Какими бы удивительными и совершенными вам не казались современные технологии, все они имеют слабое место. Речь идет об источниках питания и малом времени работы от батарей. Каждый новый релиз балует нас нововведениями. Совершенствуются камеры гаджетов, увеличивается производительность компонентов. Но аккумуляторы остаются практически такими же, какими были годы назад. Большинству пользователей до сих пор приходится заряжать смартфоны каждую ночь, чтобы заряда хватило на день работы. Развитие электромобилей также ограничивается аккумуляторами и доступностью зарядных станций. Очевидно, что так продолжаться не может. Человечеству необходимо как можно быстрее найти выход из тупика. Вот какие альтернативы предлагают ученые.
Суперконденсаторы
Суперконденсаторы (также можно встретить название «ультраконденсаторы») - это устройства, позволяющие накапливать энергию значительно быстрее и с большим числом жизненных циклов, чем у обычных аккумуляторов. Эксперты считают, что именно суперконденсаторы в краткосрочной перспективе помогут решить проблему традиционных батарей.
Эстонский стартап Skeleton Technologies считается лидером в разработке технологии суперконденсаторов. Таави Мадиберк, председатель правления компании, утверждает, что успеха можно добиться, не заменяя литий-ионные батареи, а совмещая их с суперконденсаторами и создавая гибридные структуры. Это не повысит емкость аккумуляторов, но позволит создать долгоживущие батареи, заряжающиеся за считанные секунды.
Аккумуляторный блок из суперконденсаторов и литий-ионных батарей в электромобиле
Суперконденсаторы могут быть перезаряжены в течение 2-3 секунд. Количество же циклов заряд/разряд может достигать одного миллиона. Кроме того, суперконденсаторы защищают саму батарею от скачков напряжения. Если совместить эти элементы с традиционным аккумулятором, срок жизни аккумулятора возрастет примерно на 50%.
По словам Мадиберка, уже сейчас его компания разрабатывает системы, которые позволяют существенно усовершенствовать существующие электромобили.
Твердотельные батареи
Еще одна потенциальная замена традиционным аккумуляторам - твердотельные батареи. В их основе также лежит литий. Твердотельные литиевые батареи обходятся без жидкого электролита. Это делает их потенциально более удобными и безопасными. Кроме того, твердотельные батареи быстрее заряжаются. Это - хорошая новость для рынка электромобилей. Автомобиль на твердотельных литиевых батареях будет вынужден проводить намного меньше времени около зарядных станций, чем его литий-ионные собратья.
Прототип электромобиля, работающего на твердотельных батареях, недавно представили ученые исследовательского центра Toyota. Их машина заряжается с нуля до ста процентов всего за семь минут.
Прототип электромобиля Toyota на твердотельных батареях
Техника без батарей
А можно ли обойтись вообще без батарей? В теории, можно. Для этого необходимо создать гаджеты, энергопотребление которых будет чрезвычайно низким. Подобные разработки уже существуют.
Инженерам Университета Вашингтона удалось из общедоступных компонентов собрать телефон, черпающий энергию из окружающей среды. Источниками служат окружающие радиоволны и миниатюрная солнечная батарейка. Устройство потребляет всего 3,5 микроватта, при этом оно вполне функционально. Но, конечно, ни о каких умных функциях в данном случае речь не идет - перед нами самая простая «звонилка».
Автономный телефон из Университета Вашингтона
Наличие мало-мальски мощного процессора потребует более мощных источников энергии. А об электромобиле, не требующем никакой зарядки, пока можно только мечтать.
Энергия из воздуха
Если мы пока не можем создать очень вместительные и быстрозарядные аккумуляторы, можно попытаться создать систему, которая будет постоянно поддерживать заряд в батареях. Что-то, что будет работать подобно блоку бесперебойного питания, но без кабеля. Речь идет о технологии беспроводной передачи энергии.
Нынешние беспроводные зарядки, которые используются в смартфонах, имеют серьезный недостаток. Чтобы получать энергию, гаджет должен находиться в непосредственной близости к зарядной платформе. Зарядная платформа, в свою очередь, подключена к розетке старым добрым кабелем. Таким образом, технологию можно считать «беспроводной» лишь условно. Мы избавились не столько от кабеля, сколько от разъема. Но чтобы получить настоящую свободу, нужно создать метод беспроводной передачи энергии движущимся объектам. К счастью, и такие разработки уже ведутся.
Не так давно мы рассказывали об эксперименте Стэнфордского университета, в результате которого ученым удалось передать заряд энергии движущемуся светодиоду. В перспективе, эта технология позволит заряжать в движении не только гаджеты, но даже поддерживать заряд электромобилей на ходу.
Энергия человека
В фантастическом фильме «Матрица» машины научились использовать человеческие тела в качестве живых батареек. Конечно, идея о том, что разумные суперкомпьютеры не смогли найти более эффективного источника энергии, кажется немного абсурдной. Но фантастическое допущение фильма строится на вполне реальном научном факте: наши тела, действительно, вырабатывают электроэнергию.
По подсчетам ученых, от одного человека можно запитать около 12 светодиодных лампочек. Это, конечно, совсем немного. Но и гаджеты со временем начинают потреблять меньше электроэнергии. Вполне возможно, что рано или поздно будет разработан смартфон или мини-компьютер, способный получать заряд энергии непосредственно из тела пользователя. Впрочем, пока эта идея также остается фантастической.
