Как зарядить аккумулятор за несколько секунд

Лучшие брокеры бинарных опционов за 2020 год:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место! Самый лучший брокер бинарных опционов за несколько лет! Бесплатное обучение трейдингу для новичков + демо счет. Дают бонусы за регистрацию счета:

Создан аккумулятор, способный заряжаться и разряжаться за секунды

Привычка каждую ночь ставить на зарядку телефон и mp3-плеер может уйти в прошлое уже через 2–3 года, а гибридные автомобили должны стать намного приёмистей и эффективнее. Зарядить телефон по полной можно будет за несколько секунд. Правда, потреблять энергию во время зарядки он будет с мощностью электрического чайника, а ток, который при этом пойдёт из розетки, потребует провода в палец толщиной.

Профессор американского Массачусетского технологического института (MIT) бельгиец Жербран Седер и его южнокорейский аспирант Кан Бён У разработали

способ обработки электродов, который на несколько порядков повышает скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов и высвобождения из них энергии.

Раньше такую скорость разряда могли дать только конденсаторы особого типа. Однако они гораздо более капризны и весят также на порядки больше: накопление заряда в конденсаторе идёт не по всему объёму, а только вдоль поверхности обкладок, и как ни сворачивай их трубочкой, разделяющий обкладки диэлектрик занимает очень много места.

По словам авторов новой технологии, описание которой опубликовано в последнем номере Nature, её применение требует лишь незначительной модификации технологического процесса изготовления батарей, а значит, её реализация должна быть очень скорой. По оценкам Седера – два—три года.

Что ограничивает мощность аккумулятора

Скорость зарядки и разрядки аккумулятора ограничивает подвижность ионов лития Li + в электроде батареи. Один из лучших материалов для электрода, который широко используется в наши дни, – литий-железа фосфат LiFePO4. Он позволяет как быстро принять ионы при зарядке, так и высвободить их во время работы аккумулятора.

Однако недостаточно быстро.

Рейтинг брокеров бинарных опционов с русским языком за 2020 год:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место! Самый лучший брокер бинарных опционов за несколько лет! Бесплатное обучение трейдингу для новичков + демо счет. Дают бонусы за регистрацию счета:

Несколько лет назад Седер и Кан посчитали теоретическую скорость, с которой LiFePO4 должен принимать ионы лития, и она оказалась на два порядка выше той, что наблюдается в действительности.

Учёные тогда быстро выяснили, в чём дело: кристаллы LiFePO4 быстро работают на приём и отдачу Li + лишь в одном направлении ([010]). Если же ион подходит к кристаллу с другой стороны, то проникнуть внутрь гораздо сложнее; точно так же и выход иона при разрядке существенно замедляется, если кристалл повёрнут к электролиту «не той» стороной.

Частичное решение этой проблемы Кан и Седер также предложили сразу – измельчить кристаллы так, чтобы увеличить площадь контакта с электролитом и шансы на правильную ориентацию. Изготовление электрода из наночастиц LiFePO4 размером примерно по 50 нм действительно увеличило мощность – но не на порядки.

Теперь специалисты из MIT наконец решили проблему кардинальным образом.

По их собственным словам,

они окружили каждую из наночастиц своего рода молекулярным «конвейером», который без конца мотает ионы Li + вокруг кристаллов LiFePO4, и стоит иону оказаться у нужной кристаллической поверхности, как он тут же проваливается внутрь.

Этот «конвейер» – стеклообразный пирофосфат лития Li4P2O7, который слоем толщиной всего около 5 нм покрывает поверхность наночастиц литий-железа фосфата. Стеклообразный, конечно, не в том смысле, что из него можно делать линзы и пивные кружки, а в том, что это вещество не образует чёткой кристаллической структуры. В таком стеклянном контейнере ионы лития приобретают превосходную подвижность и очень быстро оказываются над нужной гранью LiFePO4.

Элементы питания, созданные с помощью таких наночастиц со стеклянным покрытием, оказались способны хранить электроэнергию настолько хорошо, насколько позволяет теория, с удельной ёмкостью около 166 мА•ч на грамм материала. Иначе говоря, стандартный телефонный аккумулятор ёмкостью 1,5 тысячи мА•ч должен весить меньше 10 граммов.

Но главное – новые аккумуляторы почти не теряют своих способностей при сверхвысокой скорости зарядки и разрядки.

Наноусики продлили жизнь ноутбукам

Даже в безумном по современным представлениям режиме 400 циклов в час, при котором полный заряд и разряд занимают всего 9 секунд, аккумулятор Седера и Кана способен хранить более 60 мА•ч на грамм своего веса. При этом новые батареи не теряют чудесных способностей при многократных циклах разрядки/зарядки, не портятся от пере- и недозарядки, а по своей термической стабильности даже лучше тех, что в ходу сегодня. Так что никаких взрывающихся и перегревающихся батарей в ноутбуках не предвидится.

Правда, у новой технологии есть одно слабое место – ни зарядные устройства, ни обычная квартирная проводка просто не рассчитаны на токи, которые потребуются новым батареям.

Зарядка аккумулятора на 1500 мА•ч за 9 секунд требует тока в 600А. Чтобы проводить ток в 600 ампер, нужен толстый провод, никак не похожий на тонкие жилки современных зарядных устройств. Поскольку зарядка идёт при напряжении около 4 В, то в течение 9 секунд ваш телефон будет потреблять 2,4 кВт электроэнергии. Это мощность хорошего электрического чайника – задача не для тонкого провода.

Но если мощность чайника сеть в большинстве случаев ещё выдержит, то попытка быстро подзарядить аккумулятор для ноутбука на 6000 мА•ч при напряжении 15 В выльется в потребление 36 кВт электроэнергии и, скорее всего, оставит без света весь ваш дом. О подзарядке аккумуляторов для автомобилей, тем более гибридных, лучше и не заикаться.

Тем не менее никто не заставляет испытывать пределы новой технологии быстрой зарядки. Большинство из нас, скорее всего, удовлетворит и менее экстремальный режим. Ну а о проводке пусть болит голова у тех, кому нужна максимальная мощность. Об аккумуляторах за них подумали Жербран Седер и Кан Бён У.

Зарядить за 30 секунд. Технологический прорыв от Ейши Кхаре (Eesha Khare)

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Nissan Leaf – это рекордсмен среди электромобилей по скорости зарядки аккумуляторов. Специальные технологии, разработанные для него, позволяют осуществить этот процесс всего за полчаса. Подобный прорыв произошел недавно и в области батарей для мобильных телефонов. Техническое новшество, созданной Ейшей Кхаре, уменьшит время зарядки в сотни раз.

Юная американская школьница создала новый тип аккумуляторов, основанный на суперконденсаторе с высокой плотностью размещения данных. Благодаря предельно компактным размерам, он может легко поместиться в стандартной батарее любого современного мобильного телефона и выдерживает 100 тысяч циклов (в сто раз больше, чем обычные элементы питания).

Использование данного конденсатора позволит заряжать аккумуляторы телефона всего за 20-30 секунд, а это меньше, чем нужно времени для разогрева блюда в микроволновой печи. Сложно даже поверить в эти цифры, но, тем не менее, технология от Ейши Кхаре, действительно, работает, и ею уже заинтересовались крупнейшие производители мобильных телефонов в мире.

Так что следует ожидать, что в ближайшем времени появятся смартфоны с аккумуляторами, зарядить которые можно будет быстрее, чем почистить зубы.

Ейша Кхаре за свое изобретение уже получила премию от корпорации Intel, составляющую 50 тысяч американских долларов. Ведь именно в рамках международного конкурса Intel Foundation Young Scientist Award и стало известно об этой многообещающей разработке.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Аккумулятор заряжен? Как просто проверить?

Не успела наступить зима, как что-то стало не так с хорошо работающим последние пару-тройку лет аккумулятором. Чувствуется как он напрягается из последних сил, пытаясь оживить промороженную маши н ку. И это при десяти десяти градусах мороза, то ли еще будет при двадцати, как обещали этой зимой? Как узнать не пора ли с аккумулятором что-то делать, чтобы не остаться один на один с холодной машиной зимой?

Многие глядя под капот задаются вопросом: Как проверить заряжен ли аккумулятор? Есть старый дедовский способ, о котором чуть ли не каждый номер журнала “За рулем” писал. Покупаем в магазине ареометр. Это такая трубка стеклянная с грушей и поплавком, которую нужно совать в аккумулятор и поплавок должен показать заряжен ли наш друг.

Ареометры разные, поплавок должен показывать степень заряженности аккумулятора

Ареометр действует по принципу измерения плотности электролита, грушей набираем электролит из аккумулятора, а поплавок тонет или всплывает в зависимости от плотности. На поплавке – шкала, показывающая плотность и соответствующую ей степень заряженности. Где-то там была еще и таблица, которая вносила поправки в показания, если температура в момент измерения отличается от 25 градусов Цельсия. Самый точный способ определения емкости, и к тому же самый правильный.

Внимательно осматриваем аккумулятор. Чтобы его лучше рассмотреть я даже принес аккумулятор домой. И так, смотрим и удивляемся, и куда тут чего? По большому счету большинство современных аккумуляторов считаются необслуживаемыми. (Необслуживаемый это значит первые два-три года с ним ничего не нужно делать, а когда нужно будет, проще выкинуть и купить новый) А для визуальной проверки заряженности есть даже некий глазок. У меня почему-то ничего через него не видно.

У необслуживаемых аккумуляторов считается, что все запаяно и заклеено, но мы-то с вами понимаем, что на заводе куда-то должны были заливать электролит в этот стандартный кислотный аккумулятор. Смотрим внимательно и видим, что отверстия все-таки есть, достаточно выкрутить при помощи монетки и можно проверять. Но мы не будем его проверять ареометром. Во-первых, там в аккумуляторе кислота, и очень неприятно будет, если она попадет, например, на палец. А во-вторых, понять степень заряда 12-ти вольтового аккумулятора можно просто померив напряжение на его клеммах и не пачкаясь кислотой. Метод конечно менее точный, зато пачкаться не нужно.

Только здесь два нюанса. Напряжение нужно мерить через несколько часов после последней поездки (зарядки), чтобы все химические процессы успокоились. Если померить сразу, то аккумулятор будет всегда показывать очень хороший результат. Мерить нужно цифровым вольтметром, который показывает десятые, а еще лучше сотые доли вольта. Конечно, если вы большой любитель автомобильных аккумуляторов, то можете воспользоваться первым вариантом, с кислотой и грушами, но я предпочитаю второй. К тому же у меня брелок от сигнализации показывает напряжение на аккумуляторе, поройтесь в инструкции к своей машине, может быть у вас есть нечто подобное.

Итак: таблица напряжений заряженного аккумулятора

Напряжение вольт Состояние
12,6 и более 100%
12,5 90%
12,42 80%
12,32 70%
12,20 60%
12,06 50%
11,9 40%
11,75 30%
11,58 20%
11,31 10%
10,5 0%

Что хорошо, что температура воздуха практически не влияет на напряжение. Т.е. на морозе напряжение буде чуть меньше, но не сильно. Однако отрицательная температура очень даже сильно влияет на возможность аккумулятора отдать свою емкость. Смотрим на таблицу.

Приблизительная зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающего воздуха

Температура Воздуха в градусах Цельсия Емкость
25 100%
20 95%
10 90%
0 85%
-10 70%
-20 50%
-30 40%

Если аккумулятор заряжен на 100% при 25 градусах цельсия, то чем ниже температура, тем меньше он может отдать своей емкости. Но если аккумулятор разряжен, скажем на 50%, то при понижении температуры до -20, завести машину можно будет только вызвав помощь друга. Да и разряженный аккумулятор может просто замерзнуть, превратившись в ледяной боченок. Конечно можно его оттаить, а потом попытаться зарядить, но как потом будет это все работать- известно. Плохо будет работать, если вообще будет. Так что лучше да такого не доводить.

И при каком напряжении уже нужно аккумулятор зарядить? Ответ дает производитель автомобилей. В некоторых особо продвинутых машинках, если напряжение аккумулятора падает ниже 12 вольт, например до 11,9 , что по согласно первой таблице – 40% емкости, то машина выдает на бортовом компьютере “Аккумулятор разряжен”. У меня, к примеру, она начинает противно блямкать при каждом открытии дверцы, мол, хозяин, скорее заряжай меня, скоро смерть моя придет. Конечно производитель перестраховывается и на таком разраженном аккумуляторе можно еще ездить, но лучше все-таки не дожидаясь мороза в 20 градусов нести аккумулятор на зарядку в теплое помещение.

Заряжаем аккумулятор при помощи автоматического зарядного устройства.

А в теплое, чтобы аккумулятор взял всю возможную емкость, а не сколько, сколько указано в таблице.
Зарядник должен быть полностью автоматическим, чтобы как раз и не носиться с ареометрами для выявления степени заряда/разряда. У меня осталась еще со старых времен и работает прекрасно, зяряжает даже 70A аккумулятор, хотя в инструкции написано, что работает для 55-60 амперных.

А можно ли подзарядить аккумулятор на холостом ходу, чтобы не таскать эти 15-19 килограммов? Подзар я дить конечно можно, вопрос сколько нужно гонять машинку на холостом ходу. Это время зависит от многих факторов. Но кроме эмпирических доводов, давайте обратимся к цифрам. Автомобильный генератор выдает до 80 Ампер при максимальных оборотах около 5000 оборотов. На холостом ходу генератор будет выдавать около 30-40 ампер. Много это или мало? Все зависит от потребителей. Если схема зажигания берет около 20 ампер, фары еще 20, обогрев стекла 15. Конечно чуть меньше, поскольку мы смотрим по величине предохранителей.

Но все равно мы видим, что даже при отключенных потребителях почти весь ток, который вырабатывает генератор, будет уходить на поддержание работы машины, и на заряд аккумулятора останется всего ничего, хорошо, если ампер 10. Таким током разряженный 60 амперный аккумулятор будет заряжаться порядка 6 часов и то, если аккумулятор будет принимать заряд, мы помним, что на морозе емкость аккумулятора резко уменьшается. Вот и ответ. А если вспомнить, что стартер сразу берет 150-200 ампер, а может и до 500 ампер в сильно заторможенно-промороженном варианте, то лишний раз запускать двигатель для “подзарядки” аккумулятора вообще не стоит. Лучше уж отнести разряженный аккумулятор заряжаться туда где тепло и ему будет хорошо.

Сколько нужно ездить, чтобы аккумулятор заряжался? Если у вас короткие поездки, скажем меньше часа, да еще по городу, где вы больше стоите в пробках на холостом или близком к холостому ходу, когда мы “медленно стоим” режиме, то аккумулятор в таком варианте будет постепенно разряжаться. И через пару-тройку месяцев, даже полностью исправный аккумулятор нужно будет заряжать. Зимой проблема усугубляется тем, что при коротких поездках холодный аккумулятор не прогревается и просто не может взять заряд. Летом, когда аккумулятор теплый, подзаряд начинается сразу же после начала поездки, что явно положительно влияет на возможность завести двигатель.

Выводы простые:
Во-первых, пока не заведен двигатель, лучше не включать дополнительные потребители энергии дабы сэкономить заряд аккумулятора. К примеру в моей машинке была такая функция как “Вежливый свет”, когда после постановки не сигнализацию, еще секунд 15 машина услужливо подсвечивала мне ближним светом дабы я не шел домой в темноте. Ага, а стоит она обычно мордой к забору, и вежливо так в забор светит. А с учетом того, что у меня для отключения этой фичи нужно было специально ехать на сервис и программировать автомобильные мозги, то аккумулятор эта штука сажала мне хорошо, пока я ее не отключил.
Во-вторых, меньше коротких поездок, мало того, что при этом расход бензина бешеный, так еще и аккумулятор садится. Но это уж как получится.
В-третьих контролировать напряжение на аккумуляторе. И если оно упало ниже 12 вольт, то не раздумывая нести заряжать аккумулятор. А если ему года три и более, и раньше он работал нормально, то либо что-то в машине подтерлось и замыкает, либо поездки короткие, а то может быть и менять пора, сейчас стоит это не так дорого.

Самые надежные плошадки для торговли бинарными опционами:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место! Самый лучший брокер бинарных опционов за несколько лет! Бесплатное обучение трейдингу для новичков + демо счет. Дают бонусы за регистрацию счета:

Добавить комментарий