Австралийские исследователи VICOSC в сотрудничестве с Государственным объединением научных и прикладных исследований (CSIRO), а также университетом Мельбурна и университетом Монаша, смогли распечатать солнечные фотогальванические элементы размером с лист бумаги формата А3. По словам создателей, такие панели генерируют от 10 до 50 Вт энергии на квадратный метр и могут быть использованы, например, для покрытия окон небоскребов или установлены на крышах зданий в качестве дополнительных источников питания.

«Существует очень много вещей, которые мы могли бы сделать с панелями такого размера. Мы могли бы их устанавливать на рекламных вывесках, использовать для питания осветительных приборов и других интерактивных элементов. Можно даже встроить их в ноутбуки для обеспечения резервного питания устройства», – рассказал сотрудник CSIRO Скотт Уоткинс (Scott Watkins).

Для распечатывания солнечных панелей ученые использовали фотогальванические чернила и специальный принтер стоимостью около 200 тысяч долларов. Сама же технология практически идентична той, которая используется при «трафаретной печати изображений на футболках». Как утверждают ученые, одним из наиболее важных аспектов такого подхода является его доступность. «Мы разрабатывали этот процесс таким образом, чтобы при использовании существующих технологий было как можно меньше препятствий для изготовления таких солнечных батарей», – добавил Уоткинс.

Источник

По их информации, батареи с подобными электродами могут получить емкость до 2100 ватт-часов на килограмм или более 7,6 мегаджоулей на килограмм. Для сравнения, стандартный литиевый аккумулятор имеет удельную емкость менее двух мегаджоулей на килограмм.

Исследователи отмечают, что их проект открывает путь к использованию в аккумуляторных электродах графена. В теории этот материал мог бы стать идеальным для производства электродов из-за своей большой площади поверхности, тем не менее, как расчеты, так и тесты показали плохую способность графена реагировать с литием.

Проблема заключалась в том, что без удерживания ионов лития на мембране из графена все плюсы сходили на нет, однако новая информация, полученная через моделирование, указала на то, что вопрос решается добавкой бора.

Добавим, что индустриальные синтез такого графена, по утверждению авторов, еще не освоен, но это не значит того, что их результаты не получат практического применения. В резюме своей статьи они отмечают, что моделирование взаимодействия ионов лития с разными наноматериалами сможет помочь в разработке недорогих и эффективных электродов.

Хотели бы вы иметь смартфон с аккумулятором, от которого можно «прикурить» автомобиль? И при этом, чтобы он заряжался на считанные секунды? Фантастика — скажете вы. Тем не менее, учёные из Университета Иллинойса опубликовали свою работу, которая дарит нам надежду увидеть такие супербатареи в будущем.С современными источниками питания пользователю приходится выбирать между мощностью и ёмкостью. Для некоторых применений нужно большое количество энергии(например, при передаче радиосигнала на большие расстояния). Конденсаторы способны быстро её высвобождать, но при этом запасая её лишь в небольших количествах. Для других задач, вроде длительного прослушивания радио, нужна большая ёмкость источника, которую имеют, например, топливные элементы и батареи. Но они отдают электроэнергию довольно медленно.

Батареи, созданные командой под руководством Уильяма Кинга(William P. King), позволяют создавать бескомпромиссные аккумуляторы, выдающие высокую мощность и при этом обладающие высокой ёмкостью. Причем, с помощью несложной подстройки производственного процесса, возможно варьировать соотношение этих параметров.

Как известно, эффективность батареи напрямую зависит от площади поверхности её электродов. Команде удалось значительно её увеличить с помощью следующего технологического процесса. Сначала на стеклянную подложку наносится слой полистирола. Затем в эту структуру «вводится» электролитический никель, служащий основой будущих катодов, а шарики полистирола вытравливаются. На получившуюся губчатую поверхность гальваническим способом наносятся никель-олово — на анод и диоксид марганца — на катод. Вся суть процесса наглядно представлена на следующей иллюстрации:

В конечном итоге получается структура с огромной площадью поверхности, освобождая больше свободного пространства для протекания химических реакций.

Учёным удалось создать батарейку формата «microbattery». На графике ниже представлено её сравнение с обычной батарейкой Sony CR1620:

С такими батареями возможна, например, передача радиосигнала на расстояние в 30 раз большее, чем с обычными источниками питания или сокращение размера аккумулятора в 30 раз. Кроме того, батареи способны заряжаться в 1000 раз быстрее современных. Впечатляет, не правда ли?

В настоящий момент учёные работают над интеграцией своих батарей с другими электронными компонентами, а так же разрабатывают процесс производства, который позволит запустить их в серию по приемлемой цене.

При использовании фотоэлектрических солнечных панелей для полного обеспечения электричеством того или иного объекта существует одна серьезная проблема. Солнце светит лишь в дневное время и полученную днем энергию нужно каким-то образом накапливать для использования ночью. На практике домовладельцы редко готовы вкладывать немалые средства в специальные резервные аккумуляторы и чаще всего используют для этих целей большие батареи автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Компания Tesla существенно продвинулась в разработке литий-ионных аккумуляторов, которые используются в электромобилях. Именно такие накопители энергии планируется использовать в разрабатываемых совместно системах.

Сама компания называет новый аккумулятор литий-воздушным. Его теоретическая энергетическая плотность в тысячу раз выше литий-ионного варианта, что позволит поставить электрокар в один ряд с бензиновыми авто. В упрощенном виде его работу можно описать так – в позитивном электроде вместо оксидов металлов используется углерод, реагирующий с воздухом вокруг него для создания электрического тока. Польза от применения углерода заключается еще и в том, что он легче оксидов металлов, что позволит снизит вес батарей.

Однако без проблем в разработке не обходится. Химическая нестабильность процессов, происходящих во время перезарядки, ограничивает жизненный цикл батарей, что в текущем виде делает их непригодными для использования в автомобилях. Разумеется, это не тупик. Специалисты IBM ведут дальнейшие исследования, которые приносят многообещающие плоды уже сейчас.

Изучая электрохимические реакции в литий-воздушных батареях, они обнаружили, что кислород вступает в реакцию не только с углеродным электродом, но и с электролитическим сольвентом – проводящим раствором, переносящим ионы лития между электродами. Однако реакция электролита с кислородом со временем приводит к истощению первого. Так что ученым IBM из калифорнийской и швейцарской лабораторий пришлось провести невероятно детализированные симуляции происходящих реакций для поиска альтернативного электролита, вплоть до моделирования на атомарном уровне – в чем помог суперкомпьютер Blue Gene.

В результате удалось получить несколько функционирующих прототипов, однако пока IBM не раскрывает деталей касательно примененных в них элементов и соединений. Вместе с «голубым гигантом» в проекте задействованы четыре американских национальных лаборатории и коммерческие партнеры – союз надеется на то, что полнофункциональные прототипы будут готовы к 2013 году, а коммерческий вариант литий-воздушных батарей окажется доступен автопроизводителям в 2020 году.

Только представьте перспективы, которые открываются перед электрокарами с новыми батареями. Разумеется, перед исследователями стоят и другие практические проблемы – например, дороговизна и ограниченность лития как ресурса, а также проблема работы литий-воздушных батарей во влажном воздухе (ведь литий может спонтанно загореться при контакте с водой). Однако будущее выглядит многообещающе.

Источник