrzebuje w porywach do 30A chwilowego zasilania.
Astroboy, 8 kwietnia 2015, 15:51
W czym jest problem? Prąd godzinny Twojego aku to 2,2A (2200mAh/1h = 2200mA = 2,2A). Pomnożone przez 20 daje 44A. Jeśli ufasz producentowi, to weż 10 metrów drutu miedzianego o przekroju 1 mm2 (da Ci to prąd dokładnie 44A przy napięciu 7,4V), zewrzyj nim swój naładowany akumulatorek i poczekaj chwilę. Ciekaw jestem Twoich wrażeń z poligonu doświadczalnego.
thikim, 8 kwietnia 2015, 19:59
Stanley:
1.
"Owszem elektrody muszą się dublować ale być może w nowym rodzaju akumulatora elektrody mogą być znacznie cieńsze, materiały lżejsze...co dalej niech Ci podpowie wybujała wyobraźnia"
A to ma być argument za tym co napisałem czy przeciwko?
Jakbyś nie kombinował - połączenie szeregowe dwóch akumulatorów nawet jeśli chcesz to zrobić w jednej obudowie - generuje stratę na objętości. I choćbyś nie wiem jakie nowe cieńsze, lżejsze materiały Ci podpowiadała Twoja wyobraźnia to lepiej z nią skończ i dyskutuj o rzeczywistych materiałach.
2. No ale może odniesiesz się do meritum. Masz dwa akumulatory - są identyczne? Nie.
Przetwornice? Hmm, to chyba już o 3 Ci chodziło. Bo w 2 to za wiele nie napisałeś. Więc przechodzę do 3.
3. Nie wiem czy rozumiesz sens słowa wygoda. Wygodnie bo o wiele łatwiej projektować coś na napięcie wprost z akumulatora niż dodawać przetwornicę - która wprowadzi zakłócenia, więc trzeba pomyśleć o filtracji itd. To właśnie wygoda dla projektanta.
Zresztą później powstaje urządzenie gdzie układ zasilający psuje się najcześciej, bo zawiera wiele elementów które przy dobrym dobraniu akumulatora do potrzeb nie są potrzebne.
Jedynie z napięciem akumulatorów przyznam że masz rację.
A skąd u mnie taki defetyzm? Po pierwsze gdzie to wyczytałeś? W swojej bujnej wyobraźni?
Jedno zdanie mojego defetyzmu z poprzednich postów poproszę
Astroboy, 8 kwietnia 2015, 21:12
Przepraszam Thikim, że się wtrącam, ale faktycznie patrzy tu na jakąś z Twej strony "obronę Częstochowy".
Fakt, w takim klasycznym akumulatorze samochodowym masz 6 połączonych szeregowo w jednej obudowie akumulatorów. W akumulatorze mojej wkrętarki 18V znajdziesz 12 sztuk połączonych szeregowo tekturowych zawiniątek.
Jak słusznie stwierdził Stanley, dotyczy to też laptopów.
Tak patrzę sobie na tabelkę:
http://en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery#Types
i drapię się w głowę – jakież to same "niewygodne" rzeczy wymyślają ludzie.
thikim, 9 kwietnia 2015, 19:12
Hmm, w sumie przyznam rację - najlepiej zrobić doskonały akumulator na 0,1 V i połączyć np. 100
Same zalety
no i te możliwości dostosowania takiej baterii do konkretnego zastosowania: potrzebujesz napięcia 10 V łączysz 100, potrzebujesz 5,5 łączysz 55. Ideał.
Tylko ci głupi konstruktorzy na to nie wpadli i próbują usilnie zrobić akumulatory o jak największym napięciu pojedycznego ogniwa.
Tak w takim samochodowym masz np. 6 połączonych szeregowo. A wiesz czemu? Nie dla przyjemności łączenia szeregowego bo to jest zło mniejsze - konieczność. Łączone są szeregowo bo potrzeba większego napięcia. Im wyższe napięcie tym większa wygoda stosowania - o czym zresztą pisałem.
Jajcenty, 9 kwietnia 2015, 22:26
W najlepszym wypadku mamy do dyspozycji 6 V biorąc półogniwa z obu końców szeregu elektrochemicznego. I to teoretycznie, bo pod obciążeniem reakcje połówkowe przechodzą z obszaru kinetycznego do transportowego. W praktyce mamy do dyspozycji jakiegoś marnego jednego Volta z powodów termodynamicznych.
Tak naprawdę ważna jest gęstość, prąd, liczba cykli. Napięcie? da sie więcej ogniw albo grubsze druty i będzie.