Nota de l'editor: la tecnologia elèctrica és el futur de la terra verda i la tecnologia de les bateries és la base de la tecnologia elèctrica i la clau per restringir el desenvolupament a gran escala de la tecnologia elèctrica.La tecnologia actual de la bateria principal són les bateries d'ions de liti, que tenen una bona densitat d'energia i una alta eficiència.Tanmateix, el liti és un element rar amb un cost elevat i recursos limitats.Al mateix temps, a mesura que creix l'ús de fonts d'energia renovables, la densitat energètica de les bateries d'ions de liti ja no és suficient.com respondre?Mayank Jain ha fet un balanç d'algunes tecnologies de bateries que es poden utilitzar en el futur.L'article original es va publicar al mitjà amb el títol: The Future of Battery Technology
La terra està plena d'energia, i estem fent tot el possible per capturar i fer un bon ús d'aquesta energia.Tot i que hem fet un millor treball en la transició a les energies renovables, no hem avançat gaire en l'emmagatzematge d'energia.
Actualment, el més alt estàndard de tecnologia de bateries són les bateries d'ions de liti.Aquesta bateria sembla tenir la millor densitat d'energia, alta eficiència (al voltant del 99%) i llarga vida.
Aleshores, què passa?A mesura que l'energia renovable que captem continua creixent, la densitat energètica de les bateries d'ions de liti ja no és suficient.
Com que podem continuar produint bateries per lots, això no sembla ser un gran problema, però el problema és que el liti és un metall relativament rar, de manera que el seu cost no és baix.Tot i que els costos de producció de bateries estan baixant, la necessitat d'emmagatzematge d'energia també augmenta ràpidament.
Hem arribat a un punt en què un cop fabricada la bateria de ions de liti, tindrà un gran impacte en la indústria energètica.
La major densitat energètica dels combustibles fòssils és un fet, i això és un gran factor d'influència que dificulta la transició a una dependència total de les energies renovables.Necessitem bateries que emetin més energia que el nostre pes.
Com funcionen les bateries de ions de liti
El mecanisme de funcionament de les bateries de liti és similar a les bateries químiques normals AA o AAA.Tenen terminals d'ànode i càtode, i un electròlit entremig.A diferència de les bateries normals, la reacció de descàrrega en una bateria d'ions de liti és reversible, de manera que la bateria es pot recarregar repetidament.
El càtode (+ terminal) està fet de fosfat de ferro de liti, l'ànode (-terminal) és de grafit i el grafit és de carboni.L'electricitat és només el flux d'electrons.Aquestes bateries generen electricitat movent ions de liti entre l'ànode i el càtode.
Quan es carreguen, els ions es mouen cap a l'ànode i, quan es descarreguen, els ions corren cap al càtode.
Aquest moviment d'ions provoca el moviment dels electrons en el circuit, de manera que el moviment dels ions de liti i el moviment dels electrons estan relacionats.
Bateria d'ànode de silici
Moltes grans empreses d'automòbils com BMW han estat invertint en el desenvolupament de bateries d'ànode de silici.Igual que les bateries d'ió de liti normals, aquestes bateries utilitzen ànodes de liti, però en lloc d'ànodes basats en carboni, utilitzen silici.
Com a ànode, el silici és millor que el grafit perquè requereix 4 àtoms de carboni per contenir el liti i 1 àtom de silici pot contenir 4 ions de liti.Aquesta és una actualització important... fent silici 3 vegades més fort que el grafit.
No obstant això, l'ús del liti encara és una arma de doble tall.Aquest material encara és car, però també és més fàcil transferir instal·lacions de producció a cèl·lules de silici.Si les bateries són completament diferents, s'haurà de redissenyar completament la fàbrica, la qual cosa farà que l'atractiu del canvi es redueixi lleugerament.
Els ànodes de silici es fabriquen tractant sorra per produir silici pur, però el problema més gran que s'enfronten els investigadors actualment és que els ànodes de silici s'inflen quan s'utilitzen.Això pot provocar que la bateria es degradi massa ràpidament.També és difícil produir ànodes en massa.
Bateria de grafè
El grafè és un tipus de floc de carboni que utilitza el mateix material que un llapis, però costa molt de temps adjuntar grafit als flocs.El grafè és elogiat pel seu excel·lent rendiment en molts casos d'ús, i les bateries són un d'ells.
Algunes empreses estan treballant en bateries de grafè que es poden carregar completament en minuts i descarregar-se a 33 vegades més ràpid que les bateries d'ions de liti.Això té un gran valor per als vehicles elèctrics.
Bateria d'escuma
Actualment, les bateries tradicionals són bidimensionals.S'apilen com una bateria de liti o s'enrotllen com una bateria AA o d'ió de liti típica.
La bateria d'escuma és un nou concepte que implica el moviment de càrrega elèctrica en l'espai 3D.
Aquesta estructura tridimensional pot accelerar el temps de càrrega i augmentar la densitat d'energia, aquestes són qualitats extremadament importants de la bateria.En comparació amb la majoria de les altres bateries, les bateries d'escuma no tenen electròlits líquids nocius.
Les bateries d'escuma utilitzen electròlits sòlids en lloc d'electròlits líquids.Aquest electròlit no només condueix ions de liti, sinó que també aïlla altres dispositius electrònics.
L'ànode que conté la càrrega negativa de la bateria està fet de coure escumat i està recobert amb el material actiu necessari.
A continuació, s'aplica un electròlit sòlid al voltant de l'ànode.
Finalment, s'utilitza una anomenada "pasta positiva" per omplir els buits dins de la bateria.
Bateria d'òxid d'alumini
Aquestes bateries tenen una de les densitats d'energia més grans de qualsevol bateria.La seva energia és més potent i lleugera que les actuals bateries d'ions de liti.Algunes persones afirmen que aquestes bateries poden proporcionar 2.000 quilòmetres de vehicles elèctrics.Quin és aquest concepte?Com a referència, l'autonomia màxima de creuer de Tesla és d'uns 600 quilòmetres.
El problema d'aquestes bateries és que no es poden carregar.Produeixen hidròxid d'alumini i alliberen energia mitjançant la reacció de l'alumini i l'oxigen en un electròlit a base d'aigua.L'ús de bateries consumeix alumini com a ànode.
Bateria de sodi
Actualment, els científics japonesos estan treballant en la fabricació de bateries que utilitzen sodi en comptes de liti.
Això seria pertorbador, ja que les bateries de sodi són teòricament 7 vegades més eficients que les de liti.Un altre gran avantatge és que el sodi és el sisè element més ric de les reserves de la terra, en comparació amb el liti, que és un element rar.
Hora de publicació: 02-12-2019