Заўвага рэдактара: электрычныя тэхналогіі - гэта будучыня зялёнай зямлі, а батарэйныя тэхналогіі - аснова электрычных тэхналогій і ключ да абмежавання шырокамаштабнага развіцця электрычных тэхналогій. Цяперашняя асноўная тэхналогія акумулятараў - гэта літый-іённыя акумулятары, якія маюць добрую шчыльнасць энергіі і высокую эфектыўнасць. Аднак літый - рэдкі элемент з высокім коштам і абмежаванымі рэсурсамі. У той жа час, калі выкарыстанне аднаўляльных крыніц энергіі расце, шчыльнасць энергіі літый-іённых акумулятараў становіцца недастатковай. як адказаць? Mayank Jain падвёў вынікі некаторых акумулятарных тэхналогій, якія могуць быць выкарыстаны ў будучыні. Арыгінальны артыкул быў апублікаваны на носьбіце пад назвай: The Future of Battery Technology
Зямля поўная энергіі, і мы робім усё магчымае, каб захапіць і добра выкарыстоўваць гэтую энергію. Хаця мы зрабілі лепшую працу па пераходзе на аднаўляльныя крыніцы энергіі, мы не дасягнулі вялікага прагрэсу ў назапашванні энергіі.
У цяперашні час самым высокім стандартам тэхналогіі акумулятараў з'яўляюцца літый-іённыя батарэі. Гэтая батарэя, здаецца, мае лепшую шчыльнасць энергіі, высокую эфектыўнасць (каля 99%) і доўгі тэрмін службы.
Дык што не так? Паколькі аднаўляльныя крыніцы энергіі, якія мы захопліваем, працягваюць расці, шчыльнасць энергіі літый-іённых акумулятараў ужо недастатковая.
Паколькі мы можам працягваць вырабляць батарэі партыямі, здаецца, што гэта не так ужо і страшна, але праблема ў тым, што літый — адносна рэдкі метал, таму яго кошт нядрэнны. Нягледзячы на тое, што выдаткі на вытворчасць акумулятараў зніжаюцца, патрэба ў захоўванні энергіі таксама імкліва расце.
Мы дасягнулі кропкі, калі калі літый-іённы акумулятар будзе выраблены, ён будзе мець вялікі ўплыў на энергетычную прамысловасць.
Больш высокая шчыльнасць энергіі выкапнёвага паліва з'яўляецца фактам, і гэта вялікі фактар уплыву, які перашкаджае пераходу да поўнай залежнасці ад аднаўляльных крыніц энергіі. Нам патрэбны батарэі, якія выпраменьваюць больш энергіі, чым наш вага.
Як працуюць літый-іённыя батарэі
Механізм працы літыевых акумулятараў падобны на звычайныя хімічныя батарэі АА або ААА. Яны маюць анод і катод, а электраліт паміж імі. У адрозненне ад звычайных батарэй, рэакцыя разраду ў літый-іённай батарэі зварачальная, таму батарэю можна зараджаць некалькі разоў.
Катод (+ клема) зроблены з фасфату літый-жалеза, анод (-канец) — з графіту, а графіт — з вугляроду. Электрычнасць - гэта проста паток электронаў. Гэтыя батарэі выпрацоўваюць электрычнасць шляхам перамяшчэння іёнаў літыя паміж анодам і катодам.
Пры зарадзе іёны рухаюцца да анода, а пры разрадзе - да катода.
Гэты рух іёнаў выклікае рух электронаў у ланцугу, таму рух іёнаў літыя і рух электронаў звязаны.
Сіліконавы анодны акумулятар
Многія буйныя аўтамабільныя кампаніі, такія як BMW, інвестуюць у распрацоўку крамянёвых анодаў. Як і ў звычайных літый-іённых батарэях, у гэтых батарэях выкарыстоўваюцца літыевыя аноды, але замест вугляродных анодаў яны выкарыстоўваюць крэмніевыя.
У якасці анода крэмній лепш, чым графіт, таму што яму патрэбныя 4 атамы вугляроду, каб утрымліваць літый, а 1 атам крэмнію можа ўтрымліваць 4 іёны літыя. Гэта сур'ёзнае абнаўленне ... робіць крэмній у 3 разы мацнейшым за графіт.
Тым не менш, выкарыстанне літыя ўсё яшчэ палка аб двух канцах. Гэты матэрыял па-ранейшаму дарагі, але і перавесці вытворчыя магутнасці на крамянёвыя вочкі прасцей. Калі акумулятары зусім іншыя, завод прыйдзецца цалкам перарабляць, з-за чаго прывабнасць пераключэння трохі знізіцца.
Крамянёвыя аноды вырабляюцца шляхам апрацоўкі пяску для атрымання чыстага крэмнію, але самая вялікая праблема, з якой сутыкаюцца даследчыкі, заключаецца ў тым, што крамянёвыя аноды набракаюць пры выкарыстанні. Гэта можа прывесці да занадта хуткага разраду батарэі. Таксама цяжка масава вырабляць аноды.
Графенавая батарэя
Графен - гэта разнавіднасць вугляроднай лускі, якая выкарыстоўвае той жа матэрыял, што і аловак, але прымацаванне графіту да лускі патрабуе шмат часу. Графен хваляць за выдатную прадукцыйнасць у многіх выпадках выкарыстання, і батарэі - адзін з іх.
Некаторыя кампаніі працуюць над графенавымі акумулятарамі, якія можна цалкам зарадзіць за некалькі хвілін і разрадзіць у 33 разы хутчэй, чым літый-іённыя акумулятары. Гэта мае вялікае значэнне для электрамабіляў.
Пенная батарэя
У цяперашні час традыцыйныя батарэі з'яўляюцца двухмернымі. Яны альбо складаюцца ў стос, як літыевая батарэя, альбо згортваюцца, як звычайная батарэя АА або літый-іённая батарэя.
Пенная батарэя - гэта новая канцэпцыя, якая прадугледжвае рух электрычнага зарада ў 3D-прасторы.
Гэтая 3-мерная структура можа паскорыць час зарадкі і павялічыць шчыльнасць энергіі, гэта надзвычай важныя якасці батарэі. У параўнанні з большасцю іншых акумулятараў пенапластавыя батарэі не маюць шкодных вадкіх электралітаў.
У пенапластавых батарэях замест вадкіх электралітаў выкарыстоўваюцца цвёрдыя электраліты. Гэты электраліт не толькі праводзіць іёны літыя, але і ізалюе іншыя электронныя прылады.
Анод, які ўтрымлівае адмоўны зарад батарэі, зроблены з успененай медзі і пакрыты неабходным актыўным матэрыялам.
Затым вакол анода наносіцца цвёрды электраліт.
Нарэшце, так званая «пазітыўная паста» выкарыстоўваецца для запаўнення прабелаў у батарэі.
Алюмініева-аксідная батарэя
Гэтыя батарэі маюць адну з самых вялікіх шчыльнасцяў энергіі сярод усіх батарэй. Яго энергія больш магутная і лягчэйшая, чым сучасныя літый-іённыя батарэі. Некаторыя людзі сцвярджаюць, што гэтыя батарэі могуць забяспечыць 2000 кіламетраў электрамабіляў. Што гэта за паняцце? Для даведкі, максімальная далёкасць плавання Tesla складае каля 600 кіламетраў.
Праблема гэтых акумулятараў у тым, што іх нельга зараджаць. Яны вырабляюць гідраксід алюмінію і вылучаюць энергію ў выніку рэакцыі алюмінія і кіслароду ў электраліце на воднай аснове. Выкарыстанне акумулятараў спажывае алюміній у якасці анода.
Натрыевая батарэя
У цяперашні час японскія навукоўцы працуюць над стварэннем батарэй, якія выкарыстоўваюць натрый замест літыя.
Гэта было б разбуральным, бо натрыевыя батарэі тэарэтычна ў 7 разоў больш эфектыўныя, чым літыевыя. Яшчэ адной вялікай перавагай з'яўляецца тое, што натрый з'яўляецца шостым па багацці элементам у зямных запасах у параўнанні з літыем, які з'яўляецца рэдкім элементам.
Час размяшчэння: 2 снежня 2019 г