Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nowa anoda pozwoli samochodowi na osiągnięcie 400 km zasięgu po 5 minutach ładowania?

Recommended Posts

Producenci akumulatorów od lat próbują zastąpić grafitową anodę w akumulatorach litowo-jonowych jej krzemową wersją. Powinno to zwiększyć zasięg samochodów elektrycznych wyposażonych w takie akumulatory. Próby są prowadzone zwykle z użyciem tlenku krzemu lub połączenia krzemu i węgla. Jednak kalifornijska firma Enevate ma nieco inny pomysł – wykorzystuje cienkie porowate warstwy czystego krzemu.

Właściciel i główny technolog firmy, Benjamin Park, który od ponad 10 lat pracuje nad nowymi akumulatorami, twierdzi, że taki materiał jest nie tylko tani, ale pozwala na zwieszenie o 30% zasięgu samochodów elektrycznych wyposażonych w tego typu akumulatory. Co więcej, przedstawiciele Enevate uważają, że w niedalekiej przyszłości tego typu akumulatory po 5-minutowym ładowaniu zapewnią samochodowi 400 kilometrów zasięgu.

Podczas ładowania akumulatorów litowo-jonowych jony litu przemieszczają się z katody do anody. Im więcej jonów jest w stanie przyjąć anoda, tym większa pojemność akumulatora. Krzem może przechowywać nawet 10-krotnie więcej energii niż grafit. Jednak w trakcie pracy akumulatora znacznie się on rozszerza i kurczy, powstają pęknięcia i materiał kruszy się po kilku cyklach ładowania.

Producenci akumulatorów, chcąc obejść ten problem, dodają nieco krzemu do proszku grafitowego. Całość mieszana jest z tworzywem sztucznym działającym jak spoiwo i nakładana na cienką warstwę miedzi. W ten sposób powstaje anoda. Jednak, jak wyjaśnia Park, jony litu najpierw wchodzą w interakcje z krzemem, później z grafitem. Krzem wciąż się nieco rozszerza, a spoiwo jest dość słabe. Tak zbudowana anoda ulega tym szybszej degradacji, im więcej krzemu się w niej znajduje.

Enevate nie używa spoiwa. Firma opracowała własny sposób na bezpośrednie nakładanie na miedź porowatych warstw krzemu o grubości od 10 do 60 mikrometrów. Na wierzch stosuje się dodatkową warstwę, która chroni krzem przed kontaktem z elektrolitem.

Cały proces nie wymaga używania krzemu o wysokiej jakości, więc tego typu anoda kosztuje mniej niż anoda grafitowa o identycznej pojemności. Zaś dzięki temu, że stosowany jest krzem, jony litu mogą bardzo szybko się przemieszczać. W ciągu 5 minut można naładować akumulator do 75% pojemności, nie powodując przy tym zbytniego rozszerzania się krzemu.

Wszystko co potrzebne do wyprodukowania anody można wytwarzać standardowymi metodami przemysłowymi z rolki. Zatem cały proces łatwo jest skalować. Dzięki połączeniu nowej anody z konwencjonalnymi katodami stworzono akumulatory o pojemności do 350 Wh/kg. To o około 30% więcej niż współczesne akumulatory litowo-jonowe.

Enevate już współpracuje z koncernami motoryzacyjnymi. Jej nowe akumulatory powinny trafić do samochodów elektrycznych w sezonie 2024/2025.


« powrót do artykułu

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
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Litowo-jonowe akumulatory wykorzystywane w samochodach elektrycznych to poważny problem środowiskowy i wizerunkowy. Ich recykling z pewnością poprawiłby zarówno wizerunek, jak i obciążenie dla środowiska. O ile jednak zaczyna rozwijać się cały przemysł recyklingu akumulatorów, to bardzo trudno jest namówić producentów samochodów, by chcieli korzystać z materiałów pochodzących z recyklingu.
      Ludzie uważają, że materiał z recyklingu nie jest równie dobry, jak oryginalny. Producenci akumulatorów mają wątpliwości odnośnie wykorzystywania odzyskiwanych materiałów, mówi profesor Yan Wang z Worcester Polytechnic Institute. Tymczasem badania przeprowadzone przez Wanga we współpracy ze specjalistami z US Advanced Battery Consortium (USABC) i firmy A123 Systems wykazały, że takie obawy są bezpodstawne. Katody z recyklingu są równie dobre, a nawet lepsze niż katody wykonane z dziewiczych materiałów.
      Specjaliści przeanalizowali akumulatory z pochodzącymi z recyklingu katodami NMC111. To najpowszechniej występujący typ katod, zbudowanych z manganu, kobaltu i niklu. Recykling wykonano za pomocą technologii opracowanej przez Wanga, którą uczony próbuje obecnie skomercjalizować.
      Okazało się, że katoda z materiału po recyklingu posiada więcej mikroskopijnych porów niż z dziewiczego materiału. W efekcie akumulatory z taką katodą mają podobną gęstość energetyczną, ale mogą pracować o 53% dłużej.
      Testów nie prowadzono co prawda w samochodach, ale na przemysłowych stanowiskach testowych. Na ich potrzeby wykonano odpowiadające standardom przemysłowym ogniwa o pojemności 11 Ah. Za testy odpowiedzialni byli inżynierowie z A123 Systems, a przeprowadzano je według standardów USABC dla hybryd plug-in. Wykazały one, że katody z recyklingu świetnie się sprawują. A to katody, jak mówi Wang, są najcenniejszym elementem akumulatorów. Dlatego też uczony zainteresował się właśnie ich odzyskiwaniem, gdyż to one mogą przynieść firmom zajmującym się recyklingiem największe zyski, a tym samym stać się impulsem do powszechniejszego recyklingu akumulatorów samochodowych.
      Założona przez Wanga firma Battery Resources planuje otwarcie pierwszego zakładu, który 2 2022 roku przetworzy 10 000 ton akumulatorów. Wangowi udało się też zdobyć finansowanie w wysokości 70 milionów USD, za które chce wybudowac dwa kolejne zakłady, tym razem na terenie Europy. Mają one powstać do końca przyszłego roku.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wielkimi krokami zbliża się kolejny technologiczny przełom, jakim niewątpliwie jest sieć 5G. Jak działa nowy wymiar internetu mobilnego i gdzie już teraz można cieszyć się zasięgiem 5G? Dowiedz się więcej na temat innowacyjnych rozwiązań.
      Technologia 5G wkracza do Polski. Jak zwykle na początku najszybszy w dziejach internet mobilny dostępny będzie w dużych miastach, ale liczba lokalizacji objętych zasięgiem 5G wciąż rośnie. Wyjaśniamy różnice między 4G a 5G, a także podpowiadamy, gdzie szukać sieci nowej generacji.
      Czym jest 5G?
      Na początek warto wyjaśnić, czym właściwie jest sieć 5G i w jakim stopniu zmienia możliwości, które dotąd oferował internet mobilny. Skrót nazwy odnosi się do piątej generacji internetu mobilnego, który ma zastąpić powszechnie wykorzystywaną obecnie sieć 4G, nazywaną również LTE. Z racji faktu, że coraz więcej urządzeń korzysta z sieci (nie tylko elektronika, ale też samochody czy sprzęty RTV i AGD), jest ona coraz częściej przeciążona. Wprowadzenie 5G jest więc nie tylko znakiem kolejnego kroku w rozwoju technologii, ale również odpowiedzią na ogromne zapotrzebowanie użytkowników.
      Sieć 5G wyprzedza poprzednie generacje pod każdym względem. Prędkość transferu przyspiesza do niewiarygodnego poziomu do 20 GB/s pobierania i do 10 GB/s wysyłania i co bardzo ważne, praktycznie niweluje opóźnienia, które mają wynosić maksymalnie 4 ms. Co oznacza tak krótki czas między wysłaniem danych a ich odbiorem? Dla przykładu gracze online nie mają problemów ze wspólną rozgrywką, jeśli opóźnienie między ich komputerami wynosi 20 ms. Opóźnienie na poziomie 4 ms jest praktycznie niezauważalne dla człowieka, a więc umożliwia np. zdalne wykonywanie operacji. Sieć 5G otwiera zupełnie nowe możliwości dla wielu branż. Jeśli chcesz poznać więcej szczegółów dotyczących nowej generacji internetu mobilnego, zapoznaj się z artykułem poświęconym 5G.
      4G LTE a 5G – różnice
      Zacznijmy od samej technologii. Dotychczasowe generacje internetu mobilnego operowały na tych samych pasmach częstotliwości, czyli obecnie od 800 do 2600 MHz. Oznacza to, chociażby konieczność dzielenia przez operatorów tych pasm między starsze technologie 3G, a nawet 2G. To z kolei przekłada się na obciążenie sieci i jej wydajność. Sieć 5G może działać na dotychczasowych pasmach, ale planowane jest też udostępnienie piątej generacji internetu nowych częstotliwości. Ten zabieg nie tylko zwiększy przepustowość, ale też znacząco wpłynie na zasięg 5G na całym świecie.
      Kolejną zmianą względem LTE jest sposób działania. Dotychczasowe generacje internetu mobilnego krążyły nieustannie w przestrzeni, czekając w gotowości na potrzeby użytkowników. Działanie sieci 5G przypomina bardziej mierzenie do celu. Wiązki sygnału kształtują się dokładnie tam, gdzie znajdują się urządzenia odbiorcze, czyli np. smartfon czy komputer. Efektem jest znacznie stabilniejsze połączenie. Przejdźmy teraz do liczb. Jak wygląda zestawienie możliwości sieci 4G z 5G?
      •    5G oferuje aż dziesięciokrotnie szybszy transfer danych.
      •    Opóźnienie w przesyłaniu danych w 5G jest dziesięciokrotnie krótsze niż w LTE.
      •    Wzrasta liczba obsługiwanych urządzeń – do miliona na metr kwadratowy.
      Gdzie szukać zasięgu 5G w Polsce?
      Pod względem zasięgu piąta generacja internetu mobilnego może być przełomowa i docierać niemal wszędzie. Wymaga to jednak odpowiedniej infrastruktury, która obecnie jest na etapie wdrażania. Prace posuwają się w szybkim tempie, jednak jak zwykle pierwszeństwo w wdrażaniu nowych technologii mają największe ośrodki w kraju, gdzie odnotowuje się najwyższy poziom zapotrzebowania na przepustowość danych internetowych. Za przykład obecności sieci 5G w Polsce w 2021 roku może posłużyć mapa zasięgu operatora Play.
      Obecnie największe szanse na skorzystanie z możliwości sieci 5G mają mieszkańcy województwa mazowieckiego. Oczywiście najbardziej rozbudowana infrastruktura dotyczy Warszawy, ale z szybszego łącza mogą korzystać również mieszkańcy takich miejscowości jak Legionowo, Grodzisk Mazowiecki czy Otwock. Ponadto stacje bazowe znajdują się również w okolicach Ostrowa Mazowieckiego i nieco dalej, obejmując Łuków czy Sokołów Podlaski. Coraz więcej możliwości korzystania z szybkiego internetu mają też mieszkańcy południowej części kraju, czyli Wrocławia, Krakowa, a także Mielca, Leżajska, Krosna czy turystycznych regionów – Zakopanego, Białki Tatrzańskiej oraz Nowego Targu.
      W centralnej części Polski, póki co warunki dla 5G znajdziemy w Toruniu, za to dużo więcej ośrodków spotkać można na Wybrzeżu. Zasięgiem 5G objęte jest praktycznie całe Trójmiasto oraz Władysławowo. Nad morzem z szybkiego internetu skorzystamy również w Kołobrzegu i Ustce. We wschodniej części kraju najlepszy zasięg odnajdziemy w Augustowie, Giżycku oraz Mrągowie.
      Z czasem mapa będzie się regularnie zagęszczać. Prace nad modernizacją stacji bazowych i dostosowania ich do wymogów technologii 5G trwają. Warto dodać, że korzystanie z walorów oferowanych przez internet piątej generacji możliwe jest wyłącznie przy pomocy odpowiednich urządzeń. Dopiero od nieco ponad roku na rynku obecne są smartfony, które obsługują sieć 5G.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Związki ludzi i zwierząt są bardziej złożone i niespodziewane, niż nam się wydaje. Dowodem najnowsze odkrycie z Kolumbii Brytyjskiej, gdzie rdzenni mieszkańcy od tysięcy lat dzielą gęsto zalesione wybrzeża z niedźwiedziami. Badania DNA wykazały, że na obszarach tych żyją trzy zróżnicowane genetycznie populacje niedźwiedzi, a terytoria ich występowania bardzo blisko pokrywają się z występowaniem... grup języków, którymi posługują się Indianie.
      To zaskakujące odkrycie pokazuje, że istnieje związek pomiędzy zróżnicowaniem kulturowym i biologicznym na tym obszarze.
      Autorzy badań przyglądali się zróżnicowaniu genetycznemu niedźwiedzi grizli. Zwierzęta zaczęły ostatnio kolonizować przybrzeżne wyspy, a uczeni chcieli dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje. Szczęśliwie się złożyło, że w 2011 roku pięć plemion zamieszkujących te tereny – Nuxalk, Haíɫzaqv, Kitasoo/Xai’xais, Gitga’at i Wuikinuxv – powołało grupę badawczą zajmującą się niedźwiedziami. Uczeni, chcąc sprawdzić, która populacja kolonizuje wyspy, mogli skorzystać z niedźwiedziego futra zbieranego od dekady przez grupę.
      Naukowcy samodzielnie zbierali też niedźwiedzie futro w odległych regionach Kolumbii Brytyjskiej. Zakładali zapachowe pułapki, otoczone specjalnie przystosowanym drutem kolczastym, na którym – bez czynienia krzywdy zwierzętom – pozostawało futro niedźwiedzi zwabionych przez zapach. W ten sposób na obszarze obejmującym 23 500 km2 zebrano próbki futra 147 osobników.
      Analizy DNA wykazały, że na badanym terenie żyją trzy zróżnicowane genetycznie populacje niedźwiedzi. Uczeni nie byli jednak w stanie zauważyć żadnych fizycznych barier oddzielających te populacje. Zasięgi ich występowania nie pokrywały się ani z siecią rzek, ani nie miały związków z tym, czy dany teren był mniej lub bardziej dostępny, czy był mniej lub bardziej pokrywany śniegiem. Naukowcy doszli do wniosku, że wyraźnie oddzielne grupy istnieją nie dlatego, że niedźwiedzie nie mogą swobodnie się przemieszczać, ale dlatego, że nie mają takiej potrzeby. Region jest tak bogaty w zasoby, że wszystko znajdują na miejscu.
      Okazało się jednak, że zasięgi występowania tych populacji w zaskakująco dużym stopniu pokrywają się z zasięgami rodzin językowych Indian mieszkających na tych terenach. Gdy spojrzeliśmy na mapy językowe, zauważyliśmy uderzające podobieństwo, mówi Lauren Henson z Raincoast Conservation Foundation. Gdy uczeni bliżej przyjrzeli się temu zjawisku zauważyli, że niedźwiedzie mieszkające na terenie występowania tej samej rodziny językowej są bardziej podobne genetycznie do siebie nawzajem, niż do niedźwiedzi mieszkających na terenach innej rodziny językowej.
      Jedna z autorek badań, Jenn Walkus z plemienia Wuikinuxv mówi, że odkrycie to nie jest dla niej zaskakujące. Jako dziecko wychowane w odległej wiosce od dawna wie, że ludzie i niedźwiedzie mają bardzo podobne potrzeby, jeśli chodzi o przestrzeń, żywność i podobne zasoby. Jest więc logiczne, że oba gatunki – Homo sapiens sapiens i Ursus arctos horribilis – osiedlają się na tych samych terenach, np. na brzegach strumieni bogatych w łososie. To zaś oznacza, że powinniśmy odpowiednio zarządzać zasobami przyrodniczymi, tak by wystarczyło ich zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt. Na przykład plemię Wuikinuxv pracuje obecnie nad planem zmniejszenia połowów łososi na własne potrzeby, by więcej ryb było dostępnych dla niedźwiedzi.
      Lauren Eckert z University of Victoria, która nie była zaangażowana w badania, zauważa, że ich wyniki wskazują, iż te same zasoby, które kształtują obecność niedźwiedzi w tym regionie, ukształtowały też obecność ludzi. To dodatkowo wspiera ideę mówiącą, że w zarządzeniu środowiskiem naturalnym kluczowe są działania na poziomie lokalnym i wiedza lokalnej społeczności.
      Wyniki badań, w których brali m.in. udział naukowcy z Uniwersytetu Wiktorii w Toronto, Kolumbii Brytyjskiej, uniwersytetów w Ljubljanie i Princeton, zostały opublikowane w piśmie Ecology and Society.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W najbliższych latach spodziewany jest lawinowy wzrost liczby miniaturowych urządzeń transmitujących dane. Rozwija się Internet-of-Things (IoT), więc tego typu urządzenia będą wykorzystywane np. w logistyce. Wszystkie one potrzebują źródła zasilania. Jednak baterie czy akumulatory wywierają negatywny wpływ na środowisko. Badacze z Empa (Szwajcarskie Federalne Laboratoria Nauk Materiałowych i Technologii) poinformowali o stworzeniu biodegradowalnego superkondensatora.
      Urządzenie zbudowane jest z węgla, celulozy, gliceryny i soli stołowej. To składniki tuszu dla drukarki 3D, w której wyprodukowano nowatorskie kondensatory. Składa się on z celulozowych nanowółkien i nanokryształów, węgla w postaci sadzy, grafitu i węgla aktywnego. Formę płynną nadaje gliceryna, woda i dwa rodzaje alkoholu. Do tego dochodzi nieco soli zapewniającej przewodnictwo.
      Superkondensator składa się z czterech warstw nakładanych jedna po drugiej przez drukarkę. Warstwy te to elastyczna podstawa, warstwa przewodząca, elektroda i elektrolit. Całość jest następnie składana na podobieństwo kanapki z elektrolitem wewnątrz. Powstaje w ten sposób całkowicie biodegradowalny kondensator, który może przechowywać energię elektryczną całymi godzinami, a jego wersja prototypowa jest zdolna do zasilania niewielkiego zegara cyfrowego. Kondensator wytrzymuje tysiące cykli ładowania/rozładowywania, może pracować przez wiele lat, działa w temperaturach ujemnych, jest odporny na nacisk i wstrząsy.
      Kondensator, gdy już go nie będziemy potrzebowali, można wyrzucić. Rozkłada się w ciągu 2 miesięcy, a jedyne, co możemy po tym czasie zobaczyć, to nieco fragmentów węgla. Wydaje się to proste, ale takie nie było, mówi Xavier Aeby z Empa. Stworzenie urządzenia o odpowiednich parametrach wymagało wielu prób i testów. Konieczne było bowiem stworzenie tuszu o parametrach nadających się do użycia w drukarce, z którego powstanie kondensator gotowy do wykorzystania w praktyce.
      Aeby studiował inżynierię mikroelektroniki na Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie, a w Empa pisze doktorat. Jego opiekunem jest Gustav Nyström, którego grupa badawcza już od pewnego czasu prowadzi prace nad żelami bazującymi na nanoceluluzie, biodegradowalnym materiale o potencjalnie licznych zastosowaniach. Od bardzo dawna interesuje mnie biodegradowalny system przechowywania energii. Poprosiliśmy Empa o sfinansowanie naszego projektu, Printed Paper Batteries, i właśnie osiągnęliśmy pierwszy z naszych celów, mówi Nyström.
      Szwajcarski superkondensator może już wkrótce stać się kluczowym komponentem IoT. W przyszłości takie kondensatory można będzie szybko ładować wykorzystując np. pole elektromagnetyczne. Po naładowaniu będą one zasilały czujniki czy mikroprzekaźniki, mówią badacze. Metoda taka może być wykorzystywana np. do sprawdzania zawartości opakowań w transporcie. Biodegradowalne systemy przechowywania energii przydałyby się też w czujnikach monitorujących środowisko czy pracujących na rzecz rolnictwa. Tego typu akumulatorów nie trzeba by było zbierać, gdyż szybko uległyby rozkładowi bez szkody dla środowiska naturalnego.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...