Электромобили научат заряжаться за пять минут
Израильский стартап StoreDot заявил, что работает над технологией, которая позволит электромобилям полностью заряжаться всего за пять минут. Технология была анонсирована на конференции ThinkNext, прошедшей в мае в Тель-Авиве. Подробно о планах компании
IEEE Spectrum.
Обычно литиевая батарея состоит из пяти слоев: токосъемной клеммы, идущей к катоду, самого катода, притягивающего положительно заряженные ионы, пропитанного электролитом пористого сепаратора, анода на медной фольге и токосъемной клеммы, подведенной к аноду. Переносчиком заряда в аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку иных материалов, например окислов металлов с образованием химической связи.
При зарядке аккумулятора ионы лития внедряются в кристаллическую решетку оксида металла, еще больше окисляя его и попутно отдавая электроны токосъемной клемме. При разрядке процесс идет в обратном направлении: оксид металла частично восстанавливается, освобождая ионы лития. Если при этом скорость движения ионов в любую сторону превысит допустимый максимум, они слишком быстро внедрятся в оксид металла, и разрушат его кристаллическую решетку, или слишком быстро покинут ее, также приведя к растрескиванию оксида и выходу из строя использующего его электрода.
Теоретически попытаться зарядить современный литиевый аккумулятор большой мощности за несколько минут можно и сейчас – при напряжении выше 600 вольт аккумуляторы той же Tesla Model S можно зарядить на 80% всего за 30 минут. Однако при пятиминутной зарядке электрод будет получать столько ионов, что материал электрода расширится слишком быстро, и батарея скорее всего загорится.
StoreDot не раскрывает в деталях особенности своей проприетарной технологии, но отмечает, что ее разработка использует специфические материалы для так называемого многоцелевого электрода. Под ним понимается катод, в котором сочетаются токопроводящие полимеры и оксид лития (конкретные формулы компонентов стартапом пока не раскрываются).
Проводящий полимер позволяет ускорять движение ионов лития, в то время как оксид металла, связывая их по мере необходимости, используется как замедлитель, не позволяющий этим ионам чересчур быстро поступать в катод. При этом остальные компоненты типичной литиевой батареи, включая сепаратор и пропитывающий его электролит, также подвергнутся модификациям. Первый прототип электроавтомобильного аккумулятора StoreDot обещает представить уже в 2016 году.
В конце прошлого года StoreDot заявляла о создании по той же технологии электрода для скоростной зарядки литиевых батарей смартфона. В соответствующей демонстрации накопитель, по емкости равный батарее мобильного устройства, получал более 80% заряда за минуту:
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.