Новый виток развития литиево-воздушных батарей

Проектные разработки батарей, работающих на литии и кислороде, велись ещё в семидесятых годах прошлого столетия. Эти источники питания рассматривались как перспектива развития электроавтомобилестроения, ведь их отличительной особенностью является повышенная плотность энергии.

В этих источниках питания анод из лития взаимодействует с кислородом, содержащимся в атмосфере, в процессе чего литий подвергается окислению, образуются электроны и ионы. Ионы переходят через электролит на катод, изготовленный из пористого углерода, электроны же переходят во внешнюю цепь и преобразуются в электроэнергию. При этом окислитель находится снаружи устройства, а литий – это металл с низкой плотностью. За счет этого батарея сможет, теоретически, сравняться по мощность с двигателем внутреннего сгорания. Автомобиль на литий-воздушной батарее мог бы проехать 800 километров без подзарядки.

Однако, на практике стройная теория сталкивается с рядом препятствий. Прежде всего – батареи данного типа недолговечны. Из возможно зарядить-разрядить всего несколько раз. Но в настоящее время ученые из Кембриджа дополнили батарею несколькими новациями. Они применяли в качестве электролита диметоксиэтиан, являющийся органическим растворителем, и добавили в него йодид лития. На катоде оседает гидроксид лития, он полностью разлагается, когда аккумулятор помещается на зарядку. Тем самым устройство не засоряется отработанными продуктами. При этом литий с таким электролитом не проявляет высокой реационности, поэтому анод не выходит из строя раньше времени. В качестве катода здесь использовался высокопористый графен, он увеличивает ёмкость.

К сожалению, это ещё не все проблемы. К примеру, оседание на аноде волокон лития устранить пока не удалось, а ведь это ведет к взрыву аккумулятора. К тому же, свежая разработка может эксплуатироваться не в воздушной атмосфере, а исключительно в кислороде.

Новая батарея выдерживает в районе 2 тысяч циклов зарядки-разрядки, а её эффективность в процессе использования падает незначительно, примерно к отметке 93%. Разработка является перспективной ещё и потому, что ёмкость её гораздо выше, чем те же батареи Тесла.

Метан органического происхождения – перспективный источник энергии

Экскременты, производимые животными и людьми – источник метана. Этот газ связывают с процессом глобального потепления на планете. Однако, его можно направить в благое русло – на выработку тепловой и электрической энергии для нужд человека, ведь его КПД не уступает природному газу.

Две группы исследователей – из Кембриджа и из Сан-Франциско занимаются проблемой утилизации собачьего кала, являющегося проблемой при городском выгуле домашних животных. Разработки предполагают, что убранные в пакет отходы помещаются в специальные устройства-реакторы, которые вырабатывают энергию, направляемую, например, на уличное освещение.

В штате Пенсильвания на животноводческих фермах проводит исследование группа ученых, работающих над проблемой утилизации навоза домашнего скота. 600 коров за 24 часа производит семьдесят тонн навоза, и если направить его на переработку, то фермерское хозяйство сэкономит на электричестве порядка 60 тысяч долларов за год. Известная корпорация «Hewlett-Packard» предлагает проект по сдаче в аренду фермерских установок по переработке метана интернет-провайдерам, чтобы потреблять выработанную энергию для компьютерной техники.

В Австралии умельцами был сконструирован Фольксваген-жук, он работает на метане, получаемом при очистке сточных вод. В Британии специалисты компании «WessexWater» подсчитали, что отходы семидесяти домохозяйств содержат количество метана, достаточное для езды автомобиля на расстояние 16 000 километров.

Инженеры из университета Гериот-Ватт занимаются разработкой первой в мире батареи, работающей на моче. Эту технологию можно будет применить в космической отрасли, а также в военной. Ведь мочевина – это вещество, богатое азотом.

Применение комбинированных ВИЭ в освещении

Наружное освещение – непростая задача, связанная с высокой материалоёмкостью и низкой надежностью. На современном этапе развития многие ученые являются сторонниками использования возобновляемых источников энергии при освещении. Одно из перспективных достижений отрасти – светоосветительные приборы, использующие сразу два источника ВИЭ: свет и ветер.

Источником света в осветительных приборах, работающих на ВИЭ, являются светодиоды. А в качестве источника питания используется фотоэлектрическая солнечная батарея на гетероструктурных модулях и ветрогенератор. Та часть устройства, которая производит электроэнергию, состоит из 1 или 2 солнечных батарей, а запускают электрогенератор с уже встроенными выпрямителями небольшие ветротурбины.

Иностранные и отечественные компании заняты разработкой мероприятий, направленных на энергосбережение и повышение энергоэффективности. Универсальным решением считаются следующие шаги:

- повсеместное внедрение люминесцентных и светодиодных ламп вместо ламп накаливания;

- переход на светоприборы с люминесцентными лампами нового поколения, обладающими высокой светоотдачей – более 105 люменов на Ватт;

- применение в техникедля освещения электронных, а не электромагнитных пускорегуляторов;

- внедрение в повсеместное использование автоматических систем управления освещением, которые учитывают естественную освещенность.

Сейчас производство приборов освещения на солнечных и ветровых генераторах уже приобретает массовых характер. Лидерами в этой отрасли являются, безусловно, корпорация DURALED, концерн Рhilips и другие. Их световые приборы сочетают в себе доступную цену, высокую производительность в люменах и долговечность. А возможность адаптироваться к естественному освещению удешевляет применяемые технологии в разы. Эти фонари при отсутствии света также способны изменять своё положение и работать как ветрогенератор.

Комбинированные осветительные приборы для наружного применения – наиболее перспективное направление этой области энергетики ВИЭ. Ведь отсутствие достаточного освещения не станет препятствием для выработки электричества. Кроме того, переход от разрядных ламп на полупроводники позволит решит и проблему утилизации.

Сахар как источник электрической энергии

Автомобиль, работающий на сахаре – вовсе не фантастика, а вполне возможный вариант развития технологий. Ведь сахар способен выступить отличным топливом автомобилю или гаджетам. Группа специалистов Виргинского института занимаются проектом по выработке энергии из сахара и водорода.

Предполагается получать водород из сахара и использовать в качестве источника электроэнергии. Такой топливный элемент – дешевый и экологически чистый источник электричества.

В ходе экспериментов исследователи растворяют в воде сахар, а также тринадцать специально подобранных ферментов и помещают раствор в реактор, который и вырабатывает водород. После чего водород закачивается в батарею, а далее - используется выработки электричества. Конечно, сахарные батареи для электрокаров – это отдаленная перспектива, а вот в качестве зарядки для ноутбуков, смартфонов – это вполне доступная идея для воплощения.