Seitdem Mobiltelefone populär wurden, nimmt die Bedeutung wiederaufladbarer elektrischer Batterien weltweit stetig zu. Laut Wikipedia waren im Jahr 2013 weltweit schätzungsweise 6,8 Milliarden Mobiltelefone im Einsatz (einschließlich Smartphones) und 97 von 100 Menschen auf der Welt besaßen mindestens ein Mobiltelefon. Zu diesen Zahlen zählen einige der Ärmsten unter uns. Während eine große Anzahl von Benutzern nicht über bloße Sprachanrufe (und seltene Textnachrichten) hinausgeht, ist die Verfügbarkeit kostenloser, hervorragender und benutzerfreundlicher „Apps“ (oder Anwendungen) von Tag zu Tag vielfältiger und zahlreicher geworden , zieht nach und nach viele in dieser Kategorie dazu, zu „Kern“-Mobiltelefonnutzern zu werden. Viele Menschen, die heute PCs als primäres Computergerät nutzen, sind sich darüber im Klaren, dass PCs bald ihre Vormachtstellung in der Computerwelt verlieren werden, und beginnen auch, auf Smartphones umzusteigen. Es wird erwartet, dass diese Faktoren bis 2020 zu einem Anstieg der Zahl der Smartphone-Nutzer um 35 % (oder 9,2 Milliarden Nutzer weltweit) führen werden.
Da Smartphones immer dünner, leichter und intelligenter werden, größere Displays verwenden usw., werden sie auch stromhungriger. Daher besteht für den Erfolg zukünftiger Smartphones ein entscheidender Bedarf an superschnell aufladbaren Akkus mit hoher Kapazität, die viele Male aufgeladen werden können, bevor sie entsorgt werden.
Es gibt auch andere wichtige Anwendungen, deren Wohlbefinden auf schnell aufladbare Batterien angewiesen ist. Eine davon ist die vielgepriesene Elektrofahrzeugindustrie (EV). Benutzer gehen davon aus, dass die Ladezeit der Batterie mit der Zeit vergleichbar ist, die man heute zum Tanken an einer Tankstelle benötigt, also in der Größenordnung von etwa 4 bis 5 Minuten. Eine weitere äußerst wichtige Anwendung sind intelligente Netze – intelligente Energiemanagementstationen, in denen Stromeingänge und -abflüsse an die Nutzer verwaltet werden. Um überschüssige Energie zu speichern (wenn die zugeführte Energie den Bedarf übersteigt) und bei einem Defizit abzugeben, sind schnell aufladbare/entladende Batterien mit großer Kapazität erforderlich. Etwas weniger kritisch, aber dennoch wichtig, sind Schnellladebatterien, die in Smartwatches, Smart Homes und persönlichen Gesundheitsgeräten (PHDs) verwendet werden.
Bereits vor einigen Jahren war unmissverständlich klar geworden, dass Lithium-Ionen-Batterien, die derzeit beste Batterietechnologie, für zukünftige Anforderungen völlig unzureichend sein würden. Zwischen der Li-Ionen-Technologie und der prognostizierten Batterie der Zukunft besteht eine so große Kluft, dass klar wurde, dass nichts weniger als ein „Quantensprung“ (oder eine Revolution) in der Batterietechnologie ausreichen würde. Aus diesem Grund wurde in vielen führenden Forschungs- und Entwicklungszentren von Universitäten und Unternehmen fieberhaft und hektisch geforscht, obwohl dies noch nicht in den Nachrichten bekannt war, um die herausragende Batterietechnologie der Zukunft mit Funktionen wie „Ladezeit in der Reihenfolge“ zu finden von ein paar Minuten oder sogar Sekunden (wow!), geringeres Gewicht (bei EV-Batterien sogar auf die Hälfte reduziert), größere Kapazität, Sicherheit (keine elektrischen Brände und Explosionen, die an die Pannen der Boeing 787 von 2013 erinnern, sind zu erwarten! ), deutlich geringere Kosten, einfache Handhabung und Zykluszeiten im Tausender- und Zehntausenderbereich!
Der Gedanke, in ein bis zwei Jahren einen „Quantensprung“ in der Technologie zu erreichen, hätte viele in der wissenschaftlichen Gemeinschaft angesichts der jüngsten Vergangenheit verblüfft. Aber jetzt haben sich die Dinge geändert! Der Mensch hat die Grenzen des wissenschaftlichen Wissens in jüngster Zeit um beispiellose Sprünge erweitert, und die heutigen Forscher, die an der Spitze des wissenschaftlichen Wissens stehen, scheinen im Handumdrehen vielversprechende Lösungen anzubieten!
Hier finden Sie eine Liste der vielversprechendsten Technologien, die zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels erforscht werden. (Hinweis: Die Forschung zu Schnellladebatterien ist derzeit mit vielen alternativen Technologien überschwemmt, die um den ersten Platz konkurrieren. Aufgrund der großen Zahl hat der Autor nicht versucht, eine erschöpfende Liste zu präsentieren. Stattdessen stellt die folgende Liste das Beste aus dem Ganzen dar. seiner Meinung nach.)
ALUMINIUM-GRAPHIT-TECHNOLOGIE (siehe Referenz Nr. 2 und 4 für weitere Details):
Ganz oben auf der Liste steht die Aluminium-Graphit-Technologie, die an der Stanford University, USA, entwickelt wird. Es beeindruckt durch seine Ladezeit von 1 Minute (ja, 60 Sekunden!). Obwohl seine Kapazität etwa halb so hoch ist wie die von Lithium-Ionen, gleicht es dieses Manko durch seine unglaubliche Ladezeit mehr als aus. Verglichen mit der Lebensdauer von Li-Ionen von etwa 1000 Ladezyklen hält Aluminium-Graphit mindestens 7.500 Zyklen. Es ist auch viel sicherer als Li-Ion – Forscher sagen, dass es selbst dann nicht Feuer fängt, wenn man es durchbohrt!
ALUMINIUM-LUFT-TECHNOLOGIE (FÜR Elektrofahrzeuge) (Referenznummern 1 und 2):
In der Aluminium-Luft-Batterie (Al-Luft) wird Sauerstoff aus der Luft in der Kathode verwendet, sodass kein separates Oxidationsmittel erforderlich ist. Dieser Batterietyp verfügt über eine Energiedichte, die ein Elektrofahrzeug mit so viel Leistung versorgen könnte, dass es seinen benzinbetriebenen Gegenstücken ebenbürtig ist. Die Reichweite mit einer einzigen vollen Ladung beträgt etwa 1.000 Meilen! Wenn Sie bis zu 2.000 Meilen pro Monat fahren, reichen möglicherweise ein paar Aufladungen aus!
Das Besondere an dieser Batterie ist, dass sie nur halb so schwer ist wie die aktuelle Lithiumbatterie. Wenn das halbe Gewicht der Batterie wegfällt, erhalten Sie viel mehr Nutzlast für den Transport von Passagieren und Gütern (Hinweis: Die Batterie ist bei weitem die schwerste Komponente eines Elektrofahrzeugs. Beim Tesla Roadster beispielsweise trägt die Batterie etwa ein Drittel dazu bei des Gesamtgewichts, so dass die Gewichtseinsparung, nämlich ein Sechstel des Gesamtgewichts, beträchtlich ist).
ALUMINIUM-LUFT-TECHNOLOGIE (FÜR Elektrofahrzeuge) (Referenz Nr. 2):
Dies ist ein anderer Typ als die oben diskutierte Al-Air-Technologie. Wow, denn es läuft mit Wasser (normalem Wasser und Meerwasser) und hat die 40-fache Kapazität von Lithium-Ionen!
NANOTECHNOLOGIEBASIERTES SCHNELLLADEN (Referenz Nr. 5):
StoreDot Ltd., ein israelisches High-Tech-Unternehmen für Schnellladebatterien, wird in Kürze „FlashBattery for SmartPhones“ auf den Markt bringen, ein universelles Smartphone-Ladegerät. Das Unternehmen verwendet proprietäre organische Verbindungen, die mithilfe der Nanotechnologie hergestellt/manipuliert werden.
Was macht es so beeindruckend? Es kann jedes Telefon, unabhängig von Marke oder Modell, in maximal einer Minute aufladen!
Abgesehen von Telefonen kann das Ladegerät auch zum Laden von Wearables, PHDs, Tablets und dergleichen verwendet werden. Allerdings gibt es einen Haken: Obwohl es bewährt ist, ist es noch nicht im Handel erhältlich! Es kann noch ein Jahr dauern, bis es im Einzelhandel erhältlich ist.
StoreDot wird in Kürze auch „FlashBattery for EV“ anbieten, ein Schnellladegerät für Elektroautos. Dieses Produkt soll eine Autobatterie in nur fünf Minuten aufladen!
SCHNELLES LADEN ÜBER FUNKWELLEN (Referenz Nr. 2):
Bei dieser Technologie wird die zum Laden benötigte elektrische Energie über Funkwellen übertragen.
Nicht sehr beeindruckend, außer dass es kabellos ist und aus einer Entfernung von bis zu 20 Fuß aufgeladen werden kann. Und es gibt auch einen Haken: Es ist nicht sofort auf dem Markt erhältlich.
ORGANIC FLOW TECHNOLOGY (Referenz Nr. 2 & Wikipedia):
Die vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) entwickelte Organic-Flow-Technologie erzeugt Elektrizität unter Verwendung einer organischen Substanz, AQDS (9,10-Anthrachinon-2,7-disulfonsäure), als Ladungsträger.
Es beeindruckt uns, indem es 97 % der (batteriebetriebenen) Stromerzeugungskosten senkt – während Metallbatterien 1 kWh Strom für 700 $ liefern, liefern organische Flow-Batterien so viel Strom für nur 27 $!
NANOBATTERIEN (Referenznr. 2, 6 & Wikipedia):
Nanobatterien werden aus Batterien in „Nano“-Größe (dh mit Größen im Bereich von 10 bis -9 Metern) hergestellt. „Nano“-Batterien werden hergestellt, indem zwei Elektroden in einem winzigen Loch (oder „Nanopore“) in einer elektrisch isolierenden Membran oder Metallverbindung (wie Aluminiumoxid) platziert werden, die durch einen dünnen Isolierfilm getrennt sind. Eine Vielzahl von „Nanoporen“ werden zu einer vollständigen Batterie verschmolzen.
Gibt es etwas Superlatives an ihnen? Ja! Nanoporen sind so klein, dass sie einzeln nicht sichtbar sind. Sie können bis zu viermal so viel Energie wie Lithium-Ionen-Akkus aufnehmen und sind in 10 Minuten vollständig aufgeladen. Außerdem haben sie eine Lebensdauer von etwa 1.000 Ladezyklen.
NTUs LITHIUM-TITAN-DIOXID-TECHNOLOGIE (FÜR Elektrofahrzeuge) (Referenz Nr. 7 und Wikipedia):
Dies ist ein technologischer Durchbruch der in Singapur ansässigen Nanyang Technological University (NTU). Durch den Austausch der in Li-Ionen-Batterien enthaltenen Graphitkathode gegen ein kostengünstiges Gel aus Titandioxid behauptet NTU, eine ultraschnell aufladbare Batterie entwickelt zu haben, die in zwei Minuten auf 70 % ihrer Kapazität aufgeladen werden kann! Abgesehen von der zweiminütigen Ladezeit überzeugt vor allem die außergewöhnliche Lebensdauer von 20 Jahren.
Vor allem auf Elektrofahrzeuge ausgerichtet, soll der Lebensdauerfaktor der Batterie die Kosten, die sonst durch häufige Batteriewechsel entstehen würden, deutlich reduzieren.
NOTIZ: Wie bereits erwähnt, ist die Forschung an Schnellladebatterien ein sich entwickelndes Feld, das derzeit mit mehreren vielversprechenden Alternativtechnologien vollgestopft ist. Bei der Erstellung der obigen Liste wurden Technologien umgangen, die auf Metallschaumsubstraten, Silizium, Natriumionen, urinbetriebenen mikrobiellen Brennstoffzellen, Solarenergie, Wasserstoff, Kerzenruß und mehreren anderen Technologien basieren, die derzeit erforscht und erforscht werden, da sie nach Ansicht des Autors die besten sind viel. Ein bemerkenswertes Versäumnis ist die „Over-the-Air-Charging“-Technologie von Meredith Perry, die zum Laden per Ultraschall übertragene Elektrizität nutzt. Bis vor Kurzem war es eine mit Spannung erwartete und hochgelobte Technologie, die die letzten Evaluierungstests offenbar nicht bestanden hat, so dass sie nicht mehr in Betracht gezogen werden musste.
Verweise: (Für den Zugriff auf die Referenznummern 3 bis 7 ist das Ausschneiden und Einfügen des Links in Ihren Browser erforderlich.)
1. Jeffrey Marlow, „Die 10 heißesten Bereiche der Wissenschaftsforschung“, Die 10 heißesten Bereiche der Wissenschaftsforschung | Verdrahtet, http://www.wired.com/2013/08/the-10-hottest-fields-of-science-research/
2. Pocket-lint, „Zukünftige Batterien, bald verfügbar: Laden in Sekunden, letzte Monate, und Laden über Funk“, Zukünftige Batterien, bald verfügbar: Laden in Sekunden, letzte Monate, und Laden über Funk – Pocket-lint, http://www.pocket-lint.com/news/130380-future-batteries-coming-soon-charge-in-seconds-last-months-and-power-over-the-air
3. ScienceDaily, „Batterieforschung“, Batteries News – Science Daily, sciencedaily.com/news/matter_energy/batteries/
4. Stanford University, „Aluminiumbatterien von Stanford bieten eine sichere Alternative zu herkömmlichen Batterien“, news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.HTML
5. StoreDot Ltd., „FlashBattery for Smartphones“, StoreDot What We Do, store-dot.com/#!smartphones/c1u5l
6. Ars Technica, „Neue Batterie bestehend aus vielen Nanobatterien“, | Ars Technica, arstechnica.com/science/2014/11/new-battery-composed-of-lots-of-nanobatteries/
7.Nanyang Technological University, „NTU entwickelt ultraschnell aufladbare Batterien, die 20 Jahre halten“, News Detail, media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=809fbb2f-95f0-4995-b5c0-10ae4c50c934