Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2015
Наньянский технологический университет
ECN
Ученые из Наньянского технологического университета (NTU, Сингапур) разработали смарт-чип, способный сообщать о состоянии батареи и о возможности ее безопасного использования.
Если аккумулятор вашего смартфона или автомобиля неисправен и имеется риск его возгорания, этот чип вовремя предупредит вас. Системы, существующие в настоящее время, способны лишь сообщать пользователям о перегреве батареи, что может быть слишком поздно для принятия каких-либо предупредительных мер.
Разработанный профессором Рэчидом Язэми (Rachid Yazami) из Научно-исследовательского института энергетики при NTU, этот смарт-чип достаточно мал, чтобы его можно было установить практически в любой аккумулятор – от миниатюрной батарейки до гигантских силовых батарей электрических транспортных средств и современных самолетов.
 |
| Профессор Рэчид Язэми со своим изобретением. (Фото NTU, Сингапур). |
Первопроходец в исследованиях батарей, в 2014 году профессор Язэми, как один из трех создателей литий-ионных аккумуляторов, был удостоен премии Draper Prize, учрежденной Американской инженерной академией. Эта премия стала признанием сделанного им в 1980-х годах открытия, обезопасившего перезарядку литий-ионных аккумуляторов и проложившего путь к их повсеместному использованию.
 |
| Смарт-чип для аккумулятора, изобретенный профессором NTU Рэчидом Язэми, возле сингапурской десятицентовой монеты. (Фото NTU, Сингапур). |
«Хотя вероятность выхода из строя и воспламенения батареи очень невелика, при ежегодном выпуске литий-ионных аккумуляторов, измеряемом миллиардами штук, даже один шанс на миллион будет означать более тысячи отказов, – объяснил профессор Язэми, которому принадлежит более 50 патентов и авторство более чем 200 научных публикаций, книг и отчетов по аккумуляторам. – Это создает серьезные риски для транспортных средств и современных воздушных судов, так как обычно большие блоки батарей содержат сотни и более элементов, соединенных вместе для снабжения энергией автомобиля или самолета. Если произойдет химическое воспламенение, возникшее из-за одного неисправного элемента, огонь может перекинуться на соседние батареи, что приведет к взрыву».
Запатентованная технология
Реализованный в смарт-чипе алгоритм, разработанный и запатентованный профессором Язэми, основан на электрохимических термодинамических измерениях (технология ETM – Electrochemical Thermodynamics Measurements).
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют встроенную микросхему, которая может предоставить информацию только о напряжении и температуре. Эти батарейные чипы неспособны обнаружить симптомы нарушения работы, а могут лишь оценить количество заряда, хранимого батареей.
Для сравнения, запатентованный Язэми алгоритм, используя специальную трехмерную диаграмму, способен анализировать как исправность батареи, так и количество оставшегося в ней заряда. На экране монитора она напоминает лыжную трассу, спускающуюся с вершины горы.
Проводя аналогию с отпечатком пальца, он сказал: «"Лыжные трассы" совершенно новой батареи и деградировавшей различаются точно так же, как отпечатки двух пальцев».
«Помимо знаний о степени деградации батареи, наша технология может точно сообщать нам количество заряда, позволяя оптимизировать процесс зарядки таким образом, чтобы батарея заряжалась быстрее, но при этом максимальное время находилась в наилучших условиях, – добавил Язэми. – Я представляю себе будущее так: каждый аккумулятор будет иметь этот чип, который снизит риск воспламенения батарей в электронных устройствах и электротранспорте, а также продлит их ресурс».
По прогнозу консалтинговой компании Avicenne Energy, годовое производство портативных аккумуляторов с 13 млрд. штук в 2014 году вырастет до 35 млрд. к 2025 году.
На пути к коммерциализации
На создание смарт-чипа у профессора Язэми ушло более пяти лет, а теперь маркетингом изобретения занимается созданная им стартап компания KVI Pte Ltd. Разработку чипа Язэми выполнял в сотрудничестве с Соаибом Эль Оутмани (Sohaib El Outmani), сотрудником Научно-исследовательского института энергетики при NTU (ERIAN).
Сейчас KVI стала резидентом бизнес-инкубатора дочки NTU – NTUitive. KVI занимается внедрением изобретения в целый ряд продуктов, включая аккумуляторы мобильных устройств, измерители заряда батарей электрических транспортных средств и универсальные смарт-чипы для любых батарей.
Стартап компания имеет эксклюзивную лицензию на технологию ETM профессора Язэми, основанную на результатах научных работ, проводившихся им в NTU, Калифорнийском технологическом институте (Caltech) и французском Национальном центре научных исследований (CNRS).
Его исследования опираются на два важнейших термодинамических параметра состояния: энтропию – меру разупорядочения или хаотичности системы, и энтальпию, которая является суммой внутренней энергии системы.
Ожидается, что технология станет доступной для лицензирования производителям чипов и аккумуляторов до конца 2016 года.
