Спец-ЭлектронКомплект

Батарейки и аккумуляторы до сих пор остаются одними из ключевых элементов современной электроники ― даже несмотря на то, что обладают множеством недостатков. При этом принципиально изменить их работу нельзя из-за особенностей химических и физических процессов. Поэтому ученые, стартапы и крупные компании ищут способы переизобрести их или перейти на полностью новые конструкции. Собственную альтернативу предложили студенты Нового физтеха ИТМО ― они собрали батарейку «Крона», которую можно заряжать до 500 раз с помощью беспроводной зарядки для смартфона или смарт-часов. Как работает батарейка, рассказываем в нашем материале.

Прототип беспроводной батарейки.

Что ждет батарейку после смерти?
Обычные бытовые батарейки содержат токсичные для окружающей среды компоненты ― литий, цинк, никель, кобальт и другие элементы. Именно поэтому их нельзя просто отнести на свалку ― необходимо правильно утилизировать батарейки, сдавая их в специальные пункты приема на переработку. Там из вторичного сырья извлекают цветные металлы и их соли, которые затем снова используют. Например, диоксид марганца применяют в качестве пигмента для бетона и кирпичей, а благодаря цинковому порошку огни фейерверка получают голубой оттенок.

В отличие от одноразовых батареек, аккумуляторы можно неоднократно заряжать в домашних условиях, но для этого нужно купить специальное зарядное устройство. Как правило, такие приборы подходят для ограниченного числа элементов питания ― например, для аккумуляторов типа АА, ААА или «Кроны». Кроме того, их нужно подключать либо через USB-провод, либо через розетку. Часто это не очень удобно, поэтому ученые и компании по всему миру стараются придумать новые, более удобные способы зарядки. Например, в 2016 году американская компания Lightors разработала специальную беспроводную подставку. Если положить на нее аккумуляторы этой компании, они снова наполнятся энергией. Но это касается только элементов питания АА и ААА от этой фирмы, а как подзаряжать другие типы батареек?

Прототип беспроводной батарейки, расположенный на станции для беспроводной зарядки стандарта Qi. Белая подложка — это передающая антенна, плата с микросхемами — блок питания для неё.

Новая жизнь
Команда студентов образовательной программы «Беспроводные технологии» Нового физтеха ИТМО разработала прототип перезаряжаемого аккумулятора в форме батарейки «Крона». Ее энергию можно восстановить на любом устройстве беспроводной зарядки. Красный индикатор на батарейке означает, что она еще заряжается, синий — сигнализирует о том, что процесс завершен.

«Главное преимущество нашего устройства — совместимость с любой беспроводной зарядкой, например для смартфона или смарт-часов. Емкость батарейки — 270 мА·ч, ее можно зарядить до 500 раз, а одна зарядка продлится всего 15 минут», — рассказывает один из разработчиков Андрей Минеев.

«Крона» служит дольше «пальчиковых» батареек, а использовать ее можно в разных устройствах — от радиоуправляемых детских игрушек до дозиметров и радиоприемников. Причем чтобы зарядить батарейку, даже не обязательно вытаскивать ее из устройства — достаточно положить его на беспроводную зарядную станцию.

«Например, чтобы поменять батарейку в мультиметре, нужно сначала его разобрать, потом достать батарейку, выбросить ее и сходить за новой. Всё это очень неудобно. А так можно положить прибор на станцию зарядки и всё. Как заряжается ваш смартфон, таким же образом заряжается и наша батарейка. Это удобно и экологично. Мы надеемся, что разработка будет востребована, потому что аналогов такой формы на рынке нет», — поясняет другой участник разработки Данил Черноморов.

Еще одним достоинством разработки ее авторы называют стоимость компонентов ― команде удалось сконструировать батарейку из недорогих микросхем, доступных в любом магазине электроники.

Стать Илоном Маском на первом курсе
В команду проекта входят студенты первого курса бакалавриата Нового физтеха ИТМО — Александр Гурджиев, Егор Демешко, Андрей Минеев, Денис Павлов и Данил Черноморов, работающие под началом сотрудников Нового физтеха Павла Серёгина и Никиты Олехно. Изначально список тем студентам предлагали преподаватели Нового физтеха, а обучающиеся выбирали, что им больше по душе и насколько перспективно направление. В итоге команда разработчиков остановилась на идее создать беспроводную перезаряжаемую батарейку «Крона», так как, по мнению студентов, рынок беспроводных технологий сейчас активно развивается.

Всего за семестр они не только собрали команду и разработали прототип, но и представили проект перед комиссией. В будущем, как отметил куратор направления проектной работы бакалавриата «Беспроводные технологии», научный сотрудник Нового физтеха Никита Олехно, студенты могут получить финансирование на проект, если подадут заявку с описанием своей разработки в программы «СТАРТ» или «УМНИК».

«Мы даем студентам почувствовать, зачем они учат весь этот математический анализ и физику. Они пришли сюда, чтобы быть инженерами — Николами Теслами и Илонами Масками. А чтобы стать настоящим инженером, нужно почувствовать все процессы инженерного творчества: поставить задачу, проанализировать рынок существующих решений и придумать свое, посчитать стоимость производства, собрать прототип и написать техническую документацию, в том числе инструкцию для пользователей. Ребята должны заранее, перед выпуском из университета, понять, какой трек они выбирают и что их будет ждать в жизни», — объясняет он.

В дальнейшем команда студентов рассчитывает увеличить ёмкость аккумулятора в два раза, что позволит дольше питать устройство. Увеличить ёмкость аккумулятора можно, например, если вместо купленных типовых компонентов использовать печатные платы собственной разработки меньшего размера. В таком случае можно получить более компактную батарейку другого типа, например АА. А еще можно сделать беспроводную батарейку более экологичной. Например, если после максимального количества перезарядок заменять только изношенный аккумулятор, выполненный в виде сменного модуля. При этом корпус батарейки, напечатанный на 3D принтере, и остальную электронику внутри неё можно будет использовать и дальше.

Источник