Аккумулятор FIAMM 12FGL120

AgEcon Australia запустила пятилетний исследовательский проект по оценке целесообразности установки плавучих фотоэлектрических систем на ирригационных дамбах в Австралии с целью сокращения потерь воды, снижения затрат на электроэнергию на фермах и создания новых источников дохода для землевладельцев.

Австралийская консалтинговая компания AgEcon, специализирующаяся на сельскохозяйственных исследованиях, возглавит пятилетний проект по проверке целесообразности установки плавающих солнечных панелей на ирригационных дамбах для сокращения потерь на испарение и выработки возобновляемой энергии, которая могла бы компенсировать потребление энергии на фермах и обеспечить земледельцам диверсифицированный источник дохода.

Компания AgEcon, базирующаяся в городе Баррен-Джанкшен на северо-западе Нового Южного Уэльса, заявила, что в рамках проекта «Новые технологии хранения энергии и испарительного хранения воды для ирригационных систем» (NEESTI) будет изучен ряд вопросов, связанных с обеспечением ирригационной водой и производством возобновляемой энергии.

Главный климатический аналитик и экономист AgEcon Джон Уэлш сказал, что в рамках проекта будет рассмотрено «практичное, разумное и проверенное решение» для улучшения удержания воды на фермах и выработки экологически чистой энергии, которую производители могут использовать для компенсации выбросов или получения дохода.

«Австралия сталкивается с критической дилеммой: обеспечение водой, продовольствием и чистой энергией, — сказал он. — Установка плавучих фотоэлектрических панелей на водохранилищах поможет решить все эти проблемы одновременно».

В рамках проекта NEESTI будут проанализированы экономические, экологические, нормативные и политические возможности для поддержки, расширения и ускорения внедрения плавучих фотоэлектрических систем в Австралии. Исследователи сосредоточатся на пяти секторах орошаемого сельского хозяйства, стремясь внедрить плавучие фотоэлектрические системы на водохранилищах для выращивания хлопка, сахарного тростника, пеканов, имбиря и риса.

Проект, стартовавший в начале этого месяца, получил финансирование в размере 6 миллионов австралийских долларов (3,85 миллиона долларов США) в рамках программы «Устойчивые ландшафты» Фонда борьбы с засухой в будущем, созданного федеральным правительством, в размере 5 миллиардов австралийских долларов. Это финансирование дополняет около 7 миллионов австралийских долларов в виде натуральной поддержки от партнёров по проекту.

Партнёрами пятилетнего проекта являются Университет Маккуори, Университет Южного Квинсленда и Корпорация по исследованиям и разработкам в области хлопка (CRDC). Среди других заинтересованных сторон — Австралийская ассоциация производителей сахара, Австралийская ассоциация садоводов и Ассоциация производителей риса Австралии.

CRDC заявил, что этот проект является «беспроигрышным» для австралийской промышленности и реализуется в то время, когда цепочки поставок в сельском хозяйстве испытывают растущее давление в связи с необходимостью сокращения выбросов для достижения национальных и отраслевых целей.

Данные, опубликованные CRDC, показывают, что почти 50% объёма воды, хранящейся на фермах, ежегодно теряется из-за испарения, и если переместить только половину из нынешних 16,6 ГВт наземных солнечных панелей в Австралии в хранилища воды, это позволит сэкономить 296 гигалитров воды в год и при этом выработать огромное количество энергии.

«Мы знаем, что плавучие фотоэлектрические проекты могут работать, но существуют серьёзные проблемы и критический пробел в исследованиях, который необходимо устранить, чтобы разработать практичное и экономичное решение, готовое к внедрению на фермах», — заявили в CRDC.

«В рамках исследования будут проведены технические, экономические, политические и юридические исследования для создания долгосрочного и устойчивого австралийского плавучего рынка фотоэлектрических систем для хлопка и других культур».

Аккумулятор FIAMM 12FGL100

Ученые из Японии разработали устройство, которое позволяет управлять магнитным полем с помощью тока магнитной индукции в объёмном фотоэлектрическом эффекте (BPVE) — явлении, которое пока не используется в коммерческих солнечных батареях. Это исследование открывает потенциальный путь к регулированию фототока в фотоэлектрических устройствах нового поколения.

Исследователи из Университета Киото в Японии разработали искусственное гетероструктурное устройство, которое позволяет управлять магнитным полем в BPVE, потенциально устраняя основные препятствия для его использования в коммерческих солнечных батареях.

BPVE — это явление, при котором материал генерирует прямой электрический ток при освещении, даже без традиционного p-n перехода или гетероперехода. В отличие от обычного фотоэлектрического эффекта, BPVE возникает в однофазных однородных материалах, в которых отсутствует инверсия симметрии.

«Другой ток возникает, когда нарушается симметрия обращения времени, то есть симметрия физических законов при обращении течения времени вспять, — объяснили учёные. — Поскольку симметрия обращения времени нарушается в магнитных материалах, ожидается, что в магнитных системах возникнут новые эффекты, связанные с BPVE, но многие аспекты этих систем остаются необъяснёнными как теоретически, так и экспериментально».

Помня об этом, они создали гетероструктурное устройство ван-дер-ваальсового (vdW) типа, объединяющее однослойный двумерный полупроводник на основе дисульфида молибдена (MoS₂) и магнитный слоистый материал на основе тиофосфата хрома (CrPS₄). Конфигурация разработана таким образом, чтобы имитировать нарушение пространственной и временной симметрии.

Монослой MoS₂ и многослойный CrPS₄ были механически отделены от объёмных монокристаллов. Затем монослой MoS₂ был нанесён на CrPS₄ методом сухого переноса.

«Искусственные гетероструктуры Ван-дер-Ваальса (vdW), созданные путём наложения двумерных материалов, приводят к появлению периодичности в кристаллических структурах, таких как суперрешётка Молье, и открывают нам новые возможности для управления P-симметрией на их гетерограницах», — заявили учёные, отметив, что именно P-симметрия создаёт электронный «сдвиг» с нарушением баланса, который генерирует спонтанный фототок в условиях BPVE.

Ученые использовали внешнее магнитное поле для измерения вольт-амперных характеристик устройства при освещении, изменяя температуру и направление вращения. Они наблюдали конечный фототок, который менялся в зависимости от внешнего магнитного поля при температуре ниже точки Нееля — точки, при которой меняется поведение намагниченности антиферромагнитного материала.

Результаты показали, что магнитным током в устройстве можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, что исследователи назвали прорывом в области BPVE.

«Наше исследование показало, что пространственная и временная симметрия может гибко контролироваться с помощью искусственных структур, обеспечивая различные оптические реакции и генерацию тока, которые ранее не наблюдались, — сказал исследователь Кадзунари Мацуда. — Это может привести к появлению новых применений не только в солнечных батареях, но и в таких технологиях, как оптические датчики, спинтроника и устройства для сбора энергии».

Аккумулятор TROJAN T105

Новое исследование, проведённое в Швейцарии, показывает, что дома, оснащённые солнечными батареями, могут увеличить потребление электроэнергии на 11% по сравнению с домами, не оснащёнными солнечными батареями. Это увеличение связано с использованием электромобилей или других энергоёмких приборов, что, как отмечает автор исследования, само по себе не является негативным или расточительным.

Новое исследование, проведённое Университетом Берна в Швейцарии, показало, что установка фотоэлектрической системы на крыше жилого дома может увеличить энергопотребление домохозяйства на 11%.

В ходе исследования было проанализировано влияние так называемого эффекта отката, который заключается в снижении ожидаемой выгоды от более ресурсоэффективной технологии в результате поведенческих или системных изменений. Что касается солнечной энергетики в жилых домах, этот эффект равен изменению потребления электроэнергии домохозяйством в результате выработки фотоэлектрической энергии.

«Это не первое исследование, изучающее эффект отката от солнечной энергии, — есть различные исследования, которые иллюстрируют эту концепцию в разных контекстах, — сказал исследователь Патрик Биглер. «Основная особенность моего подхода заключается в том, что я могу учитывать одновременное использование энергоёмких товаров вместе с солнечной энергией. Например, я могу показать, что часть повышенного потребления после установки солнечных батарей объясняется также покупкой электромобиля или аналогичных энергоёмких товаров. Это показывает, что откат от солнечной энергии не обязательно является негативным или расточительным».

В статье «Величина и декомпозиция эффекта отскока солнечной энергии: данные по швейцарским домохозяйствам», опубликованной в Journal of Environmental Economics and Management, Биглер объяснил, что его анализ был основан на данных о годовом потреблении электроэнергии и подробной информации о 58 104 домохозяйствах в кантоне Берн, Швейцария, за период с 2008 по 2019 год.

Он также использовал модель машинного обучения (ML) с контролируемым обучением и регуляризованным градиентным бустингом для измерения «ненаблюдаемого контрфактического» потребления электроэнергии домохозяйствами, использующими солнечную фотоэлектрическую энергию. Анализ учитывал годовое потребление электроэнергии, наличие солнечной фотоэлектрической энергии, пиковую мощность, выбор продукта для производства электроэнергии, цену на электроэнергию, вознаграждение за использование солнечной фотоэлектрической энергии и электроэнергию, поступающую от солнечной фотоэлектрической энергии в сеть от местной энергетической компании BKW.

Проведя этот анализ, Биглер обнаружил, что среднее потребление, как правило, остаётся практически неизменным среди домохозяйств, не переходящих на солнечную энергию, в то время как домохозяйства, переходящие на солнечную энергию, как правило, начинают потреблять больше энергии сразу после перехода. «Я оцениваю эффект отката от солнечной энергии в диапазоне от 7,9 % до 11,1 %», — заявил он. «Данные свидетельствуют о том, что эффект отката в первую очередь обусловлен ценой, поскольку показатели как влияния на доход, так и поведенческих реакций, таких как моральное лицензирование, указывают на относительно незначительный вклад».

Исследователь также обнаружил, что эффект восстановления в основном обусловлен высокой мощностью рассматриваемых в исследовании бытовых фотоэлектрических систем, средняя мощность которых составляет около 8 кВт. «Эти пользователи сильнее реагируют на высокую производительность солнечных фотоэлектрических систем», — сказал он, отметив, что у домохозяйств, использующих накопители, эффект восстановления, как правило, относительно ниже.

«Эффекты от перехода на солнечную энергию, как правило, воспринимаются негативно и часто приводятся в качестве аргументов против программ субсидирования, — заключил он. — Однако мои выводы свидетельствуют о том, что некоторые эффекты от перехода на солнечную энергию могут быть связаны с дальнейшей электрификацией систем отопления и транспорта в домохозяйствах».

«На данный момент нет планов по дальнейшему расширению в других сегментах, поскольку институциональная среда в Швейцарии для владельцев коммерческих и промышленных солнечных электростанций немного сложнее, — добавил Биглер. — Однако я знаю о нескольких исследованиях, которые проводят аналогичные опросы среди промышленных предприятий в Германии и Уругвае».

В феврале исследователи из Австралии и Вьетнама опубликовали результаты исследования краткосрочной и долгосрочной динамики эффекта восстановления. В этой статье показано, что установка солнечных батарей в жилых домах может увеличить общий спрос на электроэнергию примерно на 16,3% по сравнению с домами, где нет солнечных батарей

Аккумуляторная батарея TROJAN T145

Председатель совета директоров Cornex Дай Деминг обсуждает цены на аккумуляторы и перспективы исследований и разработок в эксклюзивном интервью журналу «pv». Он говорит, что в первом квартале 2025 года эффективная производственная мощность компании превысила 110 ГВт·ч, что является вторым показателем в отрасли литий-ионных аккумуляторов.

Экхарт Гурас: Что вы думаете о сильной ценовой конкуренции на рынке хранения энергии в настоящее время?

Дай Деминг: Во-первых, я считаю, что энергетический переход — это неизбежная тенденция нашего времени, поскольку мы работаем над достижением пика выбросов углерода и углеродной нейтральности. Конечно, конкуренция жёсткая, но я считаю, что именно она стимулирует прогресс и инновации. Рынок без конкуренции не является здоровым. Именно благодаря этой динамике выживания сильнейших отрасль развивается. Вы заметили, что продукты для хранения энергии становятся всё дешевле и лучше? Сегодня клиенты могут покупать более качественные энергетические решения за меньшие деньги — вот что даёт конкуренция. И рынок аккумуляторов далёк от насыщения. Если мы оглянемся назад через 10 лет, то, вероятно, поймём, что мы были только в начале пути. К тому времени энергетический ландшафт станет чище, дешевле и доступнее, а хранение энергии станет ключевой частью этого перехода. Конкуренция стимулирует инновации, а инновации стимулируют рост отрасли. В Cornex мы повышаем энергетическую плотность наших аккумуляторных элементов, продлеваем срок их службы и повышаем безопасность. Эти качества лежат в основе того, что на самом деле означает энергетическая ценность. Именно к этому мы стремимся.

Не могли бы вы рассказать нам подробнее о научно-исследовательской работе Cornex в области технологии литиевых аккумуляторов?

Компания Cornex существует не так давно, но мы изучаем эту отрасль уже много лет. С момента основания мы придерживаемся долгосрочной стратегии, ориентированной на будущее, и никогда не боялись инвестировать в исследования и разработки. За последние несколько лет мы подали почти 5000 патентных заявок по всему миру и разработали более 60 новых продуктов, от аккумуляторов первого поколения до наших нынешних аккумуляторов пятого поколения. Мы также прошли более 100 различных сертификаций по всему миру. Благодаря нашим мощным научно-исследовательским возможностям мы смогли расширить своё присутствие на мировых рынках.

Каковы ваши планы в отношении производственных мощностей?

В энергетическом секторе Китая, если вы не лидируете на рынке, вы рискуете быть вытесненным. Просто посмотрите, сколько компаний и продуктов, существовавших пять или десять лет назад, больше не существует. В Cornex мы используем нашу интегрированную промышленную цепочку, сильные стороны в области исследований и разработок, а также производственный опыт для внедрения инноваций и масштабирования по всему миру. Наша мощность уже превысила 100 ГВт·ч, и к следующему году — 2026-му — мы планируем удвоить ее до более чем 200 ГВт·ч. После этого мы планируем ежегодно добавлять около 100 ГВт новой мощности. Мы полностью уверены в этой отрасли и в будущем спросе. Но для того, чтобы получить конкурентное преимущество и выжить, необходим масштаб. Мы считаем, что 80% игроков в этой сфере в конечном итоге уйдут с рынка. Наша первая цель — войти в число оставшихся 20%. Затем мы стремимся войти в число 20% лучших в этой группе. Такой подход определяет то, как мы планируем наши исследования и разработки, а также производственную программу.

Как вы думаете, будут ли цены продолжать падать в будущем?

Честно говоря, цены и так уже очень низкие. Я не вижу причин для их дальнейшего снижения, скорее, они вырастут. Сейчас большинство компаний по всей цепочке поставок работают в убыток. Это просто невозможно. Вы можете терять деньги в течение дня, может быть, двух, но не вечно. От добычи и переработки до производства — большая часть сектора находится в плачевном состоянии. Здесь явно что-то не так, и кризис подходит к концу. Отрасль не может продолжать работать в убыток.

Аккумулятор Challenger A12-55

Исследователи показали, что теоретический оптимальный угол наклона для производства солнечной энергии на крышах недорогих зданий в Нигерии составляет примерно 5,67°. Их моделирование предполагает использование крыш, выходящих на юг, для производства фотоэлектрической энергии на Глобальном Юге.

Ученые из Технологического университета Дурбана в Южной Африке исследовали оптимальные углы наклона крыши для интеграции фотоэлектрических систем в недорогие здания.

«На Глобальном Юге (GS) доступ к недорогому и надёжному электроснабжению остаётся проблемой, особенно в районах с низким уровнем дохода. Солнечные фотоэлектрические системы являются наиболее подходящим вариантом возобновляемой энергетики, использующим высокую солнечную радиацию и масштабируемость для удовлетворения энергетических потребностей в сельской и городской местности, — заявили авторы исследования. — Это исследование направлено на устранение пробелов в доступе к энергии, её доступности и экологичности в районах с низким уровнем дохода путём оценки чистых источников электроэнергии, их ограничений и пригодности для интеграции в экономически эффективные и экологичные жилищные проекты».

Группа разработала компьютерную модель с использованием программного обеспечения для моделирования PVSOL, в которой они исследовали эффективность фотоэлектрических систем в различных условиях. Система была смоделирована для работы в сельской местности на юге Нигерии.

В экспериментальных условиях интенсивность облучения составляла 140–165 кВт⋅ч/м²/месяц, а глобальная горизонтальная интенсивность облучения (GHI) — 1926,01 кВт⋅ч/м²/год при средней температуре 25,9 °C. Предполагалось, что дом имеет двускатную крышу площадью 140 м² и в нём проживает семья из пяти человек, потребляющая 5000 кВт⋅ч/год. На крыше можно было разместить фотоэлектрические модули мощностью от 80 до 300 Вт: 40 модулей с северной стороны и 40 с южной. Общая мощность составляла 24 кВт.

По словам исследователей, для размещения 80 фотоэлектрических модулей требуется минимальный наклон в 25°. Поэтому угол наклона крыши был смоделирован в диапазоне от 25° до 45°. Кроме того, исследователи рассмотрели случаи, когда фотоэлектрические модули установлены только на одном фронтоне (на северной или южной стороне крыши) или на обоих.

«Угол наклона крыши влияет на полезную площадь для установки фотоэлектрических панелей, особенно на крутых крышах. Теоретически оптимальный угол наклона для выработки энергии в этом месте составляет примерно 5,67°. Однако при угле наклона 25° остаётся достаточно места для 80 панелей (по 300 Вт каждая) для достижения проектной мощности 24 кВт», — заявили учёные.

Было установлено, что крыши, обращённые на юг, получают на 8% больше солнечной радиации (1845,93 кВт⋅ч/м2), чем крыши, обращённые на север (1710,12 кВт⋅ч/м2), при этом коэффициент полезного действия крыш, обращённых на север, немного выше (87,04% против 86,09%). Кроме того, группа исследователей обнаружила, что на южной стороне крыши вырабатывается больше энергии — 19 082,96 кВт⋅ч в год, что на 6,8% больше, чем на северной стороне — 17 873,97 кВт⋅ч в год.

Кроме того, моделирование показало, что система позволяет ежегодно сокращать выбросы CO2 примерно на 18 703 кг на один дом, что в сумме составляет 1 870 300 кг/год для комплекса из 100 домов. В связи с этим команда рекомендовала политикам на Глобальном Юге внедрять фотоэлектрические системы на крышах в недорогом жилье.

«В первую очередь ориентируйте панели на юг, чтобы обеспечить максимальное воздействие солнечного излучения», — заключили исследователи. «При двустороннем монтаже обеспечьте более эффективное использование мощности на южной стороне крыши. Это можно учесть в плане здания на этапах планировки и проектирования».

Основные выводы исследования

Группа датских и швейцарских исследователей пришла к важным выводам относительно природы дефектов в тонких пленках селеновых (Se) солнечных элементов. Ранее считалось, что основным источником проблем с эффективностью и снижением напряжения холостого хода (VOCVOC) в этих устройствах являются внутренние точечные дефекты. Однако новое исследование показало, что точечные дефекты сами по себе не играют определяющей роли, а причина кроется скорее в границах зерен и распространении дефектов структуры на больших масштабах.

Ключевые моменты исследования:

• Точечные дефекты: Исследователи обнаружили, что традиционные точечные дефекты, такие как вакансии и междоузлия, формируют глубокие уровни дефектов внутри запрещенной зоны, однако структура селена оказывается устойчивой к этим дефектам.
• Устойчивость к дефектам: Эта устойчивость обусловлена уникальной способностью цепей тригонального селена перестраиваться, минимизируя негативное воздействие дефектов.
• Экспериментальные методы: Чтобы подтвердить свои выводы, ученые провели ряд экспериментов, включая использование техники времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (TOF-SIMS), позволяющей определить распределение примесей в образце.
• Расчеты на основе теории функционала плотности (DFT): Совместно с коллегами из Гарварда, исследователями проведены расчеты дефектов, показавшие, что точка роста цепи селена способствует формированию стабильных дефектов, менее опасных для рабочих характеристик устройства.
• Примеси: Помимо традиционных дефектов, обнаружены дополнительные примеси, такие как галогены (фтор и хлор), присутствие которых пока недостаточно изучено.

Значение результатов

Исследование подтверждает важную гипотезу о том, что тонкие пленки селена демонстрируют высокую толерантность к внутренним точечным дефектам. Этот факт открывает перспективы дальнейшего развития технологии, основанной на селене, включая создание высокоэффективных тандемных и встроенных фотоэлементов.

Последствия выводов:

• Повышение потенциала разработки селена как абсорбционного материала в фотоэлектрических устройствах.
• Необходимость сосредоточиться на изучении границ зерен и крупных дефектов структуры, которые оказывают большее влияние на эффективность.
• Дальнейшие исследования будут направлены на разработку методик устранения дефектов, улучшение качества поверхности и снижение паразитных эффектов.

Примечания и важные дополнения

В публикации также упоминается другая работа группы ученых, представивших в декабре 2022 года солнечный элемент на основе селена площадью 0,30 см² с рекордным значением напряжения холостого хода — 0,99 В. Спустя несколько месяцев эта же группа создала образец с рекордным коэффициентом заполнения — 63,7%.

Заключение

Исследование подтвердило, что внутренние точечные дефекты в тонких пленках селена не ограничивают потенциал материала в производстве высокоэффективных солнечных элементов. Основными проблемами становятся границы зерен и большие масштабы дефектов, что ставит новую задачу перед учеными — изучить способы управления этими факторами для дальнейшей оптимизации характеристик фотоэлементов.‍2‍

Статья опубликована в журнале Energy & Environmental Science, среди авторов представлены специалисты из Гарвардского университета, Технического университета Дании и Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa).

Аккумулятор FIAMM 12FGH65

Французские компании Xsun и H3 Dynamics объявили о сотрудничестве в разработке автономной воздушной системы с питанием от солнечных батарей, водорода и аккумуляторов, которая будет оснащена интегрированной системой управления питанием и сможет перемещаться на малых высотах.

H3 Dynamics, специализирующаяся на водородной авиации, и XSun, разработчик беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), оба из Франции, объявили о партнёрстве, направленном на создание БПЛА на солнечной и водородной энергии для полётов на малой высоте.

Сочетание солнечной энергии с гибридными системами на топливных элементах может повысить эффективность использования топлива, увеличить продолжительность полёта и при этом сэкономить место и вес, говорится в заявлении компаний.

В заявлении также была упомянута новая система управления питанием, которая оптимизирует производство и использование энергии на борту. «В солнечную погоду сверхтонкие солнечные фотоэлектрические элементы, встроенные в крыло, обеспечивают питание всей системы, аккумуляторы обеспечивают пиковую мощность во время взлёта, а миниатюрная система на водородных топливных элементах обеспечивает основную мощность на крейсерском режиме», — заявили компании.

Они также описали бортовую «микросетевую систему», которая может обеспечить автономность более тяжёлых летательных аппаратов, таких как самолёты вертикального взлёта и посадки (VTOL), горизонтального вертикального взлёта и посадки (HTOL) и короткого взлёта и посадки (STOL). Никаких подробностей о солнечных батареях, топливных элементах или аккумуляторных технологиях предоставлено не было.

Компания Xsun, которая несколько лет назад выпустила лёгкий, полностью электрический дрон на солнечных батареях, заявила, что в рамках линейки систем «следующего поколения» она будет предлагать «полную экосистему решений» клиентам XSun в Европе, США, Австралии и странах Персидского залива. Это включает в себя беспилотный летательный аппарат на солнечных батареях и мобильной водородной заправочной станции, которую можно развернуть на месте проведения работ.

Более ранняя версия XSun представляла собой дрон с тандемными солнечными батареями, весивший 29 кг и имевший грузоподъёмность 4 кг. Сообщалось, что его солнечные батареи мощностью 400 Вт обеспечивали 12 часов полёта на расстояние 600 км.

H3 Dynamics — поставщик аэрокосмических и оборонных платформ, который, как отмечается, в течение последних 15 лет разрабатывал водородно-электрические системы на топливных элементах, как миниатюрные системы с воздушным охлаждением, так и более крупные системы с жидкостным охлаждением, добиваясь лучших в мире показателей удельной мощности и топливной эффективности.

Аккумулятор FIAMM 12 FGL 80

Австралийские исследователи сообщают о прорыве в технологии производства цинк-ионных аккумуляторов. Они разработали новый метод, который значительно повышает структурную стабильность материала катода, что позволяет аккумулятору надежно работать более 5000 циклов зарядки-разрядки.

Исследователи из Технологического университета Сиднея (UTS), работая с учёными из Манчестерского университета в Великобритании, разработали новый способ продления срока службы цинк-ионных аккумуляторов, которые являются альтернативой литий-ионным технологиям для хранения энергии в масштабах сети.

Прорыв связан с кооперативным эффектом Яна — Теллера — явлением, которое вызывает асимметрию в отдельных ионах и кристаллических решётках и обычно наблюдается в структурах, содержащих определённые переходные металлы, такие как медь и марганец.

Команда заявила, что разработала двумерную (2D) «суперрешётку» из оксида марганца и графена, которая запускает уникальный механизм деформации всей решётки. Эта деформация помогает катоду противостоять разрушению при многократном циклировании.

Исследователи заявили, что этот подход повышает структурную стабильность катодного материала батареи, обеспечивая более 5000 циклов с сохранением ёмкости 165 мАч/г при 5 С (1 С = 308 мА/г) в водных цинк-ионных батареях. По словам команды, результат примерно на 50% лучше, чем у современных цинк-ионных батарей.

«Наш подход предлагает эффективную стратегию для значительного увеличения срока службы перезаряжаемых аккумуляторов за счёт использования кооперативного эффекта Яна-Теллера, который преодолевает напряжение, возникающее при внедрении ионов в материалы электродов, — заявили они. — В результате получается недорогая водная цинк-ионная батарея, которая работает дольше и не представляет опасности, связанной с литий-ионными элементами».

Профессор Гоксиу Ван, ведущий автор исследования из UTS, сказал, что исследование, опубликованное в Nature Communications, предлагает практический путь к созданию масштабируемых аккумуляторных технологий хранения энергии на водной основе.

«Эта работа демонстрирует, как можно создавать гетероструктуры из двумерных материалов для масштабируемых приложений, — сказал он. — Наш подход показывает, что конструкция суперрешётки — это не просто лабораторная новинка, а жизнеспособный путь к улучшению реальных устройств, таких как перезаряжаемые аккумуляторы. Он показывает, как инновации в области двумерных материалов могут быть воплощены в практических технологиях».

Цинко-ионные аккумуляторы широко рассматриваются как многообещающая альтернатива литий-ионным аккумуляторам для стационарного хранения, но до сих пор их ограниченный срок службы ограничивал их применение в реальных условиях.

Соавтор исследования, профессор Манчестерского университета Рахул Наир, сказал, что работа команды показывает, как химический контроль на атомном уровне может решить проблемы с производительностью.

«Наше исследование открывает новые возможности в области инженерии напряжений для двумерных материалов, — сказал он. — Вызывая кооперативный эффект Яна-Теллера, мы показали, что можно точно настраивать магнитные, механические и оптические свойства материалов способами, которые ранее были невозможны».

Исследователи заявили, что они также продемонстрировали, что процесс синтеза можно масштабировать с помощью методов на водной основе, без использования токсичных растворителей или экстремальных температур. Это шаг вперёд в создании более практичных для производства цинк-ионных аккумуляторов.

Аккумулятор FIAMM 12FGL120

Материалы NAtrium Super Ionic CONductor (NASICON) продолжают демонстрировать свой потенциал в качестве натриево-ионных анодов в высокоэффективных батареях, а новые исследования, проведённые в Индии, позволяют лучше изучить эти материалы.

Исследователи из Центра передовых научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR) в Бангалоре разработали анод для натрий-ионного аккумулятора (SIB) с возможностью быстрой зарядки и длительным сроком службы.

В работе основное внимание уделяется анодному материалу типа NASICON, который был создан с использованием наноразмерных частиц, углеродного покрытия и легирования алюминием для улучшения ионной проводимости и структурной стабильности.

По словам команды, получившийся элемент может заряжаться на 80% за шесть минут и сохраняет ёмкость более чем на 3000 циклов. Эти результаты были получены в ходе лабораторных электрохимических испытаний и подтверждены квантовым моделированием. Исследователи под руководством Премкумара Сенгуттувана и кандидата наук Биплаба Патры отмечают, что характеристики аккумулятора устраняют распространённые недостатки обычных литий-ионных аккумуляторов, такие как медленная зарядка и сокращение срока службы.

В ходе другого исследования команда также представила второй анодный материал типа NASICON, который продемонстрировал плотность энергии 98 Вт·ч/кг в конфигурации с полным элементом. Этот элемент сохранил 80% своей ёмкости после 1000 циклов при скорости 5C и показал удельную ёмкость 140 мАч/г при напряжении 1,4 В. Эти значения были подтверждены в лабораторных условиях.

Оба исследования сосредоточены исключительно на разработке анодов, а катоды и составы электролитов упоминаются вскользь. Данные по испытаниям на безопасность не приводятся. Аналогичным образом, в работе не рассматриваются вопросы масштабируемости производства, стоимости киловатт-часа или влияния на цепочку поставок, хотя более широкая цель состоит в том, чтобы найти способы обойти зависимость от импорта лития за счёт использования относительно доступного натрия.

Исследование находится на ранней стадии, но в Индии его продвигают как потенциальный шаг к самообеспечению энергией в рамках политики «Атманирбхар Бхарат». Результаты опубликованы в журналах «Передовые материалы» и «Передовые энергетические материалы» под названием «Стабилизация многоэлектронного анода NASICON-Na1.5V0.5Nb1.5(PO4)3 с помощью структурной модуляции для литий-ионных аккумуляторов с длительным сроком службы.»

Аккумулятор FIAMM FG 11201

Ученые из Китая разработали проект миссии для программы развития космической солнечной энергетики (SSP) Китайской академии космических технологий. Он включает в себя три солнечные батареи, передачу энергии с помощью микроволн и передачу энергии с помощью лазера. Согласно дорожной карте, эта демонстрационная миссия может быть реализована до 2030 года.

Группа исследователей из Китая предложила план демонстрационной миссии по использованию космической солнечной энергии (SSP).

Эта миссия соответствует первому этапу дорожной карты Китайской академии космических технологий (CAST) по разработке SSP, который предусматривает проведение демонстрационной миссии в период с 2026 по 2030 год.

«Ключевая идея миссии заключается в том, чтобы продемонстрировать несколько наиболее важных технологий в рамках одной ограниченной миссии. И эти продемонстрированные технологии являются основной технической базой для последующих миссий», — сказал журналу pv автор-корреспондент Синьбинь Хоу. «Поскольку эти технологии являются прорывными инновациями, самое важное — продемонстрировать их проверку в космосе. Это сделает SSP более осуществимым с технологической точки зрения».

SSP - это потенциальный способ выработки зеленой энергии с использованием космического аппарата, который собирает солнечную энергию и передает ее на Землю посредством беспроводной передачи энергии (WPT). Технология передачи микроволновой энергии (MPT) лежит в основе предлагаемой миссии, хотя в рамках нее также будет протестирована лазерная передача энергии (LPT). Также подлежат испытанию как высоковольтные тонкопленочные солнечные батареи, так и концентрирующие солнечные батареи.

Солнечная батарея миссии состоит из сверхлёгкой тонкоплёночной солнечной панели мощностью 10 кВт с солнечными элементами из арсенида галлия (GaAs), КПД которых превышает 30%. Массив площадью 35 м2 состоит из трёх секций: высоковольтный массив, который будет вырабатывать мощность 1 кВт/500 В для демонстрационных целей; средневольтный солнечный массив, вырабатывающий около 5 кВт/100 В электроэнергии для питания полезной нагрузки MPT и LPT, а также шины платформы; и псевдосолнечный массив, используемый для имитации структурных характеристик панели. Кроме того, используется концентраторный солнечный массив с апертурой диаметром 2,4 м, что позволяет собирать в общей сложности 6,18 кВт солнечной энергии.

Система MPT включает в себя подсистему микроволнового передатчика, подсистему управления лучом и подсистему приёма. Для демонстрационной системы разработана антенна размером 2 м на 2 м с рабочей частотой 5,8 ГГц. Планируется, что мощность микроволнового излучения составит около 4 кВт и будет передаваться на приёмную подсистему на Земле на расстояние 424–600 км. Приёмная подсистема состоит из ректенны, системы измерения направления луча и передатчика пилотного сигнала.

С другой стороны, у LPT есть два продемонстрированных варианта использования: в одном случае энергия передаётся на Землю, а в другом — на сопровождающий космический аппарат. «Система LPT состоит из лазерной подсистемы, подсистемы излучения и управления лучом лазера, а также приёмной подсистемы. В соответствии с целью миссии, мощность передаваемого лазера составит 1 кВт, расстояние передачи — от 10 до 50 км в космосе и более 400 км на Земле. Для этой миссии выбран оптоволоконный лазер с длиной волны 1064 нм», — объяснила команда.

«Мы продолжим исследования в рамках последующих миссий, включая проектирование систем и разработку ключевых технологий. Конечно, мы также заинтересованы в том, чтобы использовать эти инновационные технологии в других областях», — заключил Хоу.

Предложение по миссии было представлено в статье «Высокоэффективная выработка электроэнергии и демонстрационная миссия WPT — предлагаемый первый шаг в развитии космической солнечной энергетики», опубликованной в журнале «Космическая солнечная энергетика и беспроводная передача». Ученые из Китайской академии космических технологий, Шаньдунского института аэрокосмических электронных технологий, Шанхайского института аэрокосмических систем, Университета Сидянь и Чунцинского университета разработали этот план.