Когато става въпрос за батерии, правилото е „всичко или нищо“. Без ново поколение устройства за съхранение на енергия няма да има повратна точка нито в енергийната политика, нито в пазара на електрически превозни средства.
Законът на Мур, постулиран в ИТ индустрията, обещава увеличаване на производителността на процесора на всеки две години. Развитието на батериите изостава, като ефективността се увеличава със среден темп от 7% на година. И въпреки че литиево-йонните батерии в съвременните смартфони издържат все по-дълго, това до голяма степен се дължи на оптимизираната производителност на чиповете.
Литиево-йонните батерии доминират на пазара поради лекото си тегло и висока плътностнатрупана енергия.
Всяка година милиарди батерии се инсталират в мобилни устройства, електрически превозни средства и системи за съхранение на електроенергия от възобновяеми енергийни източници. въпреки това модерна технологиядостигна своя предел.
Добрата новина е, че следващото поколение литиево-йонни батерии вече почти отговаря на изискванията на пазара. Те използват литий като материал за съхранение, което теоретично позволява десетократно увеличаване на плътността на съхранение на енергия.
Заедно с това се предоставят изследвания на други материали. Въпреки че литият осигурява приемлива енергийна плътност, ние говорим за разработки, които са с няколко порядъка по-оптимални и по-евтини. В края на краищата природата може да ни предостави най-добрите схемиза висококачествени батерии.
Университетските изследователски лаборатории разработват първите проби органични батерии. Въпреки това може да отнеме няколко десетилетия, преди такива биобатерии да навлязат на пазара. Мостът към бъдещето се подпомага от батерии с малък размер, които се зареждат чрез улавяне на енергия.
Мобилни захранвания
Според Gartner тази година ще бъдат продадени повече от 2 милиарда. мобилни устройства, всеки от които има литиево-йонна батерия. Тези батерии се считат за стандарт днес, отчасти защото са толкова леки. Те обаче имат само максимална енергийна плътност от 150-200 Wh/kg.
Литиево-йонните батерии зареждат и освобождават енергия чрез движение на литиеви йони. При зареждане положително заредените йони се движат от катода през електролитния разтвор между графитните слоеве на анода, натрупват се там и прикрепят електрони към зарядния ток.
Когато се разреждат, те предават електрони към токовата верига, литиевите йони се връщат обратно към катода, където отново се свързват с съдържащия се в него метал (в повечето случаи кобалт) и кислорода.
Капацитетът на литиево-йонните батерии зависи от това колко литиеви йони могат да бъдат разположени между графитните слоеве. Въпреки това, благодарение на силиция днес е възможно да се постигне повече ефективна работабатерии.
За сравнение, необходими са шест въглеродни атома, за да се свърже един литиев йон. Един силициев атом, напротив, може да побере четири литиеви йона.
Литиево-йонната батерия съхранява своята електрическа енергия в литий. Когато анодът е зареден, литиевите атоми се съхраняват между графитните слоеве. Когато се разреждат, те предават електрони и се преместват под формата на литиеви йони в слоестата структура на катода (литиев кобалтит).
Силицият увеличава капацитета
Капацитетът на батерията се увеличава, когато силиций е включен между слоевете графит. Той се увеличава три до четири пъти, когато силиций се комбинира с литий, но след няколко цикъла на зареждане графитният слой се счупва.
Решението на този проблем се намира в стартиращ проект Amprius, създаден от учени от Станфордския университет. Проектът Amprius получи подкрепа от хора като Ерик Шмид (председател на Директори на Google) и носител на Нобелова награда Стивън Чу (до 2013 г. министър на енергетиката на САЩ).
Порестият силиций в анода повишава ефективността на литиево-йонните батерии с до 50%. По време на изпълнението на стартъп проекта Amprius бяха произведени първите силициеви батерии. В рамките на този проект са налични три метода за решаване на „графитния проблем“. Първият е прилагане на порест силиций, което може да се разглежда като "гъба". Когато се съхранява литий, той се увеличава много малко по обем, следователно графитните слоеве остават непокътнати. Amprius може да създаде батерии, които съхраняват до 50% повече енергия от конвенционалните.
По-ефективен при съхраняване на енергия от порестия силиций слой от силициеви нанотръби. При прототипите е постигнато почти двукратно увеличение капацитет за зареждане(до 350 Wh/kg).
Гъбата и тръбите все още трябва да бъдат покрити с графит, тъй като силицият реагира с електролитния разтвор и по този начин намалява живота на батерията.
Но има и трети метод. Изследователи от проекта Ampirus въведоха въглеродната обвивка групи от силициеви частици, които не контактуват директно, но предоставят свободно пространствоза увеличаване на обема на частиците. Литият може да се натрупа върху тези частици, но обвивката остава непокътната. Дори след хиляди цикли на зареждане, капацитетът на прототипа е спаднал само с 3%.
Силицият се комбинира с няколко литиеви атома, но при това се разширява. За да предотвратят разграждането на графита, изследователите използват структурата на растението нар: те инжектират силиций в графитни черупки, които са достатъчно големи, за да приемат допълнително количество литий.
Предишната бележка е изброена накратко различни начининатрупване, тоест натрупване и запазване на енергия. Поради ограничения обхват на една статия рецензията се оказа доста повърхностна. И може би основният въпрос, който остана извън обхвата на тази статия, може да се формулира по следния начин: „Кой метод за съхранение на енергия е за предпочитане в дадена ситуация?“ Например, какъв метод за съхранение на енергия трябва да избера за частна къща или вила, оборудвана със слънчева или вятърна инсталация? Очевидно в този случай никой няма да построи голяма помпено-акумулираща станция, но е възможно да се инсталира голям резервоар, като се издигне на височина от 10 метра. Но дали такава инсталация ще бъде достатъчна, за да поддържа постоянно захранване при липса на слънце?
За да отговорим на възникващите въпроси, е необходимо да разработим някои критерии за оценка на батериите, които ще ни позволят да получим обективни оценки. И за това трябва да вземем предвид различни параметриустройства, които позволяват получаване на числени оценки.
Капацитет или натрупан заряд?
Когато се говори или пише за автомобилни батерии, те често споменават стойност, наречена капацитет на батерията и изразена в ампер-часове (за малки батерии - в милиампер-часове). Но, строго погледнато, амперчасът не е единица за капацитет. В електрическата теория капацитетът се измерва във фаради. Амперчас е мерна единица зареждане! Тоест характеристиките на батерията трябва да се вземат предвид (и да се нарекат така) натрупан заряд.
Във физиката зарядът се измерва в кулони. Кулон е количеството заряд, преминал през проводник при ток от 1 ампер за една секунда. Тъй като 1 C/s е равен на 1 A, тогава, като преобразуваме часовете в секунди, намираме, че един ампер-час ще бъде равен на 3600 C.
Трябва да се отбележи, че дори от дефиницията на кулон става ясно, че зарядът характеризира определен процес, а именно процеса на преминаване на ток през проводник. Същото нещо следва дори от името на друга величина: един ампер-час е, когато ток от един ампер протича през проводник за един час.
На пръв поглед може да изглежда, че тук има някакво несъответствие. В крайна сметка, ако говорим за пестене на енергия, тогава енергията, натрупана във всяка батерия, трябва да се измерва в джаули, тъй като джаулът във физиката е единицата за измерване на енергия. Но нека си припомним, че токът в проводник възниква само когато има потенциална разлика в краищата на проводника, тоест към проводника се прилага напрежение. Ако напрежението на клемите на батерията е 1 волт и през проводника протича заряд от един ампер-час, ние откриваме, че батерията е доставила 1 V · 1 Ah = 1 Wh енергия.
Така че по отношение на батериите е по-правилно да се говори за натрупана енергия (съхранена енергия)или около натрупан (съхранен) заряд. Но тъй като терминът „капацитет на батерията“ е широко разпространен и някак по-познат, ще го използваме, но с малко уточнение, а именно ще говорим за енергиен капацитет.
Енергиен капацитет- енергията, отделена от напълно заредена батерия, когато се разреди до най-ниската допустима стойност.
Използвайки тази концепция, ще се опитаме приблизително да изчислим и сравним енергийния капацитет различни видовеустройства за съхранение на енергия.
Енергиен капацитет на химически батерии
Напълно заредена електрическа батерия с обявен капацитет (заряд) от 1 Ah теоретично може да достави 1 ампер ток за един час (или например 10 A за 0,1 час, или 0,1 A за 10 часа). Но твърде големият ток на разреждане на батерията води до по-малко ефективно захранване, което нелинейно намалява времето, през което тя работи с такъв ток и може да доведе до прегряване. На практика капацитетът на батерията се изчислява въз основа на 20-часов цикъл на разреждане до крайното напрежение. За автомобилните батерии това е 10,8 V. Например, надписът на етикета на батерията „55 Ah“ означава, че тя е в състояние да достави ток от 2,75 ампера за 20 часа, а напрежението на клемите няма да падне под 10,8 IN .
Производителите на батерии често посочват технически спецификациина техните продукти съхранената енергия във Wh (Wh), а не съхраненият заряд в mAh (mAh), което най-общо казано не е правилно. Изчисляването на съхранената енергия от съхранения заряд не е лесно в общия случай: то изисква интегриране на моментната мощност, доставена от батерията през цялото време на нейното разреждане. Ако не е необходима по-голяма точност, вместо интегриране можете да използвате средните стойности на напрежението и консумацията на ток и да използвате формулата:
1 Wh = 1 V 1 Ah. Тоест съхранената енергия (в Wh) е приблизително равен на произведението на съхранения заряд (in ах) към средно напрежение (v Волтах): д = р · U. Например, ако капацитетът (в обичайния смисъл) на 12-волтова батерия е посочен като 60 Ah, тогава съхранената енергия, тоест нейният енергиен капацитет, ще бъде 720 W часа.
Енергиен капацитет на гравитационни устройства за съхранение на енергия
Във всеки учебник по физика можете да прочетете, че работата A, извършена от някаква сила F при повдигане на тяло с маса m на височина h, се изчислява по формулата A = m · g · h, където g е ускорението на гравитацията. Тази формула се прилага в случай, че тялото се движи бавно и силите на триене могат да бъдат пренебрегнати. Работата срещу гравитацията не зависи от това как повдигаме тялото: вертикално (като тежест на часовник), по наклонена равнина (като при теглене на шейна нагоре по планина) или по друг начин. Във всички случаи работата A = m · g · h. При спускане на тялото до първоначалното му ниво, силата на гравитацията ще произведе същата работа, която е изразходвана от силата F за повдигане на тялото. Това означава, че при повдигане на тяло сме натрупали работа, равна на m · g · h, т.е. повдигнатото тяло има енергия, равна на произведението на силата на гравитацията, действаща върху това тяло, и височината, на която е повдигнато. Тази енергия не зависи от пътя, по който е станало издигането, а се определя само от положението на тялото (височината, на която е повдигнато или разликата във височините между началното и крайното положение на тялото) и се наречена потенциална енергия.
Използвайки тази формула, нека оценим енергийния капацитет на маса вода, изпомпана в резервоар с капацитет 1000 литра, повдигнат на 10 метра над нивото на земята (или нивото на турбина на хидрогенератор). Приемаме, че резервоарът има форма на куб с дължина на ръба 1 m. Тогава, според формулата в учебника на Ландсберг, A = 1000 kg (9,8 m/s2) 10,5 m = 102900 kg m2/s2. Но 1 kg m 2 /s 2 е равен на 1 джаул и когато се преобразува във ватчасове, получаваме само 28,583 ватчаса. Тоест, за да получите енергиен капацитет, равен на капацитета на конвенционална електрическа батерия от 720 вата часа, трябва да увеличите обема на водата в резервоара с 25,2 пъти. Резервоарът трябва да има дължина на ребрата приблизително 3 метра. В същото време неговият енергиен капацитет ще бъде равен на 845 ватчаса. Това е повече от капацитета на една батерия, но инсталационният обем е значително по-голям от размера на конвенционална оловно-цинкова автомобилна батерия. Това сравнение подсказва, че има смисъл да се разглежда не съхранената енергия в определена система - енергия сама по себе си, а по отношение на масата или обема на въпросната система.
Специфичен енергиен капацитет
Така стигнахме до извода, че е препоръчително енергийният капацитет да се съпостави с масата или обема на устройството за съхранение или самия носител, например вода, излята в резервоар. Два индикатора от този вид могат да бъдат разгледани.
Масова специфична енергийна интензивностще наречем енергийния капацитет на устройство за съхранение, разделен на масата на това устройство за съхранение.
Обемна специфична енергийна интензивностще наречем енергийния капацитет на устройство за съхранение, разделен на обема на това устройство за съхранение.
Пример. Оловно-киселинната батерия Panasonic LC-X1265P, предназначена за 12 волта, има заряд от 65 амперчаса, тежи 20 кг. и размери (ДхШхВ) 350 · 166 · 175 мм. Срокът на експлоатация при t = 20 C е 10 години. По този начин неговата специфична енергийна интензивност ще бъде 65 12 / 20 = 39 ватчаса на килограм, а обемната специфична енергийна интензивност ще бъде 65 12 / (3,5 1,66 1,75) = 76,7 ватчаса на кубичен дециметър или 0,0767 kWh на кубичен метър.
За гравитационното устройство за съхранение на енергия, базирано на резервоар за вода с обем 1000 литра, обсъдено в предишния раздел, специфичната масова енергийна интензивност ще бъде само 28,583 ватчаса/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, което е 1363 пъти по-малко отколкото масовата енергийна интензивност на оловно-цинкова батерия. И въпреки че експлоатационният живот на гравитационния резервоар може да бъде значително по-дълъг, от практическа гледна точка резервоарът изглежда по-малко привлекателен от батерията.
Нека да разгледаме още няколко примера за устройства за съхранение на енергия и да оценим тяхната специфична енергийна интензивност.
Енергиен капацитет на топлинния акумулатор
Топлинният капацитет е количеството топлина, погълнато от тялото, когато то се нагрее с 1 °C. В зависимост от това към коя количествена единица принадлежи топлинният капацитет се разграничават масов, обемен и моларен топлинен капацитет.
Масовият специфичен топлинен капацитет, наричан още просто специфичен топлинен капацитет, е количеството топлина, което трябва да се добави към единица маса на вещество, за да се загрее до единица температура. В SI се измерва в джаули, разделени на килограми на келвин (J kg −1 K −1).
Обемен топлинен капацитет е количеството топлина, което трябва да се достави на единица обем на веществото, за да се загрее на единица температура. В SI се измерва в джаули на кубичен метър на келвин (J m −3 K −1).
Моларен топлинен капацитет е количеството топлина, което трябва да се достави на 1 мол вещество, за да се загрее на единица температура. В SI се измерва в джаули на мол на келвин (J/(mol K)).
Молът е мерна единица за количеството вещество в Международна системаединици. Един мол е количеството вещество в система, съдържаща същия брой структурни елементи, колкото има атоми във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.
Специфичният топлинен капацитет се влияе от температурата на веществото и други термодинамични параметри. Например, измерването на специфичния топлинен капацитет на водата ще даде различни резултати при 20 °C и 60 °C. В допълнение, специфичният топлинен капацитет зависи от това как е позволено да се променят термодинамичните параметри на веществото (налягане, обем и т.н.); например специфичният топлинен капацитет при постоянно налягане (CP) и при постоянен обем (CV) обикновено са различни.
Преминаването на веществото от едно агрегатно състояние в друго е съпроводено с рязка промяна на топлинния капацитет при определена температурна точка на трансформация за всяко вещество - точка на топене (преход на твърдо вещество в течност), точка на кипене (преход на течност в газ) и съответно температури на обратни трансформации: замръзване и кондензация.
Специфичният топлинен капацитет на много вещества е даден в справочници, обикновено за процес при постоянно налягане. Например, специфичният топлинен капацитет на течна вода при нормални условия е 4200 J/(kg K); лед - 2100 J/(kg K).
Въз основа на представените данни можете да опитате да оцените топлинния капацитет на водния топлинен акумулатор (абстракт). Да приемем, че масата на водата в него е 1000 kg (литри). Загряваме до 80 °C и оставяме да отделя топлина, докато изстине до 30 °C. Ако не се притеснявате от факта, че топлинният капацитет е различен при различни температури, можем да предположим, че топлинният акумулатор ще отдели 4200 * 1000 * 50 J топлина. Тоест, енергийният капацитет на такъв топлинен акумулатор е 210 мегаджаула или 58,333 киловатчаса енергия.
Ако сравним тази стойност с енергийния заряд на конвенционална автомобилна батерия (720 ватчаса), виждаме, че енергийният капацитет на въпросния термоакумулатор е равен на енергийния капацитет на приблизително 810 електрически батерии.
Специфичната масова енергийна интензивност на такъв топлоакумулатор (дори без да се вземе предвид масата на съда, в който реално ще се съхранява нагрятата вода и масата на топлоизолацията) ще бъде 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Това вече се оказва повече от масовата енергийна интензивност на оловно-цинкова батерия, равна, както е изчислено по-горе, на 39 Wh/kg.
По груби оценки топлинният акумулатор е сравним с конвенционалния автомобилен акумулатори чрез обемен специфичен енергиен капацитет, тъй като килограм вода е дециметър обем, следователно нейният обемен специфичен енергиен капацитет също е равен на 76,7 Wh/kg, което точно съвпада с обемния специфичен топлинен капацитет на оловно-киселинна батерия. Вярно е, че при изчислението на топлинния акумулатор взехме предвид само обема на водата, въпреки че би било необходимо да вземем предвид и обема на резервоара и топлоизолацията. Но във всеки случай загубата няма да е толкова голяма, колкото при гравитационно устройство за съхранение.
Други видове устройства за съхранение на енергия
В статията " Преглед на устройствата за съхранение на енергия (акумулатори)„Дадени са изчисления на специфичната енергийна интензивност на някои други енергосъхраняващи устройства. Нека вземем няколко примера от там
Съхранение на кондензатор
При капацитет на кондензатор от 1 F и напрежение от 250 V, съхранената енергия ще бъде: E = CU 2 /2 = 1 ∙ 250 2 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W h. Ако използвате електролитни кондензатори, теглото им може да бъде 120 кг. Специфичната енергия на устройството за съхранение е 0,26 kJ/kg или 0,072 W/kg. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 9 W за един час. Живот електролитни кондензаториможе да достигне 20 години. По енергийна плътност йонисторите се доближават до химическите батерии. Предимства: акумулираната енергия може да се използва за кратък период от време.
Акумулатори тип гравитационно задвижване
Първо вдигаме тяло с тегло 2000 kg на височина 5 m, след което тялото се спуска под действието на гравитацията, въртяйки електрическия генератор. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 W h. Специфичен енергиен капацитет 0,0138 Wh/kg. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 28 W за един час. Срокът на експлоатация на задвижването може да бъде 20 години или повече.
Предимства: акумулираната енергия може да се използва за кратък период от време.
Маховик
Енергията, съхранявана в маховика, може да се намери с помощта на формулата E = 0,5 J w 2, където J е инерционният момент на въртящото се тяло. За цилиндър с радиус R и височина H:
J = 0,5 p r R 4 H
където r е плътността на материала, от който е направен цилиндърът.
Ограничете линейната скорост в периферията на маховика V max (приблизително 200 m/s за стомана).
V max = w max R или w max = V max /R
Тогава E max = 0,5 J w 2 max = 0,25 p r R 2 H V 2 max = 0,25 M V 2 max
Специфичната енергия ще бъде: E max /M = 0,25 V 2 max
За стоманен цилиндричен маховик максималното специфично енергийно съдържание е приблизително 10 kJ/kg. За маховик с тегло 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m) максималната натрупана енергия може да бъде 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,2 2 ∙ 0,1 ∙ 200 2 ~ 1 MJ ~ 0,278 kWh. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 280 W за един час. Срокът на експлоатация на маховика може да бъде 20 години или повече. Предимства: натрупаната енергия може да се използва за кратък период от време, производителността може да бъде значително подобрена.
Супер маховик
Благодарение на конструктивните си характеристики, супер маховик, за разлика от конвенционалните маховици, може теоретично да съхранява до 500 Wh на килограм тегло. Въпреки това, по някаква причина, развитието на superflywheels спря.
Пневматичен акумулатор
Въздух под налягане от 50 атмосфери се изпомпва в стоманен резервоар с капацитет 1 m3. За да издържат на това налягане, стените на резервоара трябва да са с дебелина приблизително 5 мм. За извършване на работата се използва въздух под налягане. При изотермичен процес работата А, извършена от идеален газ по време на разширяване в атмосферата, се определя по формулата:
A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V 2 / V 1)
където M е масата на газа, m е моларната маса на газа, R е универсалната газова константа, T е абсолютната температура, V 1 е началният обем на газа, V 2 е крайният обем на газа . Като се вземе предвид уравнението на състоянието за идеален газ (P 1 ∙ V 1 = P 2 ∙ V 2) за това изпълнение на устройството за съхранение V 2 / V 1 = 50, R = 8,31 J/(mol deg), T = 293 0 K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, работа на газ по време на разширение 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · час на цикъл. Масата на задвижването е приблизително 250 кг. Специфичната енергия ще бъде 80 kJ/kg. По време на работа пневматичното устройство за съхранение може да осигури натоварване не повече от 5,5 kW за един час. Срокът на експлоатация на пневматичен акумулатор може да бъде 20 години или повече.
Предимства: резервоарът за съхранение може да бъде разположен под земята, като резервоар могат да се използват стандартни газови бутилки в необходимото количество с подходящо оборудване, когато се използва вятърен двигател, последният може директно да задвижва помпата на компресора, има достатъчно голям бройустройства, които директно използват енергията на сгъстения въздух.
Сравнителна таблица на някои устройства за съхранение на енергия
Нека обобщим всички горни стойности на параметрите за съхранение на енергия в обобщена таблица. Но първо, нека отбележим, че специфичната енергийна интензивност ни позволява да сравним устройствата за съхранение с конвенционалното гориво.
Основната характеристика на горивото е неговата топлина на изгаряне, т.е. количеството топлина, отделена при пълното изгаряне. Прави се разлика между специфична топлина на изгаряне (MJ/kg) и обемна топлина (MJ/m3). Преобразувайки MJ в kW-часове, получаваме.
рядко собственик на iPhoneПри активна работа вечер той не зарежда смартфона. Нещо повече, повечето конкурентни устройства от подобно ниво също страдат от енергоемък софтуер и слаб капацитет на батерията. Гнездото или запалката често идват на помощ на потребителите, които губят mAh, но има ситуации, когато всичко, което остава, сте вие, iPhone и червеният индикатор, който заплашва да прекъсне захранването на устройството. Точно за такива случаи е предназначен т.нар Power Bank s, готови да захранват оборудването с енергия по всяко време. Решихме да помогнем на потенциалните купувачи с избора им и ги отсеихме седем от най-висококачествените външни батерии, разграничаване висококачествен монтаж, дизайн, тегло и други параметри.
Практиката показва, че трябва да се доверявате само на маркови производители на разглежданите аксесоари, тъй като китайският пазар привлича само 100 000 mAh за 2-3 хиляди рубли, но в действителност получателят получава кутии, пълни с болтове или липса на батерии вътре, брой от които може да зареди iPhone най-много един път и половина. Най-важното е, че марката осигурява реален капацитет, което ви позволява повече или по-малко да изчислите броя на пълните зареждания на устройството. Следователно, никакви производители на занаяти, само уважавани марки!
Mi Power Bank 16000 mAh
Парадът на външните батерии се отваря с доста добре познат Китайски производител Xiaomi. Мощността му беше достатъчна за 3 енергийни резервоара с капацитет 5000, 10400 и 16000 mAh. Поради спецификата на материала, ще вземем максимална версия. Официалният уебсайт обещава 5 пълни зарядни за iPhone 6, чиято батерия е предназначена за 1810 mAh. Използвайки тези данни, можете лесно да се адаптирате към други устройства, знаейки техния капацитет.
Външно Mi Power Bankизглежда много приземено и стилно, дори имате усещането, че Джони Айв не е губил време в някакво китайско бизнес пътуване. Наподобява малко алуминиево дистанционно от леко остарял телевизор, само теглото му от 350 гр. и липсата на бутони отгоре го издават. Но има един голям ключпревключвател, до който има външни индикатори за зареждане на батерията, микро USB вход за свързване към източник на захранване и два USB изхода, отговорни за извеждането на вашето оборудване от състоянието на умиране.
Такава лека, компактна, налична в различни цветове и вместима Power Bank има само един недостатък - и това не е цената, която, между другото, дори не надвишава нивото от 2000 рубли! Те обичат да фалшифицират батерията Mi, така че процесът на покупка се превръща в лотария, но за щастие дори местните търговци са подготвили много достъпни оферти.
Anker 2-ро поколение Astro E5 16000 mAh
Детето, което не се различава особено по размер от Mi Power Bank АнкерВече външно примамва купувача с елегантен черен калъф с „слети“ индикатори, показващи пълнотата на батерията. Ефективност Anker 2-ро поколение Astro E5Издава и наличието на калъф за носене, с който можете да заинтригувате другите, които свързват думата „котва“ изключително с крепежни елементи и болтове.
Версията E5 с 16000 mAh на борда ще осигури 6,2 пълни зареждания на iPhone 6 (1810 mAh), 1,3 зареждания iPad Air(8850 mAh) и др. Енергийните възможности са повече или по-малко идентични с Mi. Между другото, убедихте ли се вече, че не се консумира целият обявен капацитет, а много по-малък обем? Броят на пълните зареждания зависи от няколко фактора, които ще разгледаме в отделна статия. Това не е измама от производителя, а технически подробности, така че не се притеснявайте и прочетете нататък.
Интересна функция на тази батерия е IQ зареждането. Тази изключителна опция, според разработчиците, бързо разпознава захранваното устройство и зарежда батерията. И двата USB изхода са оборудвани с тази технология. Логично разположен между тях Микро USBза зареждане на самия Astro E5. В близост има сигнална лампа, която светва при включване. И ключът отстрани на кутията отговаря за въвеждането му. Кратко натискане върху него показва оставащия mAh в Power Bank, докато силното натискане включва и изключва устройството.
Тук можете да намерите грешка в мръсотията на кутията, която обича да събира пръстови отпечатъци по-лошо от Touch ID. Във всичко останало Anker направи всичко възможно: модерен външен вид, батерии LG, двойно IQ зареждане, цена от $40. Amazon не може да организира доставка до Русия, но посредническите услуги ще дойдат на помощ, способни да транспортират пакет през океана дори за 10 долара.
RAVPower® Xtreme 23000 mAh
Ресторантите осигуряват сервиране за големи компании, и в света на външните батерии има RAVPower Xtreme 23000 mAh. Той самият е голям - почти достига айпад мини, но човек може да го разбере: такова огромно устройство може да захранва дори лаптоп! iPhone 6 се зарежда изцяло 8,2 пъти, iPad Air - 1,68. За разпределяне на енергия има 2 USB порта и 2 алтернативни изхода, към които са свързани цял куп адаптери, включени в комплекта.
Почти 600 грама литий са затворени в брутално дискретен калъф, където ясно се виждат клавишът за захранване и малък екран, показващ текущия заряд на RAVPower Xtreme. Няма нужда да гадаете по светлините - устройството дава очевидни проценти и не ви заблуждава.
Ще трябва да похарчите $99 за тази Power Bank. Ситуацията за доставка е същата като за продукта Anker. Трябва да използвате услугите на посредници.
UNU Ultrapak Tour 10000 mAh
Оказва се, че можете да спечелите публика не само с луд капацитет, дизайн или достъпност! UNU Ultrapak Tourсе появи като вид изключение от правилото, тъй като се отличи с високоскоростно зареждане на себе си. Да, да, правилно сте разбрали, тази външна батерия може да попълни собствените си енергийни резерви за около час и половина. някои китайски фалшификатиПрез това време зареждат един iPhone, но тук – цели 10 000 mAh.
В същото време джобната батерия информира потребителя подробно за хода на попълване на контейнерите чрез дисплей, разположен на повърхността. Той показва не само процентите, но и времето за завършване. Не можем да кажем нищо за точността, защото това се разкрива само чрез практиката.
Подобно на своите съседи в селекцията, UNU Ultrapak има два USB порта с 1 и 2.1 A, подготвени за вашия iPhone, iPad и други джаджи. Разработчиците не си направиха труда да напишат конкретни показатели и само посочиха, че смартфоните ще възстановят 400-500% от заряда, фаблетите - 300-400%, таблетите - 80-120%. Разбирате, че всички тези устройства могат да се различават коренно както по отношение на капацитета, така и по енергийната ефективност на хардуера, така че подреждането им в една линия е глупаво. Ние също оставяме тази точка на проба и грешка.
Е, трябва да платите за скорост. За да бъдем конкретни, $99. Няма доставка до Русия, препоръчваме да се свържете с посредник.
iWalk Extreme TRIO 10000 mAh
Продължаваме да се идентифицираме силни страни V интересни предложенияна външния пазар на батерии. До този момент вградените кабели никога не са били споменавани. IN iWalk Extreme TRIOКонекторите Lightning и MicroUSB са удобно зашити, което ви позволява да забравите за допълнителните „дантели“. Всъщност необичайният пирамидален дизайн е толкова умело проектиран, че скрива кабелни отделения под тялото си. Те не стърчат и не пречат, но точният моментвинаги е полезно.
Устройството е тънко и леко (400 гр.). Инженерите премахнаха и всички необходими конектори от изгледа: в края ще намерите един USB, разпределящ високоскоростни 2,4 A, бутон „Включване/изключване“ и стандартен Micro USB вход за попълване на енергийните резерви на външната батерия. Миниатюрният дисплей се вписва добре в местната концепция и щателно показва процента на заряд, напрежение и брой ампери, които iWalk Extreme доставя.
И черният, и белият модел струват еднакви $79. Не е толкова евтино, колкото бихме искали, но за тази сума ще получите не само 10 000 mAh: два проводника, привличащ вниманието външен вид, дисплей, креативен подход към опаковката - това е напълно оправдано. Смятаме, че няма да изненадаме никого, ако кажем, че доставката до Руската федерация не се извършва директно чрез Amazon.
Limefuel Blast L240X PRO 24000 mAh
Писахме за изтънченост и това е достатъчно. Limefuel Blast L240X PRO— най-капаметната външна батерия от нашата селекция. Без да предоставя на потенциалните купувачи каквато и да е информация относно времето за зареждане на мобилни устройства и лаптопи, устройството взема своето в цифри. 24000 mAh вдъхва доверие! Особено като вземете предвид, че цената на тази преносима батерия е по-ниска от тази на мода iWalk Extreme - $69,99 срещу $79. Там сте платили дизайнерски решения, а тук за mAh, които се побират в незабележима опаковка със зелен блясък.
В допълнение, тази кутия с жизненоважна енергия има своето място в 4 USB изходни порта за споделяне с приятели. Между другото, тук също присъства бързо зареждане при 2,4 A. Останалото е стандартно: Micro USB, „електрическа крушка“ и зелен индикатор за капацитет.
Native Union JUMP 800 mAh
В крайна сметка решихме да ви дадем малко почивка от огромните mAh и да ни се подиграем с необичайна външна батерия, която се слави не с капацитета си, а със самата си компактност. Native Union JUMP- това не е просто кутия за Слушалки за iPhone! Има капацитет от 800 mAh, за да поддържа смартфона ви на повърхността поне известно време и интересна функция с вграден Lightning кабел.
Всяка година броят на устройствата в света, които се захранват от батерии, непрекъснато се увеличава. Не е тайна, че най-слабото звено модерни устройстваса батериите. Те трябва да се презареждат редовно, те нямат такива голям капацитет. Съществуващите батерии са трудни за постигане живот на батериятатаблет или мобилен компютърдо няколко дни.
Ето защо производителите на електрически превозни средства, таблети и смартфони сега търсят начини да съхраняват значителни количества енергия в по-компактни обеми на самата батерия. Въпреки различните изисквания към батериите за електрически превозни средства и мобилни устройства, лесно могат да се направят паралели между тях. По-специално, известният електрически автомобил Tesla Roadster се захранва от литиево-йонна батерия, предназначена специално за лаптопи. Вярно е, че за да осигурят електричество на спортна кола, инженерите трябваше да използват повече от шест хиляди от тези батерии едновременно.
Независимо дали говорим за електрически автомобили или мобилни устройства, универсалните изисквания към батерията на бъдещето са ясни – тя трябва да бъде по-малка, по-лека и да съхранява значително повече енергия. Какви обещаващи разработки в тази област могат да отговорят на тези изисквания?
Литиево-йонни и литиево-полимерни батерии
Литиево-йонна батерия за камера
Днес литиево-йонните и литиево-полимерните батерии са най-широко използвани в мобилните устройства. Що се отнася до литиево-йонните батерии (Li-Ion), те се произвеждат от началото на 90-те години. Основното им предимство е доста високата им енергийна плътност, тоест способността да съхраняват определено количество енергия на единица маса. В допълнение, такива батерии нямат прословутия „ефект на паметта“ и имат относително нисък саморазряд.
Използването на литий е напълно оправдано, тъй като този елемент има висок електрохимичен потенциал. Недостатъкът на всички литиево-йонни батерии, от които всъщност има голям брой видове, е доста бързото стареене на батерията, тоест рязко намаляване на производителността по време на съхранение или продължителна употребабатерии. Освен това капацитетът на модерните литиево-йонни батерии изглежда почти изчерпан.
По-нататъшно развитие на литиево-йонната технология са литиево-полимерните захранвания (Li-Pol). Те използват твърд материал вместо течен електролит. В сравнение с предшественика си, литиево-полимерните батерии имат по-висока енергийна плътност. Освен това вече беше възможно да се произвеждат батерии в почти всякаква форма (литиево-йонната технология изискваше само цилиндрична или правоъгълна форма на кутията). Такива батерии имат малки размери, което им позволява успешно да се използват в различни мобилни устройства.
Въпреки това, появата на литиево-полимерни батерии не промени радикално ситуацията, по-специално, защото такива батерии не са в състояние да доставят големи токове на разреждане и техният специфичен капацитет все още е недостатъчен, за да спаси човечеството от необходимостта от постоянно зареждане на мобилни устройства. Освен това литиево-полимерните батерии са доста капризни при работа;
През последните години учени и изследователи в различни страни работят активно за създаването на по-напреднали технологии за батерии, които могат да заменят съществуващите в близко бъдеще. В това отношение има няколко най обещаващи посоки:
— литиево-серни батерии (Li-S)
Литиево-серната батерия е обещаваща технология; енергийната интензивност на такава батерия е два пъти по-висока от тази на литиево-йонните батерии. Но на теория може да бъде дори по-висока. Този източник на енергия използва течен катод, съдържащ сяра, и е отделен от електролита чрез специална мембрана. Благодарение на взаимодействието на литиевия анод и катода, съдържащ сяра, специфичният капацитет беше значително увеличен. Първият пример за такава батерия се появи през 2004 г. Оттогава е постигнат известен напредък, благодарение на който подобрената литиево-сярна батерия може да издържи една и половина хиляди цикъла напълно зареден-разреждания без сериозни загуби на капацитет.
Предимствата на тази батерия също включват възможността за използване в широк температурен диапазон, липсата на необходимост от използване на подобрени защитни компоненти и относително ниска цена. Интересен факт– благодарение на използването на такава батерия през 2008 г. беше поставен рекорд за продължителност на полет на самолет, захранван от слънчева енергия. Но за масовото производство на литиево-сярна батерия учените все още трябва да решат два основни проблема. Трябва да се намери ефективен методрециклиране на сяра, както и осигуряване стабилна работаизточник на захранване при условия на променяща се температура или влажност.
— Магнезиево-серни батерии (Mg/S)
Батериите, базирани на съединение от магнезий и сяра, също могат да заобиколят традиционните литиеви батерии. Вярно е, че доскоро никой не можеше да осигури взаимодействието на тези елементи в една клетка. Самата магнезиево-сярна батерия изглежда много интересна, тъй като нейната енергийна плътност може да достигне над 4000 Wh/l. Наскоро, благодарение на американски изследователи, изглежда, че основният проблем, който стои на пътя на разработването на магнезиево-серни батерии, е решен. Факт е, че за двойката магнезий и сяра не е имало подходящ електролит, съвместим с тези химични елементи.
Учените обаче успяха да създадат такъв приемлив електролит чрез образуването на специални кристални частици, които стабилизират електролита. Примерна магнезиево-сярна батерия включва магнезиев анод, сепаратор, серен катод и нов електролит. Това обаче е само първата стъпка. За съжаление, този обещаващ модел все още не е издръжлив.
— Флуорид-йонни батерии
Друг интересен източник на енергия, който се появи през последните години. Тук флуорните аниони са отговорни за преноса на заряда между електродите. В този случай анодът и катодът съдържат метали, които се превръщат (в съответствие с посоката на тока) във флуориди или се редуцират обратно. Това гарантира значителен капацитет на батерията. Учените казват, че такива източници на енергия имат енергийна плътност десетки пъти по-голяма от тази на литиево-йонните батерии. В допълнение към значителния капацитет, новите батерии могат да се похвалят и със значително по-ниска опасност от пожар.
Бяха изпробвани много варианти за ролята на твърда електролитна основа, но в крайна сметка изборът се спря на бариев лантан. Въпреки че технологията с флуоридни йони изглежда много обещаващо решение, тя не е лишена от своите недостатъци. В крайна сметка твърдият електролит може да функционира стабилно само когато високи температури. Затова изследователите са изправени пред задачата да намерят течен електролит, който да работи успешно при нормална стайна температура.
— Литиево-въздушни батерии (Li-O2)
В наши дни човечеството се стреми да използва по-чисти източници на енергия, свързани с генерирането на слънчева, вятърна или водна енергия. В това отношение литиево-въздушните батерии са много интересни. На първо място, те се смятат от много експерти за бъдещето на електрическите превозни средства, но след време могат да намерят приложение и в мобилни устройства. Такива захранвания имат много голям капацитет и са относително малки по размер. Принципът на тяхното действие е следният: вместо метални оксиди в положителния електрод се използва въглерод, който влиза в химическа реакция с въздуха, в резултат на което се създава ток. Тоест, кислородът се използва частично тук за генериране на енергия.
Използването на кислород като активен материал на катода има своите значителни предимства, тъй като той е практически неизчерпаем елемент и най-важното е, че се извлича абсолютно свободно от заобикаляща среда. Смята се, че енергийната плътност на литиево-въздушните батерии може да достигне внушителните 10 000 Wh/kg. Може би в близко бъдеще такива батерии ще могат да изравнят електрическите автомобили с бензиновите автомобили. Между другото, батерии от този тип, произведени за мобилни джаджи, вече може да се намери в продажба под името PolyPlus.
— Литиево-нанофосфатни батерии
Литиево-нанофосфатните захранвания са следващото поколение литиево-йонни батерии, които се отличават с висок изходен ток и ултра бързо зареждане. Пълното зареждане на такава батерия отнема само петнадесет минути. Те също така позволяват до десет пъти повече цикли на зареждане от стандартните литиево-йонни клетки. Такива характеристики са постигнати чрез използването на специални наночастици, които могат да осигурят по-интензивен йонен поток.
Предимствата на литиево-нанофосфатните батерии също включват нисък саморазряд, липсата на „ефект на паметта“ и способността да работят в широк температурен диапазон. Литиево-нанофосфатните батерии вече се предлагат в търговската мрежа и се използват в някои видове устройства, но тяхното внедряване е възпрепятствано от необходимостта от специално зарядно устройство и по-голямото им тегло в сравнение със съвременните литиево-йонни или литиево-полимерни батерии.
Всъщност има много по-обещаващи технологии в областта на създаването на акумулаторни батерии. Учените и изследователите работят не само за създаване на принципно нови решения, но и за подобряване на характеристиките на съществуващите литиево-йонни батерии. Например чрез използването на силициеви нанопроводници или разработването на нов електрод с уникална способност за „самовъзстановяване“. Във всеки случай не е далеч денят, когато нашите телефони и други мобилни устройства ще издържат седмици без презареждане.
И днес ще говорим за въображаеми - с гигантски специфичен капацитет и моментално зареждане. Новини за подобни разработки се появяват със завидна редовност, но бъдещето все още не е настъпило и ние все още използваме литиево-йонни батерии, които се появиха в началото на предишното десетилетие, или техните малко по-напреднали литиево-полимерни аналози. И така, какъв е въпросът, технологични трудности, неправилно тълкуване на думите на учените или нещо друго? Нека се опитаме да го разберем.
В преследване на скоростта на зареждане
Един от параметрите на батерията, който учените и големите компании непрекъснато се опитват да подобрят, е скоростта на зареждане. Въпреки това няма да е възможно да се увеличава безкрайно, дори и поради химичните закони на реакциите, протичащи в батериите (особено след като разработчиците алуминиево-йонни батериивече заявиха, че този тип батерия може да бъде напълно заредена само за секунда), но поради физически ограничения. Да кажем, че имаме смартфон с 3000 mAh батерия и поддръжка бързо зареждане. Можете да заредите напълно такава притурка в рамките на един час със среден ток от 3 A (средно, защото напрежението на зареждане се променя). Въпреки това, ако искаме да получим пълно зареждане само за една минута, ще е необходим ток от 180 A, без да се вземат предвид различни загуби. За да заредите устройството с този ток, ще ви е необходим проводник с диаметър около 9 мм - два пъти по-дебел от самия смартфон. Да, и токът е 180 A при напрежение около 5 V е нормално зарядно устройствоняма да могат да издават: собствениците на смартфони ще се нуждаят от преобразувател на импулсен ток като този, показан на снимката по-долу.
Алтернатива на увеличаването на тока е увеличаването на напрежението. Но обикновено е фиксирано и за литиево-йонните батерии е 3,7 V. Разбира се, може да бъде надвишено - зареждане при Бърза технология Charge 3.0 идва с напрежение до 20 V, но опитът за зареждане на батерията с напрежение от около 220 V няма да доведе до нищо добро и не изглежда възможно да се реши този проблем в близко бъдеще. Модерни елементиЗахранването просто не може да използва това напрежение.
Вечни батерии
Разбира се, сега няма да говорим за „вечно движение“, а за батерии с дълъг експлоатационен живот. Съвременните литиево-йонни батерии за смартфони могат да издържат максимум няколко години на активно използване на устройства, след което капацитетът им постоянно намалява. Собствениците на смартфони със сменяеми батерии са малко по-щастливи от другите, но дори и в този случай си струва да се уверите, че батерията е произведена наскоро: литиево-йонните батерии се разграждат дори когато не се използват.
Учените от Станфордския университет предложиха собствено решение на този проблем: покрийте електродите съществуващи типовелитиево-йонни батерии, изработени от полимерен материал с добавка на графитни наночастици. Според учените това ще предпази електродите, които по време на работа неизбежно се покриват с микропукнатини, а същите микропукнатини в полимерния материал ще зараснат сами. Принципът на работа на този материал е подобен на технологията, използвана в смартфона LG G Flex със самовъзстановяващ се заден капак.
Преход към третото измерение
През 2013 г. беше съобщено, че изследователи от университета на Илинойс разработват нов тип литиево-йонна батерия. Учените заявяват, че специфичната мощност на такива батерии ще бъде до 1000 mW/(cm*mm), докато специфичната мощност на конвенционалните литиево-йонни батерии варира между 10-100 mW/(cm*mm). Това са мерните единици, които са използвани, тъй като говорим за доста малки структури с дебелина десетки нанометри.
Вместо плоския анод и катод, използвани в традиционните литиево-йонни батерии, учените предложиха използването на триизмерни структури: кристална решетка от никелов сулфид върху порест никел като анод и литиево-манганов диоксид върху порест никел като катод.
Въпреки всички съмнения, породени от липсата на точни параметри на новите батерии в първите прессъобщения, както и на прототипи, които все още не са представени, новият тип батерии все още е реален. Това се потвърждава от няколко научни статии по тази тема, публикувани през последните две години. Но дори и такива батерии да станат достъпни за крайните потребители, това няма да се случи скоро.
Зареждане през екрана
Учените и инженерите се опитват да удължат живота на нашите джаджи не само чрез намиране на нови видове батерии или повишаване на тяхната енергийна ефективност, но и по доста необичайни начини. Изследователи от Мичиганския държавен университет предложиха вграждане на прозрачни слънчеви панели директно в екрана. Тъй като принципът на работа на такива панели се основава на абсорбцията от тях на слънчевата радиация, за да ги направят прозрачни, учените трябваше да използват трик: материалът на новия тип панели абсорбира само невидима радиация (инфрачервена и ултравиолетова), след което фотоните, отразени от широките ръбове на стъклото, се абсорбират от тесни ивици слънчеви панелитрадиционен тип, разположен по краищата му.
Основната пречка за внедряването на подобна технология е ниската ефективност на подобни панели – само 1% срещу 25% на традиционните соларни панели. Сега учените търсят начини да увеличат ефективността до поне 5%, но едва ли може да се очаква бързо решение на този проблем. Между другото, подобна технология беше патентована наскоро Apple компания, но все още не е известно къде точно производителят ще постави слънчеви панели в своите устройства.
Преди това под думите „батерия“ и „акумулатор“ имахме предвид акумулаторна батерия, но някои изследователи смятат, че е напълно възможно да се използват източници на напрежение за еднократна употреба в джаджи. Като батерии, които могат да работят без презареждане или друга поддръжка в продължение на няколко години (или дори няколко десетилетия), учените от университета в Мисури предложиха използването на RTG - радиоизотопни термоелектрически генератори. Принципът на работа на RTG се основава на преобразуването на топлината, отделена по време на радиоразпадането, в електричество. Много хора познават такива инсталации от използването им в космоса и труднодостъпни места на Земята, но в САЩ миниатюрни радиоизотопни батерии са използвани и в пейсмейкъри.
Работата върху подобрен тип такива батерии продължава от 2009 г. и дори бяха показани прототипи на такива батерии. Но в близко бъдеще няма да можем да видим радиоизотопни батерии в смартфони: те са скъпи за производство и освен това много страни имат строги ограничения върху производството и разпространението на радиоактивни материали.
Водородните клетки могат да се използват и като батерии за еднократна употреба, но не могат да се използват в смартфони. Водородните батерии се изразходват доста бързо: въпреки че вашата джаджа ще работи от една касета по-дълго, отколкото от едно зареждане на обикновена батерия, те ще трябва да се сменят периодично. Това обаче не пречи на използването на водородни батерии в електрически превозни средства и дори външни батерии: Това все още не са масово произвеждани устройства, но вече не са прототипи. И Apple, според слуховете, вече разработва система за презареждане на водородни касети, без да ги заменя за използване в бъдещи iPhone.
Идеята, че на базата на графен може да бъде създадена батерия с висок специфичен капацитет, беше представена още през 2012 г. И така, в началото на тази година в Испания беше обявено, че компанията Graphenano е започнала изграждането на завод за производство на графен-полимерни батерии за електрически превозни средства. Новият тип батерии е почти четири пъти по-евтин за производство от традиционните литиево-полимерни батерии, има специфичен капацитет от 600 Wh/kg, като ще може да се зарежда такава 50 kWh батерия само за 8 минути. Вярно, както казахме в самото начало, това ще изисква мощност от около 1 MW, така че такъв показател е постижим само на теория. Не се съобщава кога точно заводът ще започне да произвежда първите графен-полимерни батерии, но е напълно възможно Volkswagen да бъде сред купувачите на неговите продукти. Концернът вече обяви планове за производство на електрически превозни средства с пробег до 700 километра с едно зареждане на батерията до 2018 г.
Що се отнася до мобилните устройства, използването на графен-полимерни батерии в тях в момента е възпрепятствано от големите размери на такива батерии. Да се надяваме, че изследванията в тази област ще продължат, защото графен-полимерните батерии са един от най-обещаващите видове батерии, които могат да се появят през следващите години.
Така че защо, въпреки целия оптимизъм на учените и редовно появяващите се новини за пробиви в областта на енергоспестяването, сега виждаме стагнация? На първо място, въпросът е в нашите големи очаквания, които се подхранват само от журналистите. Искаме да вярваме, че предстои революция в света на батериите и ще имаме батерия, която се зарежда за по-малко от минута и на практика неограничен периодуслуга, от която модерен смартфонЩе работи с осемядрен процесор поне седмица. Но такива пробиви, уви, не се случват. Въвеждането на всяка нова технология в масово производство се предшества от много години научни изследвания, тестване на проби, разработване на нови материали и технологични процесии друга работа, която отнема много време. В крайна сметка същото литиево-йонни батерииотне около пет години, за да се превърне от инженерни проби в готови устройства, който може да се използва в телефони.
Затова можем само да бъдем търпеливи и да не приемаме новините за нови батерии присърце. от поне, докато не се появи новина за пускането им в масово производство, когато вече няма никакво съмнение относно жизнеспособността на новата технология.
