Onderzoekers ontwikkelen virtuele accu's

Medewerkers van twee Duitse onderzoeksinstituten hebben een complete accu voor het eerst op atomaire schaal gesimuleerd. Met virtuele accu's kunnen de eigenschappen van bestaande en toekomstige accu's worden doorberekend.

Het simuleren van accu's werd al langer uitgevoerd, maar een gedetailleerd model werd nog niet in een computer gemaakt. Onderzoekers van het Institute for Advanced Simulation en de universiteit van Saarland hebben echter een atomair model van een accu ontwikkeld. De 'resolutie' van hun simulatie is daarmee een stuk beter dan die van eerdere simulaties, waarbij slechts op macromoleculaire schaal gesimuleerd werd. Met de atomaire simulatie moeten niet alleen chemische reacties zoals die bekend zijn in bestaande accu's gereproduceerd kunnen worden, maar zouden ook volledig nieuwe combinaties van elektrodes en elektrolyten getest kunnen worden.

Met het atomaire model wordt niet langer op experimentele data vertrouwd om de simulaties uit te voeren. Door chemische reacties te modelleren in software kunnen ook nieuwe accutechnieken eerst op haalbaarheid onderzocht worden. De Duitsers moesten in hun chemische modellen de lading van atomen variabel maken; in bestaande modellen wordt juist uitgegaan van statische evenwichten. Met het model blijken de voorspelde eigenschappen, zoals de afname van de capaciteit van accu's, overeen te komen met experimentele data.

Vooralsnog zijn de gesimuleerde accu's zeer klein; een eerste gesimuleerde nano-accu bestond uit 358 atomen, met 118 atomen voor de elektrodes. Desalniettemin kunnen die kleine simulaties voorspellen hoe accu's ontladen en hoe de capaciteit van accu's afneemt naarmate het aantal laadcycli toeneemt. Dat zou informatie kunnen geven over hoe toekomstige accu's langer kunnen meegaan. Er is echter nog wat ruimte voor verbetering. De simulaties werken met een elektrolyt dat een vaste lading heeft. In echte accu's is die veranderlijk, net als de lading van elektrodes. In toekomstige versies moet de simulatie daar ook rekening mee houden, wat tot nog betere voorspellingen van accugedrag moet leiden.

Reacties (41)

[GrimaceODespair]

Als ik dit lees, krijg ik het idee dat die virtuele accu maar een zeer beperkte toepassing is van iets wat veel meer belang gaat krijgen. Ik bedoel: atoomreacties modelleren op atoomniveau, dan sta je toch aan de wieg van het simuleren van zo ongeveer alles?

[Verwijderd]

Dit soort simulaties worden al heel erg lang gedaan in de biologie.

Probleem is alleen dat de simulatie verschrikkelijk veel tijd kost, én dat de resultaten i.h.a. weinig betrouwbaar zijn. Je kunt het heel goed gebruiken om bepaalde bekende effecten te verklaren. Maar ze zijn meestal van weinig voorspellende waarde.

[Verwijderd]

In de branch waar ik werk, de olie- en gas industrie, worden simulaties vooral gedaan om 'wat als' situaties te beschrijven. 'Wat als ik een boorput 10 meter opschuif?', bijvoorbeeld.

De simulator zorgt er dan voor dat de miljoenen berekeningen op een vlotte manier correct wordt uitgevoerd.

Puur een tool, dus. In het echt zullen de resultaten niet overeenkomen met de simulaties. Er kan immers van alles gebeuren wat geen parameter is in de simulator.
De voorspellende waarde is dus ook in 'mijn' branch gelimiteerd.

Maar desondanks heeft een simulator wel nut: Snel kunnen testen van het effect van parameters versus het opzetten van een volledige testomgeving in het 'echie'. Laat staan de kosten.

Zo zie ik deze simulator ook: als een tool. (ik ben het dus niet oneens met AHBdV )

Ik heb weinig kaas gegeten van elektrische simulatoren (hoewel ik niet verwacht dat 't veel afwijkt van gewone 'flow' simulators). Iemand een idee wat hierbij komt kijken?

[Verwijderd]

Dat wordt al een tijdje gedaan hoor. Met een computer kan je alles simuleren wat je maar wil. Het is dus eerder andersom: een specifieke toepassing van een algemene simulatie, i.p.v. een "beperkte" toepassing. De uitdaging is specifieke toepassingen zoals deze vinden en efficiënt modelleren.

[.jef]

Meest nuttige onderzoek dat er maar kan zijn momenteel: betere batterijen. Met al onze smartphones, tables, laptops, ...

En we kennen allemaal wel de frustratie van een lege accu...

[Plekuz]

Paard achter de wagen wat mij betreft. Als de andere onderdelen niet zoveel zouden slurpen is er helemaal geen betere batterij nodig. Niet dat er geen betere accu mag komen, maar daar ligt niet de oorzaak van het probleem voor wat betreft de smartphones, tablets en laptops.

Maak eerst maar eens processor, geheugen, scherm, etc energiezuiniger. Wat je anders gaat krijgen is dat men nog minder gaat letten op het energieverbruik van de onderdelen, de batterij is toch krachtig genoeg, en dan ben je snel weer terug bij af.

Hetzelfde is bijvoorbeeld bij softwareontwikkeling al gebeurd. Efficient programmeren is al lang niet meer zo belangrijk als jaren terug toen je nog echt moest nadenken hoeveel geheugen en processorkracht je software zou gaan gebruiken.

[Verwijderd]

Paard achter de wagen wat mij betreft. Als de andere onderdelen niet zoveel zouden slurpen is er helemaal geen betere batterij nodig. Niet dat er geen betere accu mag komen, maar daar ligt niet de oorzaak van het probleem voor wat betreft de smartphones, tablets en laptops.

Maak eerst maar eens processor, geheugen, scherm, etc energiezuiniger. Wat je anders gaat krijgen is dat men nog minder gaat letten op het energieverbruik van de onderdelen, de batterij is toch krachtig genoeg, en dan ben je snel weer terug bij af.

Da's erg kortzichtig. Schermen kunnen niet veel zuiniger gemaakt worden. Verlichting kost nu eenmaal energie. Je kan dat misschien een paar procent zuiniger maken met geavanceerde technologie en materialen, maar dat kost dan weer een pak meer. Batterijen kunnen nog veel meer dan een paar procent verbeteren.

Processors en geheugen kunnen ook wel nog verbeteren, maar het scherm wordt uiteindelijk de beperkende factor.

Hetzelfde is bijvoorbeeld bij softwareontwikkeling al gebeurd. Efficient programmeren is al lang niet meer zo belangrijk als jaren terug toen je nog echt moest nadenken hoeveel geheugen en processorkracht je software zou gaan gebruiken.

Weerom is dat een kwestie van evenwicht. Software wordt steeds complexer, en om die complexiteit beheerbaar te houden voor de doorsnee programmeur zijn er programmeertechnieken nodig die het gestructureerder maken, maar wel wat prestaties kunnen kosten.

Dit is van alle tijden. Toen de eerste assembler-programma's verschenen werd daarop neergekeken door de meerderheid van programmeurs die in machinetaal aan het programmeren waren. Vandaag de dag is het zelfs ondenkbaar om volledige programma's in assembler te schrijven!

Verkijk je dus niet op dit 'verlies' aan prestaties. Daar krijg je heel veel functionaliteit voor een lage prijs voor terug. En applicaties die het onderste uit de kan moeten halen worden nog steeds goed geoptimaliseerd hoor. Het is echter tijdverspilling (en geld) om elke regel code te optimaliseren.

Algemene vooruitgang moet dus op alle vlakken gebeuren. Het ene is niet meer belangrijk dan het andere. Betere accu's zullen ongetwijfeld dingen mogelijk maken die je met een beter scherm of geoptimaliseerde software nooit kosteneffectief kunt behalen.

[sickyb]

Nuttig ja. maar om het nu direct het meest nuttige onderzoek te noemen...
In elk geval zal het wel mooi zijn als we hierdoor inderdaad betere accu's gaan krijgen maar ik vrees dat die ontwikkelingen niet supersnel op de markt gaan verschijnen.

Hopelijk gaan ook andere instituten gebruik maken van deze betere simulatiemethoden.

[computerjunky]

Wat mij betreft heeft hji gelijk.

Creatie van energie is in de toekoms de nummer 1 maar vooralsnog is opslag van energie de nummer 1 prioriteit.

We verspillen enorm veel doordat we snachts minder consumeren maar wel moeten blijven produceren.
Zo kan je bij een krachtcentrale niet zomaar een kernfusie stopzetten.
het blijft warmte creeren en dus is de energie die daarmee vrijkomt verloren als de generatoren uit gaan.
Bij gas/kolen centrales is het iets simpeler maar die kan nog steeds niet helemaal uit omdat het anders teveel tijd enenergie kostom het weer op te starten.

Dus deze stroom gewoon genereren en opslaan en gedurendce dag vrijgeven zou betekenen dat we minder gas en kolen centrales nodig hebben omdat er minder energie verloren gaat.
Windmolens kan je wel stopzetten maar waarom zou je dat willen de energie bron is immers gratis en zoiezo al niet gegarandeerd dus ok hier zou een backup handig zijn voor als het even windstil is.
Zonnepanelen doen snachts niks maar genereren overdag satroom wanneer we aan het werk zijn. Deze stroom opslaan zou veel geld schelen en ze veel efficienter maken.

En natuurlijk hebben we ook meer sap voor telefoons tablets en laptops nodig.

En autos hebben niet alleen meer capaciteit nodig zodat we gewoon 600 a 800 KM kunnen rijden ook de oplaadduur en aantal charge cycles zijn enorm van belang.
Ik en velen met mij zouden een electro auto pas overwegen bij een acceradius van 600 km en een garantie dat nieuwe accus niet meer dan 1000 euro kosten en ze minimaal 5 jaar mee gaan.

Accus worden in zo veel gebruikt en in zoveel nog niet omdat ze nog niet toerijkend zijn dat het echt wel de meest belangerijke onderzoek is op de korte termijn.
Op de lange termijn is het natuurlijk alternatieve brandstof.

[Schnitzel]

Het probleem met elektriciteit is het feit dat er een geen groot verschil met aanbod en vraag moet zijn. Te weinig stroom en teveel aanbod en andersom en het gaat fout zoals in India in 2012 (http://zeenews.india.com/...-does-it-happen_3584.html)

Daarom is het van belang dat vraag en aanbod goed op elkaar afgestemd worden. Overdag wordt veel stroom opgewekt door bijv. zonnecellen en windmolens. Als er teveel stroom aan het net geleverd wordt zonder dat dit afvloeit, kan dit een gevaar opleveren. Stroomstoring met andere woorden. Het tijdelijk opslaan van de (te)veel energie kan hier dus een groot voordeel zijn. (http://www.sciencedaily.c.../2012/08/120809124611.htm)

Echter is het nu nog lastig om goed veel energie op te kunnen slaan (lage energiedichtheid van opslagmedia) maar veel onderzoekers zijn hier mee bezig (http://www.scientificamer...y-uses-lithium-and-sulfur) en (http://zernike.eldoc.ub.rug.nl/root/2013/PolymerVukovic/)

Kortom interessante vinding

[computerjunky]

Exact wat ik zij dus

En vooralsnog hebben we meer capaciteit dan dat we vraag hebben dus in een optimale/ideale situatie gaan er een aantal schadelike centrales dicht en word de overcapacitiet gebruikt en word het opgeslagen voor wanneer het nodig is.
Met als resutaat of minder kern centrales waardeer er minder vooralsnog onafbreekbaar schadelijk materiaal opgeslagen moet worden of mindergas en kopen centrales en dus uitstoot van gassen.

Verder inderdaad een zeer interesante accu techniek in de laatste link.
4x de capaciteit zou betekenen dat als ik gewoon een week met mijn telefoon accu doe.
En een auto ipv 350 km gemiddeld op een accu gewoon 2x zo lang mee gaat als een zuinige benzine.
Helaas staat er niet bij na hoeveel charges deze techniek gaat aftakelen en de accu dus vervangen moet worden.

[Reactie gewijzigd door computerjunky op 24 juli 2024 04:54]

[_Pussycat_]

Electriciteit kan vrij goed worden opgeslagen in pompcentrales. Als je binnen de EU de landen goed verbindt zou je de capaciteit in bv. Noorwegen daarvoor geweldig kunnen inzetten. Ook zouden zijn dan bij goed aanbod van energie uit het zuiden hun waterkrachtcentrales uit kunnen schakelen.

Ik geloof dat hier meer de politieke wil in de weg staat dan dat het niet mogelijk is. In Duitsland probeert een consortium zo een kabel te bouwen, maar heeft het probleem dat de energiebedrijven in DE verplicht zijn om energiecentrales toegang tot het netwerk te geven maar dat dit niet voor energietoeleidingen geldt. De politiek heeft schijnbaar weinig zin dat te veranderen.

Ik denk niet dat accu's voor deze toepassing ooit zinnig worden. Wat nodig is zijn politici die een Europese gedachte niet altijd uitroepen maar eens zelf uitdragen.

[Styreta]

Je verliest veels te veel stroom in transmissie. Anders hadden we alle kern centrales wel op de noordpool ofzo gezet.

[gertm]

Met HVDC (gelijkstroom op hoge spanning) vallen die verliezen wel mee - ongeveer 3% per 1000 km. 2000 km naar de pompcentrale, en 2000 km terug, maakt dan een verlies van 12% - plus pakweg 25% in de pompcentrale zelf.
(de noordpool zou overigens geen goede keuze zijn - daar is geen vaste grond... )

[Japs]

Zo kan je bij een krachtcentrale niet zomaar een kernfusie stopzetten.

Je bedoelt denk ik kernsplijting...kernfusie is volgens mij heel makkelijk stop te zetten (starten komt weer veel bij kijken)...maar zolang er nog geen operationele produktie fusie-centrales zijn is het een beetje koffiedik kijken

[computerjunky]

geen idee welke van de 2 het was hehe maar kerncentrales genereren stroom door stoom te creeren met de hitte die vrijkomt uit net nucleaire materiaal.
Het stopzetten van stoom genereren en dus stroom is makkelijk door simpelweg de generatoren uit te zetten.
Maar het process van hittecreatie is niet zomaar te stoppen en dus is het verspilling om de generatoren uit te zetten.
Deze energie kan beter opgeslagen worden en daarmee kan eventueel in de toekomst een gas os kolen centrale dicht.
dat is een win win.

[hackerhater]

Niet makkelijk uit te zetten is kernsplijting, dat is ook het probleem als het fout gaat.

Kernfusie (proces achter sterren) is heel makkelijk te stoppen (letterlijk gewoon de aanvoer stoppen), maar het weer opstarten duurt lang.

[fluffy1]

Het opstarten duurt niet alleen lang, het kost ook enorm veel energie. Dus indien men kernfusiecentrales had, zou het ook niet wenselijk zijn om deze stop te zetten.

[dasiro]

beiden zijn makkelijk stop te zetten, maar zulke centrales kan je niet zomaar ff opstarten of afsluiten omdat je niet enkel de reactie die tot warmte leidt stopzet, maar daardoor ook de hele serie die er achter hangt: stoomproductie en turbines die aangedreven worden

[sickyb]

Op zich ben ik het wel met je eens hoor.

Alleen vindt ik het compleet onzinnig om iets tot "het meest nuttige onderzoek" te bestempelen omdat alleen de toekomst kan uitwijzen waartoe iets leid. Zo lijkt mij het onderzoek naar kweekvlees ook erg nuttig. Waarschijnlijk wordt er ook nog wel ergens in de donkere kamertjes van een of ander onderzoeksinstituut onderzoek gedaan naar zaken die op dit moment totaal niet nuttig lijken maar die later een enorme impact gaan hebben.

Misschien is er ergens wel iemand op weg om een ontdekking te doen die baterijen, zoals wij ze kennen, totaal overbodig gaan maken.

[Verwijderd]

Zo kan je bij een krachtcentrale niet zomaar een kernfusie stopzetten.

Een van de grote voordelen van een fusiereactor boven de nu bestaande is dat dat juist wel kan. Ze zijn snel op te starten en te stoppen.

[Mentalist]

We verspillen enorm veel doordat we snachts minder consumeren maar wel moeten blijven produceren.
Zo kan je bij een krachtcentrale niet zomaar een kernfusie stopzetten.

Die verspilling valt wel mee.

Kijk maar naar de energieprijzen van dubbeltarief (dag/nacht) en enkeltarief. Dag/nacht is zelden goedkoper en voor veel gezinnen duurder. Zelfs als je heel erg je best doet ('s nachts was en vaatwas etc) heb je amper een paar tientjes voordeel.

Dat was 10 jaar geleden wel anders, toen kon je nog echt besparen met dubbeltarief en veel 's nachts doen.

Je kijkt nu naar iets van 21 cent enkeltarief en 22(dag)/20(nacht) cent dubbeltarief. Als er 's nachts echt zoveel verspilling was (en dat was er vroeger wel) dan was het nachttarief wel een stuk lager. Er zijn overigens over de dag nog wel flinke schommelingen in prijs. Op sommige momenten is stroom zelf goedkoper dan gratis, de prijs is dan negatief. Dat zijn momenten dat er een overschot is terwijl het net dat niet kwijt kan. Een gigantische accu zou op zo'n moment wel handig zijn..

Als consument krijg je geen toegang tot dergelijke tarieven, je zou dan namelijk ook de €2,-/kWh moeten betalen wanneer er een serieus tekort is..

[Reactie gewijzigd door Mentalist op 24 juli 2024 04:54]

[eijckron]

Voor het opslaan van energie om de verschillen tussen vraag en aanbod beter op elkaar af te stemmen moet je volgens mij aan veel simpelere oplossingen denken zoals water oppompen naar een hoger gelegen bassin en het weer gebruiken zoals een stuwmeer zodra je de energie nodig hebt. Zo zijn er meer simpel op te schalen systemen zoals luchtdruk of het verwarmen van zout. Geen top rendement maar wel eenvoudig realiseerbaar met hoge capaciteit.

[computerjunky]

Het robleem is bij alles wat je omzet vaak energie verloren gaat.
door bijvoorbeeld weerstand van de as en het gewicht van het voertuig op de as of de weerstand van water en ga zo maar door dus dit zou een niet erg efficiente manier zijn.
nou gaat er bij opslag in accus ook wel wat verloren maar die zijn naar mijn weten toch nog effectiever.

[watercoolertje]

Post totaal gewijzigd nadat ik zwaar verbijsterd was van het compleet verkeerd begrijpen wat ik probeer zeggen.

Ik ben OOK voor betere accu's maar NIET omdat IK dan minder luxe-problemen heb (en me telefoon niet meer elke dag op hoef te laden)!

Accu's beter voor eigen gewin? NEE
Accu's beter voor maatschappelijk gewin? JA
Allerbelangrijkste onderzoek? NEE

Zo duidelijk?

Dus mensen hier onder misschien proberen iets meer begrijpend te lezen, dan snap je ook mijn punt ipv doen of ik zeg dat ik anti accu-verbetering ben wat totaal niet zo is (alleen dan wel met het juiste non-egoistische uitgangspunt).

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 24 juli 2024 04:54]

[computerjunky]

Niet alleen niet elke dag op hoeven laden er gaat ook minder stroom verloren.

Snachts is er overproductie als iedereen snachts 5 ampere meer in zijn telefoon pompt is een deel van dat probleem al opgelost en hoeven veel mensen niet overdag aan het sap.
Hetzelfde geld met auto accus als die even 4x de capaciteit krijgen en straks 25% van de mensen een electro auto hebben en er 600 ampere in de auto accus gaan is er zo goed als geen overcapaciteit meer.
dDit is beter voor het mileu en velen wetenschappers zullen zelfs zeggen dat de reductie in troep in de lcuht weer beter is voor de gezondheid er er dus standaard al geld overblijft voor onderzoek naar kanker omdat mensen minder andere problemen hebben.

Het gaat allemaal iets verder dan korte termijn denken al zijn op de korte termijn de voordelen wel het grootste voor de comfort en zal het wat langer duren voordat dit een positieve uitwerking heeft op het miljeu en de gezondhijd van mens en dier.

Accus en stroom opslag zijn in deze tijd verre van luxe problemen.

[smartsys]

Je haalt enkele eenheden door elkaar.
Je "pompt" geen 5 ampère in je telefoon. Je pompt met bijv. 5 ampère een aantal Watt/uur in je telefoon. Dit zou er overigens voor zorgen dat er veel rook uit je telefoon komt, want de connectoren en printbanen zijn hier niet op berekend.
Opladen gebeurd met max. 1,5Amp.

De capaciteit van een accu wordt in Wh of KWh uitgedrukt. Oftewel de accu kan gedurende een vastgestelde tijd een bepaald vermogen afgeven.
Het vermogen bestaat uit de spanning maal de stroom.

[EvaluationCopy]

Niet per se. Capaciteit van scheepsaccu's wordt wel degelijk in Ampère/uur uitgedrukt, zie bv. http://www.vetus.com/stroom-aan-boord/accu-s.html

[emmerx]

Die notatie van capaciteit is erg ouderwets c.q. achterlijk.

Het geeft namelijk niet de capaciteit aan, want daarvoor moet je het voltage nog weten.
En het geeft ook niet de totale ontlaadstroom aan, want die is weer erg afhankelijk van de stroom (de opgegeven waarde zou moeten gelden bij een volledige ontlading in 20 uur)


Enige juiste eenheden zijn dus Wh of Coulomb

[N8w8]

Enige juiste eenheden zijn dus Wh of Coulomb

Coulomb is ampere * seconde, die bedoel je ws niet. Zoals je zelf al zegt:

Het geeft namelijk niet de capaciteit aan, want daarvoor moet je het voltage nog weten.

1 Wh = 3600 joule. Want 1W = 1 J/s, en er zijn 3600 seconden in 1 h.

[Verwijderd]

Ik weet het niet hoor, maar wat jij noemt zijn luxe-problemen. Hoe kan je dat nou het meest nuttige onderzoek noemen naar een oplossing van een luxe-probleem...

Al het geld van het kankerfonds dan maar in accu's steken want dat is toch veel belangrijker dat je niet elke dag op hoeft te laden?

Goed dat je kanker vernoemd... een groot aantal kankers worden veroorzaakt door de uitlaatgassen van auto's in de steden. Dit probleem kan opgelost worden door meer hybride auto's (of volledig elektrisch). Daarvoor moet echter de accu-technologie nog een pak beter en goedkoper worden.

Goede accu's kunnen ook de noodzaak voor gas-, olie- en kolencentrales elimineren, alsook nucleaire centrales. Dit komt ook onze gezondheid ten goede, om maar niet te spreken van het menselijk leed dat vermeden wordt door de natuurcatastrofes van global warming een halt toe te roepen.

Beter voorkomen dan genezen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 04:54]

[_Pussycat_]

een groot aantal kankers worden veroorzaakt door de uitlaatgassen van auto's in de steden.

Welke zijn dat dan allemaal?

Goede accu's kunnen ook de noodzaak voor gas-, olie- en kolencentrales elimineren, alsook nucleaire centrales.

Dat kan ook met pompcentrales. En het motorverkeer zorgt maar voor een klein deel van de CO2-uitstoot (uit het hoofd ca. 15%, maar dat kan fout zijn).

[Rey Nemaattori]

Meest nuttige onderzoek dat er maar kan zijn momenteel: betere batterijen. Met al onze smartphones, tables, laptops, ...

En we kennen allemaal wel de frustratie van een lege accu...

Niet half zo nuttig als onderzoek naar energiebronnen, zoals fusie, want waarmee ga je die evt. ontwikkelde superaccu's mee opladen als we door de fossielen brandstoffen heen zijn

[benme]

hmmm volgens mij is virtualisatie iets anders dan simulatie...

[RGL]

Erg interessant.... straks heb heb je disfragmentatie tools nodig voor je accus :-)

[Freee!!]

LOL

[Treenaks]

Virtuele accu's. Kan ik die dan ook "in de cloud" stoppen en batterij-ruimte huren bij Amazon?

[Darude1234]

Waarom niet direct bij je telefoonabonnement 10000mah batterij p/m

[Falcon]

Accu-simulatie leek mij het correcte woord.