Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Akumulator opracowany przez Nanotek Instruments ma wszelkie szanse stać się przełomowym urządzeniem na rynku pojazdów elektrycznych. Specjaliści zaprojektowali urządzenie przechowujące energie, która jest w stanie bardzo szybko uwięzić dużą liczbę jonów litu pomiędzy elektrodami, których działania wspomagają duże ilości grafenu. Naładowanie takiego akumulatora, który mógłby napędzać samochody elektryczne, może trwać mniej niż minutę. Urządzenie przyda się również np. do przechowywania energii ze źródeł odnawialnych.

Wynalazcy nazwali je „surface-mediate cells" (SMCs). Już w tej chwili, mimo, że materiały oraz konstrukcja urządzenia nie zostały zoptymalizowane, charakteryzuje się ono osiągami przewyższającymi zarówno konstrukcje litowo-jonowe jak i superkondensatory. Gęstość mocy urządzenia wynosi 100 kW/kg, jest zatem 100-krotnie większa od baterii litowo-jonowych i 10-krotnie przekracza możliwości superkondensatorów. Im większa zaś jest gęstość mocy, tym szybszy transfer energii, a co za tym idzie - tym krótsze czasy ładowania. Ponadto gęstość energii - czyli ilość energii, którą można przechowywać w danej objętości lub masie - sięga 160 Wh/kg. Jest więc porównywalna z gęstością baterii litowo-jonowych i 30 razy większa od gęstości konwencjonalnych superkondensatorów.

Jeśli porównamy SMC i baterie litowo-jonowe o tej samej wadze, to napędzany nimi samochód elektryczny będzie mógł przejechać mniej więcej taką samą trasę na pojedynczym ładowaniu. Nasze SMCs, podobnie jak współczesne urządzenia litowo-jonowe, mogą być jeszcze ulepszone pod względem gęstości energii. Jednak SMC mogą być ładowane w ciągu minut (prawdopodobnie w mniej niż minutę), a akumulatory litowo-jonowe wymagają godzin ładowania - mówi Bor Z. Jang, współzałożyciel Nanotek Instruments.

Nanotek i jego firma-córka, Angstron Materials, która współpracowała przy SMC, specjalizują się w badaniach nad nanometeriałami. Angston to największy na świecie producent płytek nanografenowych (NGP).

Jak widzimy, SMC łączą zalety baterii i superkondensatorów. Te pierwsze charakteryzują się większą gęstością energetyczną, te drugie - większą gęstością mocy. Nanotek i Angstron stworzyły nową architekturę urządzenia do przechowywania energii, która potencjalnie może zrewolucjonizować przemysł samochodowy.

Kluczem do sukcesu są anoda i katoda wyposażone w olbrzymie powierzchnie grafenowe. Podczas produkcji naukowcy umieścili na anodzie metaliczny lit (w postaci cząsteczek lub folii). W czasie pierwszego rozładowania, dochodzi do jonizacji litu, w wyniku czego pojawia się znacznie większa liczba jonów niż w urządzeniach litowo-jonowych. W czasie pracy urządzenia jony migrują poprzez płynny elektrolit do katody. Z kolei podczas ładowania, olbrzymia liczba jonów litu szybko przechodzi od katody do anody. Dzięki wielkiej powierzchni obu elektrod możliwe jest szybkie przesyłanie dużych ilości jonów. Dzięki temu, że jony litu przemieszczają się pomiędzy porowatymi powierzchniami elektrod udało się wyeliminować czasochłonny proces interkalacji.

Naukowcy prowadzili badania z różnymi rodzajami grafenu i mówią, że konieczne są dalsze eksperymenty. Chcą teraz przede wszystkim skupić się na zwiększeniu żywotności swojego urządzenia. Dotychczasowe badania wykazały, że może ono zachować 95% pojemności po 1000 cykli ładowania/rozładowania, a nawet po 2000 cykli nie zauważono, by dochodziło do powstawania zmniejszających pojemność akumulatorów kryształów dendrytycznych.

Nie widzimy żadnych poważniejszych przeszkód, które mogłyby uniemożliwić komercjalizację technologii SMC. Chociaż grafen jest obecnie drogi, to Angstron Materials pracuje nad technologiami umożliwiającymi jego produkcję na skalę przemysłową. Przewidujemy, że w ciągu najbliższych 1-3 lat jego cena dramatycznie spadnie - mówi Jang.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wyobrażam sobie miejsce na środku prerii, gdzie stoi sobie wiatrak (elektrownia wiatrowa), podjeżdżam i z wiatru ładuję swój samochód (na wiatr):)

Share this post


Link to post
Share on other sites

hmm widzę jeden plus - szybkie ładowanie [no i może długa żywotność]. Jeśli w miastach były by wtyczki dla samochodów elektrycznych to rewelacyjne rozwiązanie.

Ale niestety na trasę to już gorzej. Powiedzmy, że na prądzie przejedzie autko 100km. To wypadało by co 50km robić zjazdy z gniazdkami i co 40min przymusowa przerwa na ładowanie akumulatora. Średnio przyjemna wizja.

 

A technologia wodorowa już całkiem odeszła w zapomnienie. Sposób bezpiecznego magazynowania wodoru jest nie do rozwiązania?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ostatnio często słyszymy o pożarach samochodów elektrycznych. Powstaje wrażenie, jakoby miały one miejsce bardzo często. Czy jednak rzeczywiście pojazdy elektryczne płoną częściej niż samochody spalinowe? Analiza danych z USA przeprowadzona przez porównywarkę ubezpieczeń AutoinsuranceEZ oraz dane Szwedzkiej Agencji Bezpieczeństwa Publicznego pokazują, że samochody elektryczne są bezpieczniejsze pod względem zagrożenia pożarowego od samochodów spalinowych. Największe zaś ryzyko stwarzają hybrydy.
      W ubiegłym roku analitycy z AutoinsuranceEZ przyjrzeli się danym zgromadzonym przez amerykańskie Narodową Radę Bezpieczeństwa Transportu (NTHB), Biuro Statystyk Transportu (BTS) oraz rządowym informacjom nt. samochodów, które sami producenci ściągnęli z rynku z powodu zagrożenia pożarowego. Z analizy wynika, że najbardziej ryzykownym typem pojazdu są hybrydy. Na każdych 100 000 sprzedanych hybryd zanotowano 3474,5 pożarów. Na drugim miejscu uplasowały się samochody spalinowe, z których płonie 1529,9 na 100 tysięcy sprzedanych. Jeśli zaś chodzi o pojazdy elektryczne, to zanotowano 25,1 pożarów na 100 000 sprzedanych.
      Eksperci sprawdzili też, ile pojazdów zostało ściągniętych z rynku z powodu ryzyka pożaru. I tak na przykład w roku 2020 Hyundai poinformował, że 430 000 sztuk spalinowego modelu Elantra jest zagrożonych pożarem. Ryzyko stwarzała instalacja elektryczna. W tym samym roku konieczna była naprawa usterki w 308 000 spalinowych modeli Kia Cadenza i Kia Sportage. Również tutaj problemem była instalacja elektryczna. Z kolei w 95 000 spalinowych Huyndai Genesis zagrożenie pożarowe stwarzał ABS, a producent McLarena Senny i McLarena 720S poinformował o wyciekach paliwa z 2800 samochodów.
      Narażone były też, oczywiście, samochody elektryczne. Pojawiła się konieczność naprawy usterek w 82 000 sztuk Huyndaia Kona i 70 000 Chryslera Pacifica. Tutaj problemem był akumulator. On też stwarza problemy w pojazdach hybrydowych.
      Jak więc wynika z dostępnych danych, w przypadku samochodów elektrycznych i hybrydowych pożary są powodowane przez usterki w akumulatorach, podczas gdy w pojazdach spalinowych przyczyn jest więcej i zagrożenie stanowiły układ elektryczny, wycieki paliwa oraz usterki w ABS.
      Dane z USA znajdują potwierdzenie w informacjach ze Szwecji. Na koniec 2022 roku u naszych północnych sąsiadów po drogach jeździło 610 716 samochodów elektrycznych i hybrydowych oraz 4 396 827 samochodów spalinowych. W tym czasie doszło do 106 pożarów elektrycznych środków transportu. Najczęściej, bo 38 razy, płonęły skutery, zanotowano 23 pożary samochodów osobowych i 20 pożarów rowerów.
      Szwedzi informują, że w ciągu ostatnich trzech lat liczba pożarów samochodów elektrycznych utrzymuje się na stałym poziomie około 20 rocznie, mimo że w tym czasie liczba samochodów tego typu zwiększyła się niemal dwukrotnie. To oznacza, że statystyczne ryzyko pożaru spada. W latach 2018–2020 w Szwecji zanotowano 81 pożarów samochodów elektrycznych. Do 17 doszło w czasie jazdy (zaliczono tutaj pożary w wyniku wypadków drogowych), 18 miało miejsce w trakcie ładowania, a w przypadku 46 nie ustalono w jakich warunkach pożar miał miejsce.
      Jak już wspomnieliśmy, w 2022 roku spłonęły w Szwecji 23 elektryczne i hybrydowe samochody pasażerskie. W tym samym roku całkowita liczba pożarów samochodów pasażerskich w Szwecji to około 3400 rocznie. Biorąc pod uwagę liczbę samochodów różnych typów trzeba stwierdzić, że zapaliło się 0,004% samochodów elektrycznych i hybrydowych oraz 0,09% samochodów spalinowych. Wśród pożarów pojazdów spalinowych układ elektryczny bądź akumulatory były przyczyną 656 pożarów.
      Z dostępnych polskich danych wynika, że w ubiegłym roku doszło w naszym kraju do 10 pożarów samochodów elektrycznych (na 29 780 zarejestrowanych) i 8333 pożarów samochodów spalinowych (na ok. 20 milionów zarejestrowanych). Zatem współczynnik pojazdów, które uległy pożarowi wynosi, odpowiednio, 0,03 i 0,04 procent.
      Głównym problemem związanym z pożarami samochodów elektrycznych, nie jest więc częstotliwość ich występowania, a trudności z ugaszeniem.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rosnąca popularność samochodów elektrycznych (EV) często postrzegana jako problem dla sieci elektroenergetycznych, które nie są dostosowane do nowego masowego źródła obciążenia. Naukowcy z Uniwersytetu w Lejdzie oraz amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej podeszli do zagadnienia z innej strony. Z analizy wynika, że w ciągu najbliższych lat EV mogą stać się wielkim magazynem energii ze źródeł odnawialnych, stabilizując energetykę słoneczną i wiatrową.
      Energia z wiatru i słońca to najszybciej rosnące źródła energii. So to jednak źródła niestabilne, nie dostarczają energii gdy wiatr nie wieje, a słońce nie świeci. Z analizy, opublikowanej na łamach Nature Communications, dowiadujemy się, że rolę stabilizatora mogą odegrać samochody elektryczne. Obecnie większość ich właścicieli ładuje samochody w nocy. Autorzy badań uważają, że właściciele takich pojazdów mogliby podpisywać odpowiednie umowy z dostawcami energii. Na jej podstawie dostawca energii sprawowałby kontrolę nad ładowaniem samochodu w taki sposób, by z jednej strony zapewnić w sieci odpowiednią ilość energii, a z drugiej – załadować akumulatory do pełna. Właściciel samochodu otrzymywałby pieniądze za wykorzystanie jego pojazdu w taki sposób, wyjaśnia główny autor badań, Chengjian Xu.
      Co więcej, gdy pojemność akumulatorów zmniejsza się do 70–80 procent pojemności początkowej, zwykle nie nadają się one do zastosowań w transporcie. Jednak nadal przez wiele lat mogą posłużyć do stabilizowania sieci elektroenergetycznych. Dlatego też, jeśli kwestia taka zostanie uregulowana odpowiednimi przepisami, akumulatory takie mogłyby jeszcze długo służyć jako magazyny energii.
      Z wyliczeń holendersko-amerykańskiego zespołu wynika, że do roku 2050 samochody elektryczne oraz zużyte akumulatory mogą stanowić wielki bank energii o pojemności od 32 do 62 TWh. Tymczasem światowe zapotrzebowanie na krótkoterminowe przechowywanie energii będzie wówczas wynosiło od 3,4 do 19,2 TWh. Przeprowadzone analizy wykazały, że wystarczy, by od 12 do 43 procent właścicieli samochodów elektrycznych podpisało odpowiednie umowy z dostawcami energii, a świat zyska wystarczające możliwości przechowywania energii. Jeśli zaś udałoby się wykorzystać w roli magazynu energii połowę zużytych akumulatorów, to wystarczy, by mniej niż 10% kierowców podpisało umowy z dostawcami energii.
      Już w roku 2030 w wielu regionach świata EV i zużyte akumulatory mogą zaspokoić popyt na krótkoterminowe przechowywanie energii.
      Oczywiście wiele tutaj zależy od uregulowań prawnych oraz od tempa popularyzacji samochodów elektrycznych w różnych regionach świata. Autorzy badań zauważają też, że wielką niewiadomą jest tempo degradacji akumulatorów przyszłości, które będzie zależało m.in. od postępu technologicznego, czy też tempo rozwoju systemów zarządzania energią. Nie wiadomo także, czy nie zajdą radykalne zmiany w samym systemie transportowym. Nie można wykluczyć np. zmiany przyzwyczajeń i rozpowszechnienia się komunikacji zbiorowej czy systemów wspólnego użytkowania pojazdów, na dostępność samochodów i akumulatorów może też wpłynąć rozpowszechnienie się pojazdów autonomicznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prezydent Biden zatwierdził przeznaczenie 900 milionów dolarów na budowę stacji ładowania samochodów elektrycznych. Podczas North American International Auto Show w Detroit prezydent stwierdził, że niezależnie od tego czy będziecie jechali wybrzeżem autostradą I-10 [prowadzi z Kalifornii na Florydę - red.] czy I-75 [wiedzie z Michigan na Florydę] stacje do ładowania będą wszędzie i można je będzie znaleźć równie łatwo jak stacje benzynowe.
      Wspomniane 900 milionów USD będą pochodziły z zatwierdzonego w ubiegłym roku planu infrastrukturalnego na który przewidziano bilion dolarów, z czego 550 miliardów na transport czy internet szerokopasmowy i infrastrukturę taką jak np. sieci wodociągowe.
      W 2020 roku amerykański transport odpowiadał za 27% amerykańskiej emisji gazów cieplarnianych. To najwięcej ze wszystkich działów gospodarki. Władze Stanów Zjednoczonych chcą, by do roku 2030 samochody elektryczne stanowiły połowę całej sprzedaży pojazdów w USA. Poszczególne stany podejmują własne, bardziej ambitne inicjatywy. Na przykład Kalifornia przyjęła przepisy zgodnie z którymi od 2035 roku zakaże sprzedaży samochodów z silnikami benzynowymi.
      Obecnie pojazdy elektryczne stanowią jedynie 6% sprzedaży samochodów w USA. Jedną z najważniejszych przyczyn, dla których Amerykanie nie chcą kupować pojazdów z silnikiem elektrycznym jest obawa o łatwy dostęp do punktów ładowania. Obecnie w całym kraju takich punktów jest poniżej 47 000. Biden chce, by do roku 2030 ich liczba wzrosła do 500 000.
      W dokumencie zatwierdzającym wspomniane 900 milionów USD znalazła się też propozycja, by narzucić stanom obowiązek zakładania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do 50 mil na głównych drogach stanowych i autostradach. Stany o dużym odsetku społeczności wiejskich już wyraziły obawę, że z takim obowiązkiem sobie nie poradzą. Dlatego też dla takich stanów oraz na potrzeby centrów miejskich i ubogich społeczności przygotowano program grantowy o łącznej wartości 2,5 miliarda USD.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Używamy coraz więcej smartfonów, samochodów elektrycznych i innych urządzeń, wymagających stosowania akumulatorów. To jednak oznacza coraz większe zapotrzebowanie na metale ciężkie, które stanowią olbrzymie zagrożenie zarówno dla ludzkiego zdrowia, jak i środowiska naturalnego. Szczególne kontrowersje budzi wykorzystywanie kobaltu, pozyskiwanego głównie w centralnej Afryce. Z jego wydobyciem wiąże się olbrzymie niszczenie środowiska naturalnego, niewolnictwo, morderstwa i gwałty.
      Naukowcy z IBM Research wykorzystali trzy opracowane przez siebie materiały, które nigdy nie były jeszcze używane w akumulatorach i stworzyli w ten sposób urządzenie, które nie wykorzystuje ani metali ciężkich, ani innych materiałów, z wydobyciem których wiąże się popełnianie przestępstw na ludziach czy środowisku naturalnym.
      Wspomniane materiały można pozyskać z wody morskiej, co jest metodą mniej szkodliwą dla środowiska niż wydobywanie metali z ziemi. Podczas wstępnych testów nowego akumulatora stwierdzono, że można go zoptymalizować tak, by przewyższał akumulatory litowo-jonowe w wielu kategoriach, takich jak – niższa cena, krótszy czas ładowania, wyższa moc i gęstość energetyczna, lepsza wydajność energetyczna oraz mniejsza palność.
      Opracowana przez Battery Lab katoda nie potrzebuje kobaltu i niklu, a akumulator zawiera bezpieczny elektrolit o wysokiej temperaturze zapłonu. Ponadto podczas testów okazało się, że w czasie ładowania nie powstają dendryty, które są poważnym problemem w akumulatorach litowo-jonowych, gdyż mogą doprowadzić do spięcia i pożaru.
      Dotychczas przeprowadzone testy pokazują, że odpowiednio skonfigurowany nowy akumulator można naładować do 80% w czasie krótszym niż 5 minut. W połączeniu ze stosunkowo niskim kosztem pozyskania materiałów, możemy mieć do czynienia z tanim akumulatorem, który można szybko naładować. Inżynierowie IBM-a obliczają, że w szczególnie wymagających zastosowaniach, jak na przykład lotnictwo, akumulator można skonfigurować tak, by jego gęstość energetyczna była większa niż 10 000 W/L. Ponadto akumulator wytrzymuje wiele cykli ładowania/rozładowania, dzięki czemu może być wykorzystywany w sieciach energetycznych, gdzie wymagana jest długa i stabilna praca.
      Podsumowując, początkowe prace pokazały, że IBM Research opracował tani akumulator, w którym nie są wykorzystywane kobalt, nikiel i inne metale ciężkie, który można naładować do 80% w czasie krótszym niż 5 minut, którego gęstość mocy może przekraczać 10 000 W/L, a gęstość energii jest wyższa od 800 Wh/L, którego wydajność energetyczna przekracza 90% i którego elektrolit jest mniej palny.
      Teraz IBM Research wspólnie z Mercedes-Benz Research, Central Glass i Sidusem prowadzi badania, które mają na celu dalsze rozwijanie tej technologii, opracowanie infrastruktury potrzebnej do produkcji nowych akumulatorów i ich komercjalizacji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jedną z głównych przeszkód stojących na drodze ku upowszechnieniu się samochodów elektrycznych jest długi czas ładowania akumulatorów. Niewykluczone jednak, że już wkrótce możliwe będzie pełne załadowanie akumulatora w ciągu zaledwie 10 minut. Takie pojedyncze ładowanie pozwoli na przejechanie 320–480 kilometrów.
      Wykazaliśmy, że możliwe jest załadowanie w 10 minut akumulatora zapewniającego energię na 200–300 mil podróży, mówi profesor Chao-Yang Wang, dyrektor Electrochemical Engine Center na Pennsylvania State University. Żywotność takiego akumulatora wynosi 2500 cykli ładowania-rozładowania, co pozwala na przejechanie około pół miliona mil.
      Już obecnie można szybko ładować akumulatory litowo-jonowe, jednak znacząco skraca to ich żywotność, gdyż na anodzie osadza się metaliczny lit. Nie dość, że prowadzi on do spadku pojemności akumulatora, może też spowodować jego awarię. Im akumulator jest starszy, tym łatwiej dochodzi do tego niekorzystnego procesu. Wiadomo też, że jeśli akumulator zostanie podgrzany podczas ładowania, to nie dochodzi do osadzania się litu. Jednak samo podgrzewanie również skracażywotność urządzenia.
      Wang i jego zespół przeprowadzili eksperymenty, podczas których zauważyli, że jeśli akumulator zostanie podgrzany do temperatury do 60 stopni Celsjusza na nie dłużej niż 10 minut, a następnie szybko schłodzi się do temperatury pokojowej, to można go szybko naładować, zapobiec osadzaniu się litu i nie wpływa to negatywnie na jego żywotność.
      Obecnie uważa się, że podgrzanie akumulatora do 60 stopni Celsjusza nie powinno mieć miejsca, gdyż znacząco skraca to jego żywotność, mówi Wang. Uczony wraz z zespołem przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których do elektrod komercyjnie dostępnych akumulatorów dodano folię aluminiową o grubości liczonej w mikronach. Pozwoliła ona na podgrzanie elektrod w ciągu zaledwie 30 sekund. Następnie uczeni testowali zmodyfikowane akumulatory, ładując je po podgrzaniu do 40, 49 i 60 stopni C. Ich wydajność porównano z akumulatorem testowym, pracującym w temperaturze 20 stopni.
      Okazało się, że przy temperaturze 20 stopni Celsjusza już po 60 cyklach ładowania-rozładowania pojawiły się problemy, które znacząco zmniejszyły wydajność. Tymczasem gdy elektrody podgrzano do 60 stopni Celsjusza akumulatory bez większych problemów wytrzymały 2500 cykli ładowania-rozładowania.
      Ważne było też szybkie schłodzenie akumulatora. Wang twierdzi, że można do tego wykorzystać system chłodzący pojazdu, tym bardziej, że olbrzymią różnicę robi już schłodzenie z 60 do niecałych 24 stopni Celsjusza.
      Uczeni chcą kontynuować swoje badania i mają nadzieję, że opracują technologię pozwalającą na pełne załadowanie akumulatora w ciągu zaledwie 5 minut.
      Szczegóły badań opublikowano w piśmie Joule.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...