Поляку Гжегожу Милчарек (Grzegorz Milczarek) из Познаньского политехнического университета (Politechnika Poznańska) и шведу Олле Инганесу (Olle Inganäs) из университета Линчёпинга (Linköping University) удалось создать катод на основе биополимера лигнина, который составляет 20-30% биомассы дерева и является побочным продуктом целлюлозно-бумажного производства.

В конструкции катода толщиной всего 0,5 мкм производные лигнина объединены с токопроводящим полипирролом. Такой пленочный полимерный композит в ходе окислительно-восстановительных процессов может накапливать и отдавать заряд. Поскольку данный образец обладает довольно скромными параметрами и высокой степенью саморазряда, ученые экспериментируют с другими производными лигнина – ведь эти вещества по-разному проявляют себя в подобных катодах.
Основным плюсом лигнина разработчики считают его доступность и дешевизну. При этом, если ученым удастся сконструировать по-настоящему работоспособный катод, дешевые биополимеры вполне смогут заменить дорогостоящие металлы.

И в самом деле, по словам разработчиков, новый супер-конденсатор обладает емкостью, как у обычной аккумуляторной батареи, но при этом способен заряжаться и разряжаться в сотни и даже тысячи раз быстрее. При этом он сохраняет свои характеристики после большого количества циклов.

Секрет таких замечательных характеристик – в электродах, которые изготовлены не из традиционного активированного угля, а из графена. Идея использования графена для этих целей не нова, однако до сих пор ученые сталкивались с трудностями в подготовке графенового слоя нужной структуры.

Калифорнийские ученые нанесли оксид графита на поверхность DVD и поместили диск в обычный дисковод с возможностью гравировки рисунков. Затем на графит нанесли рисунок в виде микроскопической сетки. Так получился электрод всего в несколько углеродных слоев. Эту структуру разработчики назвали LSG (Laser Scribed Graphene, гравированный лазером графен).

Графеновая решетка, как показали измерения, обладает огромной удельной поверхностью 1520 кв. м/г и проводимостью 1738 сименс на метр (в 17-170 раз больше, чем у активированного угля). Это в совокупности с механической прочностью нового материала дало возможность отказаться от токоприемников.

Пластины LSG являются и активными элементами, и коллекторами тока. А пространство между ними заполняется гелеобразным полимером, который служит одновременно и электролитом, и сепаратором, и клеем.

В LSG путь ионов электролита гораздо короче, чем в активированном угле – таким образом, обеспечиваются высокая пиковая мощность и быстрая зарядка.      
По словам американских ученых, их разработка найдет применение в системах хранения энергии для портативной электроники.

В основу разработки легли квантовые точки – кристаллы полупроводника размером в несколько нанометров.

Под квантовой эффективностью понимается отношение количества пар электрон-дырка (внутренняя эффективность) или количества электронов (внешняя эффективность), сгенерированных под действием падающего на батарею света, к числу фотонов света.

В данном случае впервые в истории фотоэлектрических ячеек каждый фотон сгенерировал более одного электрона и более одной пары электрон-дырка. Этого результата удалось добиться благодаря процессу множественной генерации экситонов, который до сих пор осуществлялся только в изолированных квантовых точках.

Квантовая эффективность - это важнейший показатель солнечной батареи, от которого напрямую зависит ее КПД. Для опытного образца, который, впрочем, не был оптимизирован для сбора и отвода электрического тока, общий КПД составил 4,5%. Солнечные батареи, основанные на эффекте множественной генерации экситонов, ученые относят к третьему поколению, в отличие от всех видов солнечных батарей, разработанных ранее.

После запуска в производство (компания пока не называет даже приблизительной даты этого события) Monarch Lotus будет стоить около $9 тыс., то есть каждый киловатт электрической и тепловой энергии обойдется в $1,5. Установку общей массой 100 кг можно будет перевозить в пикапе. Monarch Lotus найдет применение в качестве индивидуальной электростанции для автокемпинга, загородного дома, придорожного кафе или магазина, а также в качестве передвижного аварийного генератора для служб спасения.

Экспериментальная установка напоминает по форме цветок лотоса диаметром 4 метра, состоящий из 18 лепестков, расположенных и соединенных между собой таким образом, что при движении шести основных лепестков все остальные тоже складываются или раскрываются. Полимерный «цветок» размещается на складном алюминиевом стебле. Это обеспечивает легкость и мобильность конструкции.

Лепестки общей площадью 11 кв. м покрыты светоотражающим материалом. Эти «зеркала» концентрируют солнечное излучение в фокусе (степень концентрации лучей – три порядка), где установлены солнечные батареи площадью около 120 кв. см. Авторы проекта планируют использовать серийно выпускаемые фотоэлектрические преобразователи с КПД около 39%

Monarch Lotus предполагается использовать как комбинированный генератор: поскольку ему требуется охлаждение, он будет не только производить электроэнергию, но и нагревать воду. Чтобы использовать тепловую энергию воды, авторы проекта разрабатывают для «лотоса» альтернативный электрогенератор, состоящий из парового котла и паровой машины. Возможно, это повысит эффективность установки. К тому же, Monarch Lotus может работать и как опреснитель, поставляя до 10 тыс. литров воды в день.

ELVIIS позволяет заряжать электромобиль в любое удобное для владельца время от любой доступной электрической розетки (а не только на специализированных «заправках»). Разработчики считают, что новинка, благодаря своему удобству, поспособствует более широкому распространению экологичных электромобилей.

ELVIIS включает в себя электронную «начинку», средства связи с энергетической компанией, спутниковую навигацию и удобный пользовательский интерфейс, с помощью которого автовладелец может выбрать параметры зарядки (кстати, это можно делать и дистанционно – через смартфон или планшетник). Встроенный GPS-навигатор определяет точные координаты розетки, а электрокомпания включает закачанное электричество в домашний счет владельца.

При этом ELVIIS поможет автолюбителям экономить, благодаря функции гибкой подстройки параметров зарядки. Например, фактическое время зарядки может сдвигаться на ночные часы, когда питающая сеть не так загружена, а электричество стоит дешевле.

ELVIIS – пока концептуальная разработка, у которой, однако, большое будущее. Сейчас новинкой оснащены пять электромобилей Volvo C30 Electric, которые будут проходить тестовые испытания в течение года. Такой электромобиль был выставлен в Барселоне на Всемирном конгрессе по мобильным технологиям (Mobile World Congress 2012) в феврале-марте 2012 г.

По подсчетам ученых, уже создавших подробную компьютерную модель автодороги, для того, чтобы подзарядить электромобиль, перемещающийся с большой скорости по хайвею или загородной трассе, необходима цепочка устройств, способных передавать мощность в 10 кВт на расстояние до 2 м. КПД такой системы может достигать 97%. Это позволило бы восполнить энергетические запасы авто между участками разгона или подъема, когда в качестве источника энергии используется ресурс батареи.
Кончено, внедрение новой концепции означает реконструкцию всей сети автодорог, что потребует немалых инвестиций. Проект дополняется новыми предложениями. Например, установка вдоль дорог солнечных батарей и ветряков исключит необходимость передачи «зеленого» электричества на большие расстояния.

Стоит заметить, что попытки встроить «зарядники» в дорожное полотно неоднократно делались и раньше. Но из-за ряда ограничений на скоростной режим подзаряжаемого автомобиля они оказывались пригодны либо для аттракционов, либо для установки на перекрестках (где скорость движения снижена) или в гаражах. Поэтому можно сказать, что Шаньхуэй Фань и его стэнфордские коллеги предложили первое жизнеспособное решение.

Для «ловли» световой энергии инженер разместил по периферии экрана и под ним фотоэлементы, которые уже сейчас осуществляют захват излучаемого дисплеем света с эффективностью 11% при целевом значении 18%. Другими словами, при размере экрана 3,7” фотоэлементы Ахнуда позволяют в качестве бонуса получить 5 мВт электроэнергии.

Ахнуд подсчитал, что лишь 36% света, который излучает подсветка экрана, используется «по назначению» - помогает просматривать отображенную на нем текстовую и графическую информацию. Остальное световое излучение рассеивается в пустоту. Фотоэлементы, которые установил на своем прототипе ученый – лишь первый шаг в достижении энергоэффективности смартфона. Гораздо лучших результатов можно будет добиться, если оптимизировать структуру самого OLED-дисплея.

В рамках программы, которая проводится при поддержке Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы, в подъездах жилых домов и в торговых центрах установят специальные контейнеры.

Батарейки и аккумуляторы, как известно, взрывоопасны. К тому же, они содержат токсичные металлы (литий, ртуть, медь, марганец), которые при попадании в почву негативно влияют и на окружающую среду, и на здоровье человека. Тем не менее, из-за отсутствия специальной системы сбора люди выбрасывают севшие батарейки в мусорное ведро вместе с пищевыми и бытовыми отходами.

В России такая программа в масштабах города стартует впервые. Сейчас севшие батарейки принимает экоцентр «Промотходы», но только у юридических лиц и только за определенную плату. Сбором батареек у обычных граждан – да еще и в обмен на почетную грамоту «Лучший защитник планеты» – занимается биологический музей им. Тимирязева. Но об этом знают далеко не все. Теперь все будет иначе. Собранные у населения батарейки будут направлять на металлургические предприятия, перерабатывать и использовать извлеченные металлы повторно.

Емкость батарей пока сопоставима с никель-кадмиевыми предшественниками, но ученые собираются в обозримом будущем улучшить их показатели.

Прозрачные батареи удалось получить на тонкой полимерной пленке из полидиметилсилоксана, на которую нарастили металлическую сетку с толщиной проводящих линий всего 35 мкм. Предел разрешения человеческого глаза выше, а потому сетка кажется прозрачной. Гель, которым заполнили пространство между электродами, выполняет функции и электролита, и сепаратора.

Новый источник электроэнергии действительно воспринимается глазом как прозрачный, что открывает дизайнерам гаджетов новые просторы для полета фантазии. Единичная батарейка пропускает 63% световых волн, тогда как «пачка» из трех батарей обладает суммарным светопропусканием в 60%.

Помимо эстетической, есть у нового устройства и практическая польза: теперь ученым проще наблюдать за процессами, протекающими в аккумуляторных батареях.

Они стоят с два раза дороже своих собратьев с ДВС. Зато затраты на зарядку электробуса составят лишь 150-200 тыс. руб. в год, а это в 4-5 раз выгоднее, чем заправлять топливом традиционный автобус. Новый транспорт появится в первую очередь на тех маршрутах, где нет контактной сети для троллейбуса.

Источником энергии для электробуса будет служить Li-Ion аккумуляторы от новосибирского «Лиотеха». При этом энергопотребление у него будет на 35–40% ниже, чем у троллейбуса. Без подзарядки электробус сможет пройти около 250 км (что сопоставимо со средним пробегом за одну смену), а зарядка займет всего 3 часа.

Правительство Москвы собирается закупить около 100 электробусов и потратить на это 700-800 млн. руб. В числе возможных поставщиков нового транспорта для столицы называют компании «Тролза» и «НефАЗ». «Траснпорт будущего» был представлен сразу несколькими компаниями на международной выставке-форуме «Rusnanotech 2011», проходившей в Москве в октябре 2011 года.

Основой для электродов послужили жгутики архей – микроорганизмов, которые в природе прекрасно живут в воде с огромной концентрацией солей, повышенной кислотностью или температурой свыше 80°С, то есть в условиях, приближенных к физической среде аккумуляторов. Новая разработка московского Института физической химии и электрохимии РАН и пущинского Института белка РАН базируется на недавних открытиях в производстве микробиологических электродных наноматериалов.

Ранее в качестве основы аккумуляторных электродов уже использовались микроорганизмы – колонии генномодифицированных вирусов, на которые наносился оксид кобальта. Применение в качестве основы электрода такой нанопроволоки – по сравнению с традиционными графитовыми стержнями – значительно повышало емкость аккумулятора. Однако микроорганизмы, не приспособленные к жизни в экстремальных средах, быстро деградировали.

Археи, открытие которых раньше считалось чисто академическим и не представляющим практического интереса, позволили в разы увеличить срок службы наномолекулярных электродов.

Новая разработка, вкупе с уже применяемой в этих АКБ фирменной технологией Carbon.NANO.Technology, позволила увеличить прием заряда АКБ от 5 до 20%, на 2% сократить расход горючего за счет снижения нагрузки на генератор, продлить срок службы батарей и повысить класс производительности.

Технология Li+ внедрена в производство АКБ с ноября 2011 года. Особенно высокие характеристики новые аккумуляторы показывают в автомобилях с электронно-управляемой системой заряда. Причем, согласно прогнозам аналитиков, в ближайшие годы в связи с введением норм Euro 5 количество таких автомобилей, а следовательно, и спрос на АКБ для них, будет неуклонно расти.

Однако при использовании в обычных автомобилях (с постоянной системой заряда) новые аккумуляторы тоже решают немаловажную проблему, связанную с недозарядом АКБ при езде на небольшие дистанции – ведь аккумулятор с Li+ за то же время успевает получить на 5-20% больше заряда.