Відділ механізації

Якась японська компанія раптом заявила, що нишком розробила і підготувала до серійного виробництва шарувату батарею абсолютно нового типу, і це не хімічне джерело струму і не конденсатор. Проте розробка здатна накопичувати і зберігати енергію набагато краще традиційних акумуляторів.

Автори називають батарею «квантовою», підкреслюючи її фізичну, а не хімічну природу. Одиночна комірка, яка вже демонструвалася розробниками, являє собою плівку з метал-оксид-напівпровідникової структури n-типу, в якій використовуються частки діоксиду титану, діоксиду олова та оксиду цинку, покриті ізолюючою плівкою. У ролі останньої можуть виступати як органічні, так і неорганічні ізолятори.

Замість використання для зберігання енергії іонів (як у батарейці вашого телефону), шарувата «квантова батарея» експлуатує електрони, тільки зовсім не так, як конденсатори. Стверджується, що система заснована на зберіганні електронів «в забороненій зоні» напівпровідника.

При виробництві структур «метал-оксид-напівпровідник» зарядовий шар накопичувача опромінюють ультрафіолетом неназваних параметрів. Після виготовлення, при зарядці, яку можна здійснювати з будь-яких джерел, включаючи пальчикові батарейки, електрони займають вільні енергійні рівні в робочому матеріалі і зберігаються там до тих пір, поки батарею не буде потрібно розрядити.

Таким чином, перед нами акумуляторні батареї з дуже високою щільністю зберігання енергії. За заявою компанії Micronics Japan Co. Ltd., серійні зразки (обіцяні в найближчому майбутньому) будуть мати ємність до 500 Вт•год/л і при цьому зможуть видавати до 8000 Вт пікової потужності на літр об’єму.

Це не просто високі, а видатні показники: такі накопичувачі навіть при малій ємності зможуть видавати велику пікову потужність, об’єднуючи кращі риси акумуляторів і суперконденсаторів. Тобто в теорії регенеративне гальмування з ними вдасться використовувати набагато ефективніше, ніж у сьогоднішніх електромобілях і гібридах. При цьому, на відміну від суперконденсаторів, напруга, що знімається з таких накопичувачів, не зменшується по мірі їх розрядки, до кінця залишаючись стабільною (див. на швидкість обертання вентилятора):

Крім того, заявлено, що «квантова батарея» зможе працювати в діапазоні від -25 до +85° C, а її життєвий цикл досягає 100 тис. циклів зарядки-розрядки до падіння ємності нижче 90% від початкової. На відміну від колишніх варіантів «квантових батарей», новинка не використовує «непрості» і дорогі матеріали типу графена, а тому «повністю готова до масового виробництва».

Зауважимо, втім, що в демонстрації нового накопичувача використовувався лише один акумулятивний лист – на підкладці з нержавіючої сталі товщиною 10 мкм, тобто можливість об’єднувати такі накопичувальні елементи в масштабні групи поки лише належить довести. Крім того, розробники мають намір витратити якийсь час на заміну сталі алюмінієм, щоб зменшити питому масу новинки.

Безумовно, у концепції в тому вигляді, в якому її анонсує Micronics Japan, в наявності кілька безперечних плюсів. Зокрема, не хімічна батарея явно не буде пожежо-небезпечною. Безумовно, здатність швидко видавати і забирати з мережі велику кількість енергії різко прискорить зарядку таких накопичувачів. Сама за себе говорить і висока ємність «квантової батареї»: якщо виробник стримає своє слово, вона дозволить нарешті довести смартфони до семиденного робочого тижня між підзарядками і, скажімо, майже потроїти дальність нинішніх електромобілів!