• benchmark.pl
  • Ciekawostki
  • Skonstruowano baterie alkaliczno–chlorowe. Sprawdź jak zmienią Twój telefon i resztę elektroniki
Ciekawostki

Skonstruowano baterie alkaliczno–chlorowe. Sprawdź jak zmienią Twój telefon i resztę elektroniki

przeczytasz w 3 min.

Naukowcom udało się skonstruować nowe, ładowalne baterie alkaliczno–chlorowe. Są one sześciokrotnie bardziej pojemne, niż baterie w naszych telefonach i laptopach. Jak działają i czy spowodują, że samochód elektryczny zyska przyzwoite zasięgi?

Technologia Li-Ion jest od trzydziestu lat niekwestionowanym królem baterii do telefonów i laptopów. Wykorzystujemy ją w elektronarzędziach i wszelkiej elektronice, której nie chcemy przywiązywać do gniazdek elektrycznych.Wystarczy jednak wyposażyć samochód elektryczny w lekką, pojemną i ładującą się całkiem szybko baterię litowo–jonową, a wiele jej zalet staje się względnych. Szybkie ładowanie zaczyna być niewystarczająco szybkie, a pojemność pozostawia sporo do życzenia. Opracowne przez międzynarodowy zespół naukowców baterie alkaliczno-chlorowe mogą ten stan rzeczy zmienić. W czym są lepsze i jak powstały?

Dlaczego baterie alkaliczno–chlorowe to nie do końca baterie?

Żeby zrozumieć, jak dużym przełomem są baterie alkaliczno-chlorowe, powinniśmy pamiętać, że są one akumulatorami. Tak samo jak baterie, których używamy w telefonach i laptopach. W języku potocznym często te terminy mieszamy, ale baterie są tylko jednorazowymi magazynami pamięci, które po wyczerpaniu nie są możliwe do ponownego napełnienia. Akumulatory możemy rozładować i naładować w wielu cyklach. Chociaż to duża różnica, to w artykule terminy te bywają używane wymiennie i jest to zamierzone.

Skąd pomysł na baterie alkaliczno–chlorowe?

Możliwości magazynowania energii z wykorzystaniem chloru interesują naukowców od dziesięcioleci. Pierwiastek ten tworzy całkiem dobre warunki do przechowywania i uwalniania ładunków elektrycznych. Niestety, w porównaniu z wieloma kolegami z tablicy Mendelejewa jest też dość szybki i trochę za bardzo zwariowany w swoich reakcjach. Jako lokator baterii jednorazowych jest do opanowania, ale jego kandydatury na mieszkańca akumulatora zazwyczaj kończą się szybką dyskwalifikacją.

Badacze z Uniwersytetu Stanford także nie planowano umieszczać go w akumulatorze. Szukali rozwiązań dla swojej baterii jednorazowej. W trakcie wstępnych testów zauważyli jednak coś zaskakującego. Konwersja chlorku sodu do chloru na pewnym etapie przebiegała stabilnie. Identycznie działo się, jeśli w miejscu chlorku sodu stosowano chlorek litu. Przyłapanie na tym chloru oznaczało, że można nad nim zapanować na tyle, aby przydawał się w akumulatorach.

Hongjie Dai szef zespołu pracującego nad bateriami alkaiczno-chlorowymi Prof. Hongjie Dai. Szef zespołu, który opracował baterie chlorowo-alkaliczną. Źródło: Le Cicero za Uniwersytetem Stanford

Przez kilka lat była to tylko hipoteza, bowiem konstrukcja baterii lub akumulatora, to zupełnie co innego, niż odizolowane pierwiastki w laboratorium. Największym problemem okazał się wybór materiału na elektrodę dodatnią. Od niego zależy pojemność akumulatora, ale nie może on wpływać w niepożądany sposób na proces chemiczny.

Odpowiedni materiał znalazł się na Tajwanie. Naukowcy z tamtejszego Narodowego Uniwersytetu Chung Cheng opracowali porowaty materiał węglowy, który wspiera kontrolę nad konwersją chloru. Zbudowana z niego elektroda jest pełna maleńkich dołków, które zatrzymują molekuły chloru. Materiał staje się tym samym zbiorem probówek, w których chlor może oczekiwać na związanie z sodem.

Jak działa bateria alkaliczno – chlorowa?

Kiedy bateria jest ładowana, chlorek sodu przechodzi konwersję do chloru (Na/Cl2). Sód zostaje wytrącony, a chlor pozostaje uwięziony w porach elektrody węglowej. W momencie rozładowywania baterii chlor ma opcję połączenia tylko z cząsteczkami sodu, co też czyni. W ten sposób ponownie powstaje chlorek sodu, a bateria staje się możliwa do ponownego załadowania. Procesy te można powtarzać i są bardzo wydajne.

Aktualnie naukowcom udało się skonstruować prototyp, który osiąga pojemność 1 200 mAh/g elektrody dodatniej i zastosować cykl ładowania oraz rozładowyania 200 razy. Używane powszechnie akumulatory litowo-jonowe są w stanie pomieścić zaledwie 200 mAh/g elektrody dodatniej. Ilość cykli ładowań naszych baterii telefonicznych jest większa, ale prototyp można udoskonalać. Jego twórcy są przekonani, że możliwe zwiększenie jego rozmiarów i żywotności.

bateria alkaiczno-chlorowaŚwiatło LED zasilane przez prototyp akumulatora alkaliczno-chlorowego. Żródło: Guanzhou Zhu, Uniwersytet Stanford

Do czego baterie alkaliczno–chlorowe mogą się przydać?

W aktualnej formie akumulator alkaliczno–chlorowy mógłby podłużyć do niewymagającej elektroniki. Wszystkie urządzenia, które wyposażamy w jednorazowe baterie (zegarki, kalkulatory, piloty) moglibyśmy już teraz zasilać bateriami alkaiczno – chlorowymi i nie tylko używać dużo dłużej, ale także uzupełniać w energię sieciową.

Naukowcy mierzą jednak wyżej. Ich marzeniem jest umieszczenie baterii w satelitach. Choć wydaje się to bardzo oderwane od rzeczywistości, to jest planem bardzo praktycznym. Satelity potrzebują akumulatorów, które są bardziej pojemne i żywotne, niż obecnie.

Komercyjnie największy potencjał to jednak elektronika użytkowa i samochody elektryczne. Wszędzie, gdzie częste ładowanie baterii nie jest wygodne lub możliwe, nowe rozwiązanie wydaje się wrecz bombowe. Samochody z baterią alkaiczno –chlorową pojechałyby sześć razy dalej, niż obecnie produkowane modele elektryczne. Współczesne telefony z takim rozwiązaniem moglibyśmy ładować średnio raz w tygodniu.

Jakie wady mają baterie alkaliczno – chlorowe?

Wszystkie możliwe zastosowania są bardzo praktyczne, ale nowe akumulatory są przede wszystkim projektem badawczym. Chociaż ma on dobre wyniki, to jego komercjalizacja wymaga jeszcze mnóstwa pracy. Może też zaskoczyć w wielu kwestiach i to nie zawsze pozytywnie.

Naukowcy ze Stanford twierdzą, że baterie alkaliczno-chlorowe sa tym, czego potrzebują nasze telefony, żeby ładować je rzadziej. Producenci telefonów mogą uważać, że bardziej przydadzą się nam nowe funkcje. Codzienne ładowanie i tak jest przecież wystarczająco user friendly. Niby też fajnie, ale będziemy zużywać więcej energii.

Nikt też jeszcze nie zastanowił się, co się stanie, jeśli nowe baterie będą elektrośmieciem. Gdyby przyczyniły się do upowszechnienia samochodów elektrycznych, może być to dużo większa i bardziej kłopotliwa kolekcja, niż ta, którą utworzyliśmy z baterii Lli-Ion.

Źródła: Stanford News, abstrakt artykułu "Rechargeable Na/Cl2 and Li/Cl2 batteries" dostępnego w Nature z 25 sierpnia 2021 r. 

Komentarze

46
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    DeviLevi
    31
    Która to już prototypowa bateria jakoś nadal żadna nie została masowo produkowana :(
    • avatar
      zack24
      12
      Artykuł przetłumaczony automatycznie, bez zrozumienia i bez korekty. Wyszedł z tego bełkot, dla półgłówków, a nie artykuł objaśniający nowość technologiczną. Wstyd.

      Lester77 już to opisał, nie ma sensu się powtarzać, chociaż: bateria to zespół/zestaw ogniw (w tym przypadku). Można mieć baterię akumulatorów.
      • avatar
        lester77
        11
        Miałem to skomentować z rozwinięciem, ale komentarz byłby dłuższy i bardziej merytoryczny niż artykuł. Zatem krótko - zbiór mniejszych i większych bzdur i błędów przepisanych bez elementarnego zrozumienia tematu, wymieszane razem z ciekawym (tematycznie) zagadnieniem. Dla przykładu:
        - NaCl2 - nie istnieje;
        - konwersja chlorku sodu do chloru - przemiana atomowa sodu w chlor?
        - akumulator i bateria - definicja w artykule jest myląca;
        - liczne błędy po redakcji tekstu (formy, końcówki, jedno zdanie w ogóle bez sensu itd.)

        I poglądowe zdjęcie z miernikiem, który jest nastawiony na pomiar prądu (mA) na złączu napięciowym, na domiar wszystkiego dioda się świeci choć chyba nie powinna.
        https://ph-test-11.slatic.net/p/0753afa66ced78661f9c4d852ac6e956.jpg
        Prototypowy akumulator też wygląda zbyt seryjnie (widać typowe, choć nieczytelne, napisy jak na bateriach monetowych).

        Jakoś nie wierzę, żebyśmy dostali urządzenia pracujące 10x dłużej, raczej będą lżejsze przez mniejsze rozmiarowo i wagowo ogniwa, przy zachowaniu minimalnej akceptowalnej pojemności. Dopiero co kilka dni temu czytałem o kolejnym postępie w akumulatorach jonowo-sodowych - dorównały pojemnością Li-ion. Robi się ciekawie.
        • avatar
          Kenjiro
          9
          Błagam, nie "alkaiczno", ale "alkaLiczno".
          No i link by się przydał:
          https://news.stanford.edu/2021/08/25/researchers-make-alkali-metal-chlorine-batteries-rechargeable/
          • avatar
            Raider0001
            8
            na wykopie jest takie wykop-binogo o bateriach... rewolucja jest co pare dni ale jakoś lipa w praktyce
            • avatar
              kitamo
              3
              "y, ale baterie są tylko jednorazowymi magazynami pamięci,"

              ze co?

              Pani Kasi to my juz podziekujemy.
              Dalsza czesc tego tekstu to jakis losowy google translator z rosyjskiego chyba.
              Bledy merytoryczne, bledy w nazwach i zdania napisane totalnie niewiadomo po co bo sa bez ładu i składu.

              "W języku potocznym często te terminy mieszamy, ale baterie są tylko jednorazowymi magazynami pamięci, które po wyczerpaniu nie są możliwe do ponownego napełnienia. Akumulatory możemy rozładować i naładować w wielu cyklach. Chociaż to duża różnica, to w artykule terminy te bywają używane wymiennie i jest to zamierzone."

              Bzdura. Proponuje dowiedziec sie jeszcze raz co to jest bateria, akumulator i ogniwo.

              "Badacze z Uniwersytetu Stanford także nie planowano umieszczać go w akumulatorze."
              Ze co? badaczy chcieli umieszczac w akumulatorach?

              "można nad nim zapanować na tyle, aby przydawał się w akumulatorach."

              Co robił? w czym?

              "W momencie rozładowywania baterii chlor ma opcję połączenia tylko z cząsteczkami sodu"
              nie nie ma opcji - chlor ma możliwośc lub może.

              "akumulator alkaliczno–chlorowy mógłby podłużyć do niewymagającej elektroniki"

              podłużanie to ciekawa opcja ale wymaga doprecyzowania co autorka chce podłużać. (brzmi ciekawie).

              "moglibyśmy już teraz zasilać bateriami alkaiczno – chlorowymi "
              jakimi?

              "i nie tylko używać dużo dłużej, ale także uzupełniać w energię sieciową."
              Ze co??

              "a bateria staje się możliwa do ponownego załadowania."
              Naładowanie baterii, ładowanie i załadowanie baterii to są 3 rózne czynności.

              "Satelity potrzebują akumulatorów, które są bardziej pojemne i żywotne, niż obecnie."

              niż obecne.

              " Jego twórcy są przekonani, że możliwe zwiększenie jego rozmiarów i żywotności."
              możliwe "jest".
              • avatar
                kamishi
                2
                To by był przełom. Na co dzień przez cały rok jeżdżę rowerem elektrycznym. Co drugi dzień podpinam go do fotowoltaiki, by go naładować. Zmiana baterii na alkaiczno-chlorowe nie dość, że spowodują rzadszy obowiązek ładowania, to w bonusie będę mógł przejechać nie 60, a znacznie dalej.
                • avatar
                  miensn
                  2
                  średnio co 6 miesięcy czytam o innowacyjnych bateriach jaka to rewolucja bedzie ale jakoś jeszcze nic nie zostało wprowadzone!....
                  • avatar
                    Aquaform
                    1
                    @KasiaRutkowska

                    Nie ma baterii litowo-jonowych.

                    Idź pisać na pudelka a nie na portalu technologicznym.
                    • avatar
                      Janusz1234
                      1
                      Ciekawe jaki wpływ na środowisko będzie miała utylizacja tego.
                      • avatar
                        fujiyama
                        1
                        Nie ma co narzekać na rozwój baterii. Przełomy są i jest ich wiele.
                        Problem w tym, że popyt na baterie jest tak duży, a produkcja nowych typów niewielka, dlatego wiele lat jeszcze będziemy eksploatować baterie litowo-jonowe.
                        Nowe baterie, które znajdują się już blisko fazy produkcyjnej:
                        Battery 4680 - bateria Tesli, która jest 56% tańsza i 15% efektywniejsza od tradycyjnej - produkcja seryjna rozpocznie się w tym roku
                        Baterie typu solid-state - bateria nowego rodzaju opracowywana przez ponad 20 firm i konsorcjów zapewniająca ładowanie do 80% w 10 minut i ponad 30 tys. cykli ładowania. Pierwsze produkty powinny się pojawić w 2022 roku. Na razie jest masa prototypów dla których przygotowuje się fazę produkcyjną.
                        Baterie silikonowe - produkcja seryjna 2023, powstaje pierwsza fabryka w Japonii

                        To tylko kilka przykładów, a jest ich więcej.
                        • avatar
                          Janisz
                          1
                          Litości... Bateria to ZESPÓŁ KILKU np. ogniw, albo sprzężone ze sobą inne urządzenia, np działa (bateria przeciwlotnicza np), a nie POJEDYNCZE OGNIWO! Ludzie... Chociaż redaktorzy mogli by nie mieszać tych pojęć...
                          Akumulatory też mogą być bateriami, akumulator samochodowy to bateria 6 ogniw ołowiowych, a potoczny "paluszek" to OGNIWO jednorazowe. Akumulator w telefonie to najczęściej też OGNIWO, ale ładowalne. Ja rozumiem, że ludzie nietechniczni mogą się w tym nie łapać, ale dlaczego jeszcze dodatkowo ktoś kto powinien się orientować bruździ?..
                          • avatar
                            drseba
                            1
                            Kasiu, podjęłaś ciekawy temat. Niestety po chwili czytania, gdy próbujesz wytłumaczyć różnicę miedzy baterią a akumulatorem odpuszczam...
                            Bateria to np zespół ogniw jakiejkolwiek technologii, ale też bateria dział, czołgów lub chociażby 2 kurki z jednym kranem to też bateria. Jest też bateria akumulatorów.
                            Owszem, w powszechnym języku używamy zamiennie pojęć baterii i akumulatorów, jednak jeśli podejmujesz się tlumaczenia arcy trudnego ;p tematu zrób to rzetelnie! Ogniwo EkektroChemiczne może być wtórne tj akumulator, który może być ładowany tj prosto tłumacząc reakcja jest odwracana - ładowanie (Tesle mają zespół takich ogniw tzn baterię akumulatorów), w "komórce" masz pojedynczy akumulator też błędnie nazywany baterią, do pilota TV wsadzasz (najczęściej) baterię (2szt) aku (ogniwa wtórne - ładowalne) lub baterię ogniw pierwotnych, które po zakończeniu nieodwracalnej reakcji elektrochemicznej wyrzucasz.
                            Nie czytam dalej bo nie muszę znać się na wszystkim, ale wychwytując podstawowe błędy juz na początku, mam prawo wątpić w rzetelność całej reszty... Wolę się ewentualnie nie uwsteczniać.
                            • avatar
                              raffal81
                              1
                              Dawno się tak nie uśmiałem czytając te banialuki ;]
                              • avatar
                                Aquaform
                                -5
                                Jednak technologia grafenowa daje najlepsze rezultaty.
                                • avatar
                                  DarioSocjalista
                                  -6
                                  Tez jestem naukowcem wynazlaca i profesorem. Skonstruowałem podobne baterie Tylko 10000 razy wydajniejsze nirz obecne produkowane ale powiedzielibmo ze nie wprowadza Dj produkcji masowej bo się in nie opyla i musiałem zressfrydhgnowaf z dalszych badań.
                                  • avatar
                                    MrRadeonXT
                                    0
                                    już tyle artykułów na temat nowych baterii czytałem na benchmarku że i tak nie uwierzę
                                    • avatar
                                      Mario2k
                                      0
                                      Od co najmniej ośmiu lat czytam o nowych przełomowych bateriach , widać na razie brak pozwoleńska na wdrożenie takich ogniow co by nie wygaszać zysków z nafty i gazu.
                                      • avatar
                                        duzers
                                        0
                                        Ja o nowych rewolucyjnych bateriach to czytam co roku od 15 lat!
                                        • avatar
                                          piomiq
                                          0
                                          Fajny artykuł (pomimo paru wpadek językowych).
                                          "akumulator alkaliczno–chlorowy mógłby podłużyć"
                                          oczywiście "posłużyć"

                                          "Badacze z Uniwersytetu Stanford także nie planowano umieszczać go w akumulatorze. "
                                          Tu chyba brakło czegoś, bo zdanie wydaje się troszkę nie zrozumiale"
                                          • avatar
                                            Xoczus
                                            0
                                            oho można skreślić w bingo inforamcja o super nowych bateriach :)
                                            • avatar
                                              chotnik2
                                              0
                                              Duza ilosc chloru w samochodach? Idealnie jest to podsumowane w samym tekscie - "nowe rozwiązanie wydaje się wrecz bombowe"