Dalam beberapa tahun terakhir, kita sering mendengar bahwa - dan manusia akan menerima baterai yang dapat memberi daya pada gadget kita selama berminggu-minggu, atau bahkan berbulan-bulan, sementara itu sangat ringkas dan pengisian daya cepat. Tapi semuanya masih ada. Mengapa masih belum muncul baterai yang lebih efisien dan perkembangan seperti apa yang ada di dunia, baca di bawah kucing.
Saat ini, sejumlah startup hampir membuat baterai compact yang aman dengan biaya penyimpanan energi sekitar $ 100 per kWh. Ini akan menyelesaikan masalah pasokan listrik 24/7 dan dalam banyak kasus beralih ke sumber energi terbarukan, dan pada saat yang sama akan mengurangi berat dan biaya kendaraan listrik.
Tetapi semua perkembangan ini sangat lambat mendekati tingkat komersial, yang tidak memungkinkan untuk mempercepat transisi dari mineral ke sumber-sumber terbarukan. Bahkan Elon Musk, yang suka janji-janji yang berani, terpaksa mengakui bahwa divisi otomotifnya secara bertahap meningkatkan baterai lithium-ion, daripada menciptakan teknologi terobosan.
Banyak pengembang percaya bahwa baterai masa depan akan memiliki bentuk, struktur dan komposisi kimia yang sama sekali berbeda dibandingkan dengan lithium-ion, yang dalam dekade terakhir telah menggantikan teknologi lain dari banyak pasar.
Pendiri SolidEnergy Systems Qichao Hu, yang telah mengembangkan baterai logam lithium selama sepuluh tahun (anoda logam daripada yang grafit, seperti pada lithium-ion tradisional), mengatakan masalah utama dengan menciptakan teknologi penyimpanan energi baru adalah , bahwa dengan peningkatan salah satu parameter yang lain memburuk. Selain itu, ada begitu banyak perkembangan saat ini, penulis yang dengan keras mengklaim keunggulan mereka, sehingga sangat sulit bagi startup untuk meyakinkan calon investor dan menarik cukup dana untuk melanjutkan penelitian.
Menurut
laporan dari Lux Research , selama 8-9 tahun terakhir, perusahaan telah menginvestasikan sekitar $ 4 miliar dalam penelitian penyimpanan energi, di mana $ 40 juta telah diperoleh rata-rata oleh startup yang menciptakan "teknologi generasi berikutnya". Pada saat yang sama, Tesla menginvestasikan sekitar $ 5 miliar pada Gigafactory, yang bergerak dalam produksi baterai lithium-ion. Kesenjangan seperti itu sangat sulit dijembatani.
Menurut Gerd Ceder, seorang profesor ilmu material di University of California, Berkeley, menciptakan lini produksi kecil dan menyelesaikan semua masalah produksi untuk mengeluarkan baterai adalah sekitar $ 500 juta. Para pembuat mobil dapat menguji teknologi baterai baru selama bertahun-tahun sebelum memutuskan apakah akan membeli startup yang membuatnya. Sekalipun suatu teknologi baru memasuki pasar, perlu untuk mengatasi periode berbahaya dari peningkatan volume dan menemukan pelanggan. Misalnya, Leyden Energy dan A123 Systems gagal, meskipun menjanjikan produk mereka, karena kebutuhan keuangan lebih tinggi dari perkiraan dan permintaan tidak memenuhi harapan. Dua startup lain, Seeo dan Sakti3, tidak berhasil mencapai volume produksi massal dan tingkat pendapatan yang signifikan dan dibeli dengan jumlah yang jauh lebih kecil dari yang diharapkan oleh investor utama.
Pada saat yang sama, tiga produsen baterai global utama - Samsung, LG dan Panasonic - tidak terlalu tertarik pada inovasi dan perubahan radikal, mereka lebih memilih untuk sedikit meningkatkan produk mereka. Jadi semua startup yang menawarkan teknologi terobosan menghadapi masalah besar yang mereka lebih suka untuk tidak menyebutkan: baterai lithium-ion yang dikembangkan pada akhir 1970-an terus meningkat.
Tapi tetap saja - teknologi apa yang bisa menggantikan baterai lithium-ion yang ada di mana-mana?
Baterai Li-Air yang Dapat Diisi Ulang
Dalam baterai lithium-air, oksigen digunakan sebagai zat pengoksidasi. Secara potensial, mereka bisa menjadi jauh lebih murah dan lebih ringan daripada baterai lithium-ion, dan kapasitas mereka bisa jauh lebih besar dengan ukuran yang sebanding. Masalah utama dari teknologi: kehilangan energi yang signifikan karena disipasi termal selama pengisian (hingga 30%) dan degradasi kapasitansi yang relatif cepat. Tetapi ada harapan bahwa dalam 5-10 tahun masalah ini dapat diselesaikan. Sebagai contoh, tahun lalu jenis baru teknologi lithium-air diperkenalkan -
baterai dengan katoda nanolitik .
Pengisi Daya Bioo
Perangkat ini dalam bentuk
pot khusus untuk tanaman yang menggunakan energi fotosintesis untuk mengisi daya perangkat seluler. Selain itu, sudah tersedia untuk dijual. Perangkat ini dapat menyediakan dua hingga tiga sesi pengisian daya per hari dengan tegangan 3,5 V dan arus 0,5 A. Bahan organik dalam panci berinteraksi dengan air dan produk reaksi fotosintesis, menghasilkan energi yang cukup untuk mengisi daya ponsel cerdas dan tablet.
Bayangkan seluruh rumpun di mana setiap pohon ditanam di atas alat semacam itu, hanya lebih besar dan lebih kuat. Ini akan memungkinkan penyediaan energi "bebas" ke rumah-rumah di sekitarnya dan akan menjadi alasan yang baik untuk melindungi hutan dari deforestasi.
Baterai emas nanowire
Di University of California, Irvine
, baterai nanowire telah
dikembangkan yang dapat menahan lebih dari 200 ribu siklus pengisian daya selama tiga bulan tanpa ada tanda-tanda penurunan kapasitas. Ini akan sangat meningkatkan siklus hidup sistem tenaga dalam sistem misi-kritis dan elektronik konsumen.
Nanokonduktor ribuan kali lebih tipis dari rambut manusia menjanjikan masa depan yang lebih cerah. Dalam perkembangannya, para ilmuwan menggunakan kabel emas dalam cangkang mangan dioksida, yang ditempatkan dalam elektrolit seperti gel. Ini mencegah penghancuran nanoconductor selama setiap siklus pengisian.
Baterai magnesium
Toyota sedang mengerjakan
penggunaan magnesium dalam baterai . Ini memungkinkan Anda membuat modul kecil dan padat yang tidak memerlukan penutup pelindung. Dalam jangka panjang, baterai seperti itu bisa lebih murah dan lebih kompak daripada baterai lithium-ion. Benar, ini tidak akan terjadi segera. Jika itu terjadi.
Baterai dalam kondisi padat
Baterai lithium-ion konvensional menggunakan cairan elektrolit yang mudah terbakar sebagai media untuk mentransfer partikel bermuatan di antara elektroda, secara bertahap mengarah pada degradasi baterai.
Baterai lithium-ion
solid state , yang saat ini dianggap sebagai salah satu yang paling menjanjikan, dicabut dari kekurangan ini. Secara khusus, pengembang Toyota
menerbitkan makalah ilmiah di mana mereka menggambarkan eksperimen mereka dengan konduktor superionik sulfida. Jika mereka berhasil, maka baterai akan dibuat pada tingkat super kapasitor - baterai akan terisi penuh atau habis hanya dalam tujuh menit. Ideal untuk kendaraan listrik. Dan berkat struktur solid-state, baterai seperti itu akan jauh lebih stabil dan lebih aman daripada baterai lithium-ion modern. Kisaran suhu operasi mereka juga akan meningkat - dari –30 hingga +100 derajat Celcius.
Para ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology bekerja sama dengan Samsung juga telah
mengembangkan baterai solid-state yang melampaui baterai lithium-ion modern dalam karakteristik mereka. Mereka lebih aman, konsumsi energi 20-30% lebih tinggi, dan di samping itu, mereka dapat menahan ratusan ribu siklus pengisian ulang. Ya, dan bukan bahaya kebakaran.
Sel bahan bakar
Meningkatkan sel bahan bakar dapat mengarah pada fakta bahwa kami akan mengisi daya ponsel cerdas sekali seminggu, dan drone akan terbang lebih dari satu jam. Para ilmuwan dari Universitas Sains dan Teknologi Pohang (Korea Selatan)
menciptakan sel di mana elemen baja stainless berpori dikombinasikan dengan elektrolit film tipis dan elektroda dengan kapasitas panas minimal. Desainnya ternyata lebih andal dari baterai lithium-ion dan bertahan lebih lama. Ada kemungkinan bahwa pengembangan akan diimplementasikan dalam produk komersial, terutama di smartphone Samsung.
Aki Mobil Graphene
Banyak ahli percaya bahwa masa depan terletak pada baterai graphene.
Graphenano telah mengembangkan baterai
Grabat , yang dapat menyediakan jangkauan listrik hingga 800 km. Pengembang mengklaim bahwa baterai mengisi hanya dalam beberapa menit - kecepatan pengisian / pengosongan 33 kali lebih tinggi daripada lithium-ion. Pembuangan cepat sangat penting untuk memastikan dinamika akselerasi kendaraan listrik yang tinggi.
Kapasitas Grabat 2,3 volt sangat besar: sekitar 1000 Wh / kg. Sebagai perbandingan, sampel baterai lithium-ion terbaik memiliki tingkat 180 Wh / kg.
Mikrofon super dibuat dengan laser
Ilmuwan Rice University telah membuat
kemajuan dalam mengembangkan kapasitor mikro . Salah satu kelemahan utama dari teknologi ini adalah tingginya biaya pembuatan, tetapi penggunaan laser dapat menyebabkan penurunan harga yang signifikan. Elektroda untuk kapasitor adalah potongan laser dari lembaran plastik, yang sangat mengurangi kerumitan produksi. Baterai seperti itu dapat mengisi hingga 50 kali lebih cepat daripada baterai lithium-ion, dan melepaskan lebih cepat dari superkapasitor yang digunakan saat ini. Selain itu, mereka dapat diandalkan, selama percobaan mereka terus bekerja bahkan setelah 10 ribu tikungan.
Baterai natrium-ion
Sekelompok peneliti Perancis dan perusahaan RS2E telah mengembangkan baterai
ion natrium untuk laptop yang menggunakan garam biasa. Prinsip operasi dan proses pembuatan dirahasiakan. Kapasitas baterai 6,5-cm adalah 90 Wh / kg, yang sebanding dengan ion lithium-massa, tetapi dapat menahan tidak lebih dari 2 ribu siklus pengisian daya.
Baterai busa
Tren lain dalam pengembangan teknologi penyimpanan energi adalah penciptaan struktur tiga dimensi. Secara khusus, Prieto telah menciptakan baterai berdasarkan
substrat logam busa (tembaga). Tidak ada elektrolit yang mudah terbakar, baterai seperti itu memiliki sumber daya yang panjang, pengisian daya lebih cepat, kepadatannya lima kali lebih tinggi, dan juga lebih murah dan kurang dari baterai modern. Prieto berharap untuk pertama kali memperkenalkan pengembangannya ke dalam perangkat elektronik yang dapat dipakai, tetapi berpendapat bahwa teknologi tersebut dapat didistribusikan secara lebih luas: digunakan di smartphone, dan bahkan di mobil.
"Nano-kuning telur" berkapasitas tinggi, pengisian cepat
Perkembangan lain dari Massachusetts Institute of Technology adalah
nanopartikel untuk baterai : cangkang berongga yang terbuat dari titanium dioksida, di dalamnya (seperti kuning telur dalam telur) adalah pengisi yang terbuat dari bubuk aluminium, asam sulfat dan titanium oksisulfat. Dimensi pengisi dapat bervariasi secara independen dari cangkang. Penggunaan partikel-partikel tersebut memungkinkan peningkatan tiga kali lipat dalam kapasitas baterai modern, dan durasi pengisian penuh menurun hingga enam menit. Juga, tingkat degradasi baterai telah menurun. Cherry on the cake - biaya produksi rendah dan kemudahan penskalaan.
Baterai ion aluminium ultra-cepat
Di Stanford, mereka mengembangkan
baterai aluminium-ion yang terisi penuh dalam waktu sekitar satu menit. Pada saat yang sama, baterai itu sendiri memiliki fleksibilitas. Masalah utama adalah kapasitas spesifik kira-kira setengah dari baterai lithium-ion. Meskipun, mengingat kecepatan pengisian, ini tidak begitu kritis.
Baterai Alfa - dua minggu di atas air
Jika Fuji Pigment berhasil mengingat
baterai alfa
aluminium-air- nya, maka kami sedang menunggu kemunculan pembawa energi, yang kapasitasnya 40 kali kapasitas lithium-ion. Apalagi baterai diisi ulang dengan
menambahkan air , biasa atau asin. Menurut pengembang, Alfa akan dapat bekerja dengan biaya tunggal hingga dua minggu. Mungkin dulu baterai seperti itu akan muncul pada kendaraan listrik. Bayangkan sebuah pompa bensin yang Anda panggil untuk air.
Baterai yang dapat ditekuk seperti kertas
Jenax telah menciptakan baterai fleksibel
J.Flex yang menyerupai kertas kelas berat. Bahkan bisa dilipat. Selain itu, ia tidak takut air dan karenanya sangat nyaman untuk digunakan dalam pakaian. Atau bayangkan arloji dengan baterai dalam bentuk tali. Teknologi ini akan memungkinkan Anda untuk mengurangi ukuran gadget itu sendiri, dan meningkatkan jumlah energi yang bisa dipakai. Skenario lain adalah penciptaan smartphone dan tablet lipat yang fleksibel. Perlu layar yang lebih besar? Cukup rentangkan gadget yang dilipat menjadi dua.
Menurut pengembang, sampel uji tahan 200 ribu lipatan tanpa kehilangan kapasitas.
Baterai elastis
Perusahaan yang fleksibel bekerja untuk menciptakan pembawa energi yang fleksibel. Dan tim ilmuwan dari Arizona State University melangkah lebih jauh dan dengan bantuan desain mekanik khusus menciptakan baterai
dalam bentuk pita elastis . Ada kemungkinan bahwa ide tersebut akan dikembangkan dan akan memungkinkan untuk membangun baterai dalam pakaian.
Baterai kemih
Pada 2013, Yayasan Bill Gates berinvestasi dalam kelanjutan penelitian di Bristol Robotic Laboratory tentang penciptaan
baterai yang bekerja pada urin . Seluruh trik adalah penggunaan "sel bahan bakar mikroba": mengandung mikroorganisme yang memecah urin dan menghasilkan listrik. Siapa tahu, mungkin pergi ke toilet segera tidak hanya menjadi kebutuhan, tetapi juga kegiatan yang bermanfaat.
Ryden - Baterai Karbon Pengisian Cepat
Pada tahun 2014,
Power Japan Plus mengumumkan rencana untuk produksi baterai berdasarkan bahan karbon. Mereka dapat diproduksi pada peralatan yang sama dengan lithium-ion. Baterai karbon harus bertahan lebih lama dan mengisi daya 20 kali lebih cepat dari baterai lithium-ion. Sumber daya 3 ribu siklus biaya diumumkan.
Baterai organik, hampir tidak ada
Di Harvard,
teknologi baterai organik diciptakan
dengan biaya produksi $ 27 per kWh. Ini 96% lebih murah daripada baterai berbasis logam (sekitar $ 700 per kWh). Penemuan ini menggunakan molekul kuinon yang hampir identik dengan yang terkandung dalam rhubarb. Dalam hal efisiensi, baterai organik tidak kalah dengan baterai tradisional dan dapat ditingkatkan ke ukuran besar tanpa masalah.
Tambahkan saja pasir
Teknologi ini adalah
modernisasi baterai lithium-ion . Alih-alih anoda grafit, University of California di Riverside menggunakan campuran terbakar pasir halus dan hancur (baca kuarsa) dengan garam dan magnesium. Ini memungkinkan untuk meningkatkan kinerja baterai lithium-ion konvensional dan kira-kira tiga kali lipat usia baterai mereka.
Pengisian cepat dan tahan lama
Di Nanyang Technological University (Singapura), mereka
mengembangkan modifikasi sendiri baterai lithium-ion , yang mengisi daya 70% dalam dua menit dan berlangsung 10 kali lebih lama dari baterai lithium-
ion konvensional . Di dalamnya, anoda dibuat bukan dari grafit, tetapi dari zat seperti gel berbasis titanium dioksida - bahan baku yang murah dan tersebar luas.
Baterai nanopore
Di University of Maryland di College Park, mereka menciptakan
struktur nanopori , masing-masing sel berfungsi seperti baterai kecil. Array seperti itu diisi selama 12 menit, tiga kali kapasitas baterai lithium-ion dengan ukuran yang sama dan dapat menahan sekitar 1.000 siklus pengisian daya.
Pembangkitan listrik
Energi kulit
Ini bukan tentang baterai, tetapi tentang cara mendapatkan energi. Secara teoritis, menggunakan energi gesekan dari perangkat yang dapat dipakai (jam tangan, pelacak kebugaran) pada kulit, Anda dapat menghasilkan listrik. Jika teknologinya dapat ditingkatkan secara memadai, maka di masa depan di beberapa gadget baterai akan berfungsi hanya karena Anda memakainya pada tubuh.
Prototipe dari nanogenerator tersebut adalah film emas setebal 50 nanometer, diendapkan pada substrat silikon yang berisi ribuan kaki kecil yang meningkatkan gesekan substrat terhadap kulit. Hasilnya adalah
efek triboelectric .
uBeam - pengisian melalui udara
uBeam adalah konsep penasaran untuk mentransfer energi ke perangkat seluler menggunakan ultrasound. Pengisi daya memancarkan gelombang ultrasonik yang diambil oleh penerima pada gadget dan diubah menjadi listrik. Rupanya, efek piezoelektrik adalah landasan penemuan: penerima beresonansi di bawah pengaruh USG, dan osilasi menghasilkan energi.
Jalur yang sama pergi ke para ilmuwan dari Queen Mary dari University of London. Mereka menciptakan smartphone prototipe yang dikenakan biaya
hanya karena kebisingan eksternal , termasuk dari suara orang-orang.
Storedot
Pengisi daya StoreDot dikembangkan oleh startup yang muncul berdasarkan Universitas Tel Aviv. Sampel lab dapat mengisi baterai Samsung Galaxy 4 dalam 30 detik. Dilaporkan bahwa perangkat ini didasarkan pada semikonduktor organik yang terbuat dari peptida. Pada akhir 2017, baterai saku mulai dijual, mampu mengisi daya smartphone dalam lima menit.
Panel surya transparan
Alcatel telah mengembangkan prototipe panel surya transparan yang ditempatkan di atas layar sehingga ponsel dapat diisi ulang hanya dengan meletakkannya di bawah sinar matahari. Tentu saja, konsep ini tidak ideal dalam hal sudut pandang dan daya pengisian daya. Tapi idenya indah.
Setahun kemudian, pada tahun 2014, Tag Heuer
mengumumkan versi baru telepon pontonnya Tag Heuer Meridiist Infinite, di mana panel surya transparan seharusnya diletakkan di antara kaca luar dan layar itu sendiri. Benar, tidak jelas apakah ini menyangkut produksi.