Anonim

Om det inte var så viktigt för elbilarnas framtid kan det nästan bli tröttsamt: Hur förbättrar du batterierna för längre livslängd, snabbare laddning och ett större utbud?

Det är en fråga som undersöks av stora sinnen runt om i världen och har visat några överraskande och spännande resultat under de senaste åren.

Inspirerad av Popular Mechanics 'titt på potentiella genombrott för elektriska fordon och hybridbatterier har vi sammanställt många av våra tidigare batteritekniska artiklar till en praktisk guide. Vilket av följande kommer att vara framtidens batterier?

Aluminium-luft

Vi har alla hört - och skrattat - historier om vattendrivna bilar. Det är helt enkelt inte möjligt på någon praktisk, bilbaserad nivå.

Men aluminium-luft använder vatten på ett annat sätt. Aluminium används som anod i ett batteri, omgivande luft (och syre i det) som en katod och vattenmolekyler. Kombinerat i batteriet producerar de hydratiserad aluminiumoxid och energi - och den energin kan användas för att driva en bil.

De använda aluminiumplattorna har hög energitäthet, och företag som testar det som Phinergy säger att du måste fylla på bilen med vatten varje hundra mil. Luften - det är allt omkring oss.

Vill du prova fysiken själv? Du kan till och med köpa en liten skala …

Förbättrad litiumjon

Befintlig litiumjonteknologi är bland de bästa batteriteknikerna vi har för elbilar och hybrider.

Jämfört med andra batterityper är den relativt energität, laddar relativt snabbt, är lättare än många andra batterityper, och den är testad och testad. Men det är inte perfekt, och flera forskargrupper letar efter ett sätt att förbättra sina befintliga styrkor.

Image

Äggliknande nanopartiklar för litiumjonbatterier. [Bild: Zhi Wei She et al., Stanford University]

Nya framsteg inom nanoteknologi visar sig vara en populär väg för litiumjon. Ägglinje-nanopartiklar av svavel är ett alternativ, förbättrar energiöverföring och enormt ökar kapaciteten, medan kisel-nanopartiklar för att ersätta grafitanoder är ett annat.

Andra har undersökt de befintliga problemen med litiumjonteknologi - till exempel att minska tendensen för litium att samlas runt batterielektroderna.

Sedan finns det litium-luftteknologi - en utskjutning av litiumjonbatterier och en som kan öka energitätheten avsevärt. Oavsett teknik som utforskas kommer litiumjon verkligen att vara här i många fler år.

örter

Det låter osannolikt, men enkla örter kan användas för att göra batterier grönare i framtiden.

I en sällsynt titt på att förbättra miljöaspekterna på batterier snarare än att öka utbudet har forskare vid Rice University och City College i New York sett på att använda örtgalten, eller purpurin, som en naturlig katod för litiumjonbatterier.

Du kanske inte får hundratals miles, men alla miljövänliga elförare skulle gärna veta att deras batterier bara hade lite mindre påverkan på miljön, eller hur?

Image

Grafpapper. Bild: Lisa Aliosio

grafen

Det är ett av de största genombrotten på 2000-talet hittills, och något vi kommer att höra mycket mer om vilken bransch du ser på: grafen.

"Förundermaterialet" är i huvudsak ett enatomtjockt gitter av kolatomer. Den är lätt, otroligt stark för sin storlek och otroligt elektriskt ledande. Och om det inte är egenskaper som skulle vara användbara för batterier, vet vi inte vad annat är …

Grafens lätta fördelar utforskas, med hjälp av grafen rullas in i kolananorör och vävas sedan i ett "Aerographite" -material. Grafenskum har också potential - grafen som odlas på ett metallskum för att bilda en tredimensionell struktur, både lätt, flexibel och mycket ledande.

programvara

Alla elbilbatterier styrs av programvaran för fordonet de befinner sig i. Bilen mäter batteriets livslängd, laddningstillstånd, temperatur och andra parametrar och försöker upprätthålla var och en till sin mest effektiva grad.

Problemet är att allt detta mäts med bara spänning och ström, och det är inte för sofistikerat som ett resultat. Vissa forskare studerar hur mer sofistikerad programvara kan styra ett batteri mycket tätare, vilket innebär att mindre felmarginal måste byggas in i paket - vilket gör dem mindre och lättare.

Nya algoritmer kan uppskatta positionen för laddade partiklar, vilket möjliggör mycket mer precision och mindre överkonstruktion.

Image

Utvinning av litiumkarbonat från saltlösning

Saltvatten

Ett annat ämne som syftar till grönare batterier, snarare än att förbättra räckvidden och andra faktorer, är saltlösning.

Jej, den salta vattensubstansen. Gott om det bubblar ur marken genom San Andreas-felet i Kalifornien, och det tar med sig mineraler - inklusive litium. Att samla litium från saltlösningen är ett mer ekologiskt vänligt sätt att samla det än att gräva enorma gruvor, det är säkert.

Ännu bättre är att all den koksaltlösningen redan utnyttjas - den heta vätskan används för att driva turbiner för geotermiska energianläggningar.

Övriga

Flera andra teknologier undersöks för närvarande, nästan för många att nämna.

Vi har själva täckt den ovanliga blicken på blybatterier, eftersom en start fortfarande ser potential i dem för hybridfordon.

Populär mekanik täcker flera fler, inklusive koppar-nanowire-katodlitium, som använder den högre ytan på nanoskopisk koppartråd för att lagra fler litiumjoner. Litiumsilikonpolymer är ett annat energitätt format, liksom en stabil litium-mangankemi.

Utan tvekan kommer fler tekniker att dyka upp under de närmaste åren - och vi kommer att hålla denna guide uppdaterad som de gör.

_______________________________________________________