Бележка на редактора: Електрическата технология е бъдещето на зелената земя, а технологията на батериите е основата на електрическата технология и ключът към ограничаване на широкомащабното развитие на електрическата технология. Текущата основна технология за батерии е литиево-йонни батерии, които имат добра енергийна плътност и висока ефективност. Литият обаче е рядък елемент с висока цена и ограничени ресурси. В същото време, тъй като използването на възобновяеми енергийни източници нараства, енергийната плътност на литиево-йонните батерии вече не е достатъчна. как да отговоря? Mayank Jain направи преглед на някои технологии за батерии, които може да се използват в бъдеще. Оригиналната статия беше публикувана на носител със заглавие: Бъдещето на технологията на батериите
Земята е пълна с енергия и ние правим всичко възможно, за да уловим и използваме добре тази енергия. Въпреки че сме свършили по-добра работа в прехода към възобновяема енергия, не сме постигнали голям напредък в съхранението на енергия.
В момента най-високият стандарт на технологията за батерии са литиево-йонните батерии. Тази батерия изглежда има най-добрата енергийна плътност, висока ефективност (около 99%) и дълъг живот.
И така, какво не е наред? Тъй като възобновяемата енергия, която улавяме, продължава да расте, енергийната плътност на литиево-йонните батерии вече не е достатъчна.
Тъй като можем да продължим да произвеждаме батерии на партиди, това не изглежда да е голяма работа, но проблемът е, че литият е сравнително рядък метал, така че цената му не е ниска. Въпреки че разходите за производство на батерии спадат, необходимостта от съхранение на енергия също нараства бързо.
Достигнахме точка, в която след като литиево-йонната батерия бъде произведена, тя ще има огромно влияние върху енергийната индустрия.
По-високата енергийна плътност на изкопаемите горива е факт и това е огромен фактор, който възпрепятства прехода към пълна зависимост от възобновяема енергия. Имаме нужда от батерии, които излъчват повече енергия от нашето тегло.
Как работят литиево-йонните батерии
Работният механизъм на литиевите батерии е подобен на обикновените AA или AAA химически батерии. Те имат анодни и катодни изводи и електролит между тях. За разлика от обикновените батерии, реакцията на разреждане при литиево-йонната батерия е обратима, така че батерията може да се зарежда многократно.
Катодът (+ терминал) е направен от литиево-железен фосфат, анодът (-терминал) е направен от графит, а графитът е направен от въглерод. Електричеството е просто поток от електрони. Тези батерии генерират електричество чрез преместване на литиеви йони между анода и катода.
Когато са заредени, йоните се придвижват към анода, а когато се разреждат, йоните се движат към катода.
Това движение на йони предизвиква движение на електрони във веригата, така че движението на литиевите йони и движението на електроните са свързани.
Силициева анодна батерия
Много големи автомобилни компании като BMW инвестират в разработването на силициеви анодни батерии. Подобно на обикновените литиево-йонни батерии, тези батерии използват литиеви аноди, но вместо въглеродни аноди, те използват силиций.
Като анод, силицийът е по-добър от графита, защото изисква 4 въглеродни атома, за да задържи литий, а 1 силициев атом може да задържи 4 литиеви йона. Това е голямо подобрение... което прави силиция 3 пъти по-здрав от графита.
Въпреки това използването на литий все още е нож с две остриета. Този материал все още е скъп, но също така е по-лесно да прехвърлите производствените мощности в силициеви клетки. Ако батериите са напълно различни, фабриката ще трябва да бъде напълно преработена, което ще доведе до леко намаляване на привлекателността на превключването.
Силициевите аноди се правят чрез обработка на пясък, за да се получи чист силиций, но най-големият проблем, пред който са изправени изследователите в момента, е, че силициевите аноди набъбват, когато се използват. Това може да доведе до твърде бързо разграждане на батерията. Също така е трудно да се произвеждат масово аноди.
Графенова батерия
Графенът е вид въглеродна люспа, която използва същия материал като молив, но отнема много време, за да се прикрепи графит към люспите. Графенът е похвален за отличното си представяне в много случаи на употреба и батериите са един от тях.
Някои компании работят върху графенови батерии, които могат да се зареждат напълно за минути и да се разреждат 33 пъти по-бързо от литиево-йонните батерии. Това е от голяма стойност за електрическите превозни средства.
Батерия от пяна
Понастоящем традиционните батерии са двуизмерни. Те са или подредени като литиева батерия, или са навити като типична AA или литиево-йонна батерия.
Батерията от пяна е нова концепция, която включва движението на електрическия заряд в 3D пространството.
Тази 3-измерна структура може да ускори времето за зареждане и да увеличи енергийната плътност, това са изключително важни качества на батерията. В сравнение с повечето други батерии, батериите от пяна нямат вредни течни електролити.
Батериите от пяна използват твърди електролити вместо течни електролити. Този електролит не само провежда литиеви йони, но също така изолира други електронни устройства.
Анодът, който поддържа отрицателния заряд на батерията, е изработен от разпенена мед и покрит с необходимия активен материал.
След това около анода се нанася твърд електролит.
И накрая, така наречената „положителна паста“ се използва за запълване на празнините в батерията.
Батерия с алуминиев оксид
Тези батерии имат една от най-големите енергийни плътности сред всички батерии. Неговата енергия е по-мощна и по-лека от сегашните литиево-йонни батерии. Някои хора твърдят, че тези батерии могат да осигурят 2000 километра електрически превозни средства. Каква е тази концепция? За справка, максималният пробег на Tesla е около 600 километра.
Проблемът с тези батерии е, че не могат да се зареждат. Те произвеждат алуминиев хидроксид и освобождават енергия чрез реакцията на алуминий и кислород в електролит на водна основа. Използването на батерии консумира алуминий като анод.
Натриева батерия
В момента японски учени работят върху създаването на батерии, които използват натрий вместо литий.
Това би било разрушително, тъй като натриевите батерии теоретично са 7 пъти по-ефективни от литиевите батерии. Друго огромно предимство е, че натрият е шестият най-богат елемент в земните запаси в сравнение с лития, който е рядък елемент.
Време на публикуване: 2 декември 2019 г