Кремний-воздушная батарея
Кремниево-воздушные батареи — это новая технология производства аккумуляторов, изобретенная группой под руководством профессора Эйн-Эли в рамках Большой энергетической программы Техниона Израильского технологического института Технион .
Технология кремниево-воздушных аккумуляторов основана на использовании электродов из кислорода и кремния . Такие батареи могут быть легкими и устойчивыми как к очень сухим условиям, так и к высокой влажности. Как и другие анодно-воздушные батареи, в частности металло-воздушные батареи , кремниево-воздушные батареи используют в качестве кислород атмосферный катодов ; соответственно, они не включают в свою структуру какие-либо катодные материалы, что позволяет сэкономить на стоимости и весе. [ 1 ] [ 2 ]
при комнатной температуре, Экспериментальные ячейки, использующие ионные жидкие электролиты производили напряжение от 1 до 1,2 вольт при плотности тока 0,3 миллиампер на квадратный сантиметр кремния. [ 3 ]
История
[ редактировать ]Единственный исследовательский отчет, доступный общественности, был сделан его создателем Яир-Эйн-Эли. Эли начал исследования в Технионе – Израильском технологическом институте вместе с Дэвидом Старосветским, аспирантом Гилом Коэном из Техниона, Дигби Макдональдом из Университета штата Пенсильвания и Рикой Хагиварой из Киотского университета . [ 4 ] Аргументы Илая в пользу использования кремния в качестве топливного элемента объясняются его высокой удельной энергией , его большой доступностью в качестве ресурса (кремний занимает восьмое место по распространенности во Вселенной , второе место по количеству в земной коре ), устойчивостью к местам с высокой влажностью, и нетоксичные свойства. [ 5 ] В своих экспериментах они проверяли различные потенциальные энергии и напряжения , используя разные растворы жидкого кислорода. [ 6 ] Результаты экспериментов и теории батареи были опубликованы в Интернете в 2009 году в журнале Electrochemistry Communications . [ 6 ] Это привлекло внимание таких организаций, как DARPA и Пентагон , где в настоящее время работают над военным использованием этой батареи. [ 7 ] Батарея все еще находится на стадии исследования этими организациями и недоступна для коммерческого использования.
Дизайн
[ редактировать ]Источник энергии батареи изготовлен с использованием ионной жидкости, известной как олигофторгидрогенат 1-этил-3-метилимидазолия (EMI·2,3HF·F), классифицированной в статье как ионная жидкость комнатной температуры (RTIL), и пластин, содержащих большое количество кремния. . Пластины действуют как анод (окисление источника топлива), а RTIL действует как электролит , который превращает пластины в полезную энергию. В режиме ожидания RTIL растворяет пластины с низкой скоростью, поскольку нет полупроводника, ускоряющего реакцию. При использовании RTIL будет реагировать быстрее, растворяя кремниевые пластины, которые будут производить энергию для использования в любой электронике. [ 8 ] В аккумуляторе отсутствует встроенный катод, который используется в большинстве аккумуляторов для балансировки заряда анода. [ 4 ] Вместо этого мембрана батареи пропускает через себя кислород из атмосферы и действует как катод.
СПЕКТР
[ редактировать ]( технологию КМОП на основе напряженной колонны, готовую к исчезновению SPECTER ) исследуют DARPA и SRI . Он основан на воздушно-кремниевых батареях с дополнительной особенностью: в оборудовании, где противник должен быть лишен возможности извлечь выгоду из захваченных устройств или получить информацию от таких устройств, батарея SPECTER может реагировать на сигнал об уничтожении путем самоуничтожается вместе с устройством, которое он питает. Это представляет потенциальный интерес для военного применения. [ 9 ] [ 10 ]
Емкость хранилища
[ редактировать ]Емкость аккумулятора сравнима с емкостью алюминиево-воздушной батареи . Удельная энергия кремниево-воздушной батареи оценивается в 8470 Втч/кг, а плотность энергии — около 2109,0 Втч/л. Напряжение аккумулятора 1 – 1,2 В. [ 6 ] Благодаря использованию специальной системы подачи электролита время разряда водных электролитов может достигать более 1000 часов, что позволяет на 100% использовать кремниевый анод. [ 11 ]
Приложения
[ редактировать ]Одной из особенно многообещающих областей применения кремниево-воздушных батарей является питание небольших медицинских устройств, таких как диабетические насосы и слуховые аппараты , в которых утомительная зарядка была бы недостатком. [ 5 ]
Характер кремниево-воздушной батареи также делает ее особенно подходящей для использования во влажном климате, например, в тропических регионах Азии, Америки или Африки.
В настоящее время ведутся исследования по разработке воздушно-кремниевых батарей для повседневного применения. [ 7 ] Примеры включают питание бытовой электроники, такой как ноутбуки и телефоны.
В настоящее время предпринимаются усилия по разработке развертываемых и масштабируемых систем на основе кремниево-воздушной технологии. [ 10 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кремниево-воздушная батарея: непрерывная работа в течение тысяч часов.
- ^ Новая воздушно-кремниевая батарея будет иметь неограниченный срок хранения
- ^ Кон, Гил (2009). «Кремниево-воздушные батареи». Электрохимические коммуникации . 11 (10): 1916–1918. дои : 10.1016/j.elecom.2009.08.015 .
- ^ Jump up to: а б «Воздушно-кремниевая батарея обещает работу в течение тысяч часов – фокус на возобновляемых источниках энергии» . www.renewableenergyfocus.com . Проверено 9 ноября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Тысячи часов работы от батареи, и она еще и зеленая» . Израиль21c . Проверено 20 октября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с Кон, Гил; Старосветский, Дэвид; Хагивара, Рика; Макдональд, Дигби Д.; Эйн-Эли, Яир (01 октября 2009 г.). «Кремниево-воздушные батареи» (PDF) . Электрохимические коммуникации . 11 (10): 1916–1918. дои : 10.1016/j.elecom.2009.08.015 . Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Пентагон стремится создать исчезающую батарею» . США СЕГОДНЯ . Проверено 21 октября 2015 г.
- ^ «Кремниево-воздушная батарея для «исчезающих» электронных систем | SRI International» . www.sri.com . Проверено 21 октября 2015 г.
- ^ «SRI International разработает исчезающую батарею для программы разложения электроники» . www.militaryaerospace.com . Проверено 9 ноября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Саморазрушающаяся электроника и исчезающие аккумуляторы приходят в армию» . Материнская плата . Проверено 9 ноября 2015 г.
- ^ Дурмус, Э; Асланбас, О.; Кайзер, С.; Темпл, Х.; Хаузен, Ф.; де Харт, LGJ; Гранвер, Дж.; Эйн-Эли, Ю.; Эйхель, Р.-А.; Кунгл, Х. (2017). «Длительный разряд, производительность и эффективность первичных кремниево-воздушных элементов со щелочным электролитом». Электрохимия Акта . 225 : 215–224. дои : 10.1016/j.electacta.2016.12.120 .
