Napomena urednika: Električna tehnologija je budućnost zelene zemlje, a tehnologija baterija je temelj električne tehnologije i ključ za ograničavanje velikog razvoja električne tehnologije. Trenutna glavna tehnologija baterija su litijum-jonske baterije, koje imaju dobru gustoću energije i visoku efikasnost. Međutim, litijum je rijedak element s visokim troškovima i ograničenim resursima. Istovremeno, kako raste upotreba obnovljivih izvora energije, gustoća energije litijum-jonskih baterija više nije dovoljna. kako odgovoriti? Mayank Jain je pregledao neke tehnologije baterija koje bi se mogle koristiti u budućnosti. Originalni članak je objavljen na mediju pod naslovom: Budućnost tehnologije baterija
Zemlja je puna energije, a mi činimo sve što možemo da uhvatimo i dobro iskoristimo tu energiju. Iako smo bolje obavili posao u prelasku na obnovljivu energiju, nismo mnogo napredovali u skladištenju energije.
Trenutno, najviši standard tehnologije baterija su litijum-jonske baterije. Čini se da ova baterija ima najbolju gustinu energije, visoku efikasnost (oko 99%) i dug vijek trajanja.
Šta nije u redu? Kako obnovljiva energija koju prikupljamo nastavlja rasti, gustoća energije litijum-jonskih baterija više nije dovoljna.
Budući da možemo nastaviti da proizvodimo baterije u serijama, to ne izgleda velika stvar, ali problem je što je litijum relativno rijedak metal, pa njegova cijena nije niska. Iako troškovi proizvodnje baterija padaju, potreba za skladištenjem energije također se brzo povećava.
Došli smo do tačke u kojoj će, kada se litijum-jonska baterija jednom proizvede, ona imati ogroman uticaj na energetsku industriju.
Veća gustoća energije fosilnih goriva je činjenica, a to je veliki utjecajni faktor koji otežava prelazak na potpunu ovisnost o obnovljivoj energiji. Potrebne su nam baterije koje emituju više energije od naše težine.
Kako rade litijum-jonske baterije
Mehanizam rada litijumskih baterija je sličan običnim AA ili AAA hemijskim baterijama. Imaju anodne i katodne terminale, a između njih i elektrolit. Za razliku od običnih baterija, reakcija pražnjenja u litijum-jonskoj bateriji je reverzibilna, tako da se baterija može više puta puniti.
Katoda (+ terminal) je napravljena od litijum-gvozdenog fosfata, anoda (-terminal) je napravljena od grafita, a grafit je napravljen od ugljenika. Elektricitet je samo tok elektrona. Ove baterije generiraju električnu energiju pomicanjem litijum jona između anode i katode.
Kada su napunjeni, joni se kreću ka anodi, a kada se isprazne, joni idu ka katodi.
Ovo kretanje jona uzrokuje kretanje elektrona u kolu, tako da su kretanje litij jona i kretanje elektrona povezani.
Silikonska anodna baterija
Mnoge velike automobilske kompanije poput BMW-a ulažu u razvoj silikonskih anodnih baterija. Kao i obične litijum-jonske baterije, ove baterije koriste litijumske anode, ali umesto anoda na bazi ugljenika, koriste silicijum.
Kao anoda, silicij je bolji od grafita jer zahtijeva 4 atoma ugljika da zadrži litij, a 1 atom silicija može zadržati 4 litijeva jona. Ovo je velika nadogradnja… čineći silicijum 3 puta jačim od grafita.
Ipak, upotreba litijuma je još uvijek mač sa dvije oštrice. Ovaj materijal je još uvijek skup, ali je također lakše prenijeti proizvodne pogone na silikonske ćelije. Ako su baterije potpuno drugačije, fabrika će se morati potpuno redizajnirati, što će dovesti do blagog smanjenja atraktivnosti prebacivanja.
Silicijumske anode se prave obradom peska kako bi se dobio čisti silicijum, ali najveći problem sa kojim se trenutno istraživači suočavaju je taj što silicijumske anode bubre kada se koriste. To može uzrokovati prebrzo degradaciju baterije. Također je teško masovno proizvoditi anode.
Grafenska baterija
Grafen je vrsta ugljične pahuljice koja koristi isti materijal kao olovka, ali košta puno vremena za pričvršćivanje grafita na ljuspice. Grafen je hvaljen zbog svojih odličnih performansi u mnogim slučajevima upotrebe, a baterije su jedna od njih.
Neke kompanije rade na grafenskim baterijama koje se mogu potpuno napuniti za nekoliko minuta i isprazniti 33 puta brže od litijum-jonskih baterija. Ovo je od velike vrijednosti za električna vozila.
Pjenasta baterija
Trenutno su tradicionalne baterije dvodimenzionalne. Ili su složeni kao litijumska baterija ili smotani kao tipična AA ili litijum-jonska baterija.
Pjenasta baterija je novi koncept koji uključuje kretanje električnog naboja u 3D prostoru.
Ova 3-dimenzionalna struktura može ubrzati vrijeme punjenja i povećati gustoću energije, to su izuzetno važne kvalitete baterije. U poređenju sa većinom drugih baterija, pjenaste baterije nemaju štetne tekuće elektrolite.
Pjenaste baterije koriste čvrste elektrolite umjesto tekućih elektrolita. Ovaj elektrolit ne samo da provodi litijum ione, već i izoluje druge elektronske uređaje.
Anoda koja drži negativni naboj baterije napravljena je od pjenastog bakra i presvučena potrebnim aktivnim materijalom.
Čvrsti elektrolit se zatim nanosi oko anode.
Konačno, takozvana "pozitivna pasta" se koristi za popunjavanje praznina unutar baterije.
Aluminijum-oksidna baterija
Ove baterije imaju jednu od najvećih gustoća energije od svih baterija. Njegova energija je snažnija i lakša od trenutnih litijum-jonskih baterija. Neki ljudi tvrde da ove baterije mogu obezbijediti 2.000 kilometara električnih vozila. Šta je ovo koncept? Za referencu, maksimalni domet krstarenja Tesle je oko 600 kilometara.
Problem sa ovim baterijama je što se ne mogu puniti. Oni proizvode aluminij hidroksid i oslobađaju energiju reakcijom aluminija i kisika u elektrolitu na bazi vode. Upotreba baterija troši aluminijum kao anodu.
Natrijum baterija
Trenutno japanski naučnici rade na pravljenju baterija koje koriste natrijum umesto litijum.
Ovo bi bilo ometajuće, jer su natrijumske baterije teoretski 7 puta efikasnije od litijumskih baterija. Još jedna ogromna prednost je što je natrijum šesti najbogatiji element u zemaljskim rezervama, u poređenju sa litijumom, koji je rijedak element.
Vrijeme objave: Dec-02-2019