Кремний-воздушные аккумуляторы - это новая технология аккумуляторов, изобретенная группой под руководством профессора Эйн-Эли из Энергетической программы Гранд Технион в Технионе - Израильском технологическом институте .
Кремний-воздушная аккумуляторная технология основана на использовании электродов из кислорода и кремния . Такие батареи могут быть легкими, с высокой устойчивостью как к чрезвычайно сухим условиям, так и к высокой влажности. Как и другие анодно-воздушные батареи, в частности, металл-воздушные батареи , кремниево-воздушные батареи используют в качестве катодов кислород воздуха ; соответственно, они не включают в свои конструкции никаких катодов, и это позволяет сэкономить на стоимости и весе. [1] [2]
Экспериментальные элементы, в которых используются ионные жидкие электролиты при комнатной температуре, вырабатывают от 1 до 1,2 вольт при плотности тока 0,3 миллиампер на квадратный сантиметр кремния. [3]
История
Единственный доступный общественности отчет об исследовании был сделан его создателем Яир-Эйн-Эли. Эли начал исследования в Технионе - Израильском технологическом институте с Дэвидом Старосветски, аспирантом Гилом Коэном из Техниона, Дигби Макдональдом из Университета штата Пенсильвания и Рикой Хагивара из Университета Киото. [4] Причина, по которой Эли использует кремний в качестве топливного элемента, связана с его высокой удельной энергией, доступностью в качестве ресурса (восьмое место по изобилию во Вселенной, второе по величине в земной коре), переносимость мест с высокой влажностью и непригодность токсические 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 . Это привлекло внимание таких организаций, как DARPA и Пентагон, которые в настоящее время работают над военным использованием этой батареи. [7] Батарея все еще исследуется этими организациями и недоступна для коммерческого использования.
Дизайн
Источник энергии батареи состоит из ионной жидкости, известной как олигофторгидрогенат 1-этил-3-метилимидазолия (EMI · 2.3HF · F), классифицируемой в статье как ионная жидкость комнатной температуры (RTIL), и пластин, содержащих большое количество кремния. . Пластины действуют как анод (источник топлива), а RTIL действует как электролит, который превращает пластины в полезную энергию. В состоянии ожидания RTIL растворяет пластины с медленной скоростью, потому что нет полупроводника для ускорения реакции. При использовании RTIL будет быстрее реагировать на растворение кремниевых пластин, которые будут производить энергию для использования в любой электронике. [8] В батарее отсутствует встроенный катод, который в большинстве батарей используется для балансировки заряда анода. [4] Вместо этого мембрана батареи пропускает кислород из атмосферы и действует как катод.
СПЕКТР
Технология Stressed Pillar-Engineered CMOS, готовая к Evanescence ( SPECTER ), находится в стадии исследования DARPA и SRI . Он основан на кремниево-воздушных батареях с дополнительной функцией: в оборудовании, в котором противник не имеет возможности извлекать выгоду из захваченных устройств или информации, получаемой с таких устройств, батарея SPECTER может реагировать на сигнал уничтожения самоуничтожается вместе с устройством, которое он питает. Это представляет потенциальный интерес в основном в военных приложениях. [9] [10]
Емкость накопителя
Емкость аккумулятора очень сравнима с емкостью алюминиево-воздушной батареи . Удельная энергия из кремния-воздушной батареи, по оценкам, 8470 Вт · ч / кг , а плотность энергии составляет около 2109.0 Вт · ч / л. Напряжение аккумулятора составляет 1–1,2 В. [6] За счет использования специальной системы подачи электролита время разряда для водных электролитов может составлять более 1000 часов, что позволяет использовать кремниевый анод на 100%. [11]
Приложения
Одна особенно многообещающая область применения кремниево-воздушных батарей - это питание небольших медицинских устройств, таких как диабетические насосы и слуховые аппараты, в которых утомительная зарядка была бы недостатком. [5]
Природа кремниево-воздушной батареи также делает ее особенно подходящей для влажного климата, например, в тропических регионах Азии или Америки.
В настоящее время ведутся исследования по разработке воздушно-кремниевых батарей для повседневного использования. [7] Примеры включают питание для бытовой электроники, такой как ноутбуки и телефоны.
Усилия по разработке развертываемых и масштабируемых систем на основе технологии Silicon-Air продолжаются. [10]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Силиконово-воздушная батарея: бесперебойная работа в течение тысяч часов
- ^ Новая кремниево-воздушная батарея с неограниченным сроком хранения
- ^ Кон, Гил (2009). «Кремний-воздушные батареи». Электрохимические коммуникации . 11 (10): 1916–1918. DOI : 10.1016 / j.elecom.2009.08.015 .
- ^ а б «Воздушно-кремниевый аккумулятор обещает зарядить тысячи часов - Renewable Energy Focus» . www.renewableenergyfocus.com . Проверено 9 ноября 2015 .
- ^ а б «Тысячи часов автономной работы, да и зеленый тоже» . Israel21c . Проверено 20 октября 2015 .
- ^ а б Кон, Гил; Старосвецкий, Давид; Хагивара, Рика; Macdonald, Digby D .; Эйн-Эли, Яир (01.10.2009). «Кремний-воздушные батареи». Электрохимические коммуникации . 11 (10): 1916–1918. DOI : 10.1016 / j.elecom.2009.08.015 .
- ^ а б «Пентагон стремится построить исчезающую батарею» . США СЕГОДНЯ . Проверено 21 октября 2015 .
- ^ "Кремниево-воздушная батарея для" исчезающих "электронных систем | SRI International" . www.sri.com . Проверено 21 октября 2015 .
- ^ «SRI International разработает исчезающую батарею для программы разложения электроники» . www.m militaryaerospace.com . Проверено 9 ноября 2015 .
- ^ а б «Саморазрушающаяся электроника и исчезающие батареи идут в армию» . Материнская плата . Проверено 9 ноября 2015 .
- ^ Durmus, YE; Асланбас, О .; Kayser, S .; Tempel, H .; Hausen, F .; де Хаарт, LGJ; Granwehr, J .; Ein-Eli, Y .; Eichel, R.-A .; Кунгл, Х. (2017). «Длительный разряд, производительность и эффективность первичных кремниево-воздушных элементов со щелочным электролитом». Electrochimica Acta . 225 : 215–224. DOI : 10.1016 / j.electacta.2016.12.120 .