Nota di l'editore: Tecnulugia elettrica hè u futuru di a terra verde, è a tecnulugia di a bateria hè u fundamentu di a tecnulugia elettrica è a chjave per restringe u sviluppu à grande scala di a tecnulugia elettrica. L'attuale tecnulugia di a bateria principale hè e batterie di lithium-ion, chì anu una bona densità di energia è alta efficienza. Tuttavia, lithium hè un elementu raru cù altu costu è risorse limitati. À u listessu tempu, cum'è l'usu di e fonti d'energia rinnuvevuli cresce, a densità energetica di e batterie di lithium-ion ùn hè più abbastanza. cumu risponde? Mayank Jain hà fattu un bilanciu di alcune tecnulugia di batterie chì ponu esse aduprate in u futuru. L'articulu uriginale hè statu publicatu in media cù u titulu: U futuru di a tecnulugia di batterie
A terra hè piena di energia, è facemu tuttu ciò chì pudemu per catturà è fà un bonu usu di quella energia. Ancu s'è avemu fattu un travagliu megliu in a transizione à l'energia rinnuvevuli, ùn avemu micca fattu assai prugressu in u almacenamentu di l'energia.
Attualmente, u più altu standard di tecnulugia di batterie hè e batterie di lithium-ion. Sta bateria pare avè a megliu densità di energia, alta efficienza (circa 99%), è longa vita.
Allora chì hè sbagliatu? Siccomu l'energia rinnuvevule catturamu cuntinueghja à cresce, a densità energetica di e batterie di lithium-ion ùn hè più abbastanza.
Siccomu pudemu cuntinuà à pruduce batterie in batch, questu ùn pare micca esse un grande affare, ma u prublema hè chì u lithium hè un metale relativamente raru, perchè u so costu ùn hè micca bassu. Ancu s'è i costi di produzzione di batterie sò in cala, a necessità di almacenamiento d'energia hè ancu crescente rapidamente.
Avemu ghjuntu à un puntu induve una volta chì a bateria di ioni di litio hè fabricata, avarà un impattu enormu nantu à l'industria energetica.
A densità energetica più alta di i carburanti fossili hè un fattu, è questu hè un grande fattore influenzante chì impedisce a transizione à una dependenza tutale di l'energia rinnuvevuli. Avemu bisognu di batterie chì emettenu più energia chì u nostru pesu.
Cumu funziona e batterie di lithium-ion
U mecanismu di travagliu di e batterie di lithium hè simile à e batterie chimiche ordinarie AA o AAA. Hanu terminali anodi è catodi, è un elettrolitu trà. A cuntrariu di e batterie ordinarie, a reazione di scaricamentu in una bateria di lithium-ion hè reversibile, cusì a bateria pò esse ricaricata ripetutamente.
U catodu (+ terminal) hè fattu di fosfatatu di ferru di lithium, l'anodu (-terminale) hè fattu di grafite, è u grafite hè fattu di carbone. L'electricità hè solu u flussu di l'elettroni. Queste batterie generanu l'electricità movendu ioni di litiu trà l'anodu è u catodu.
Quandu si carica, i ioni si movenu à l'anodu, è quandu sò scaricati, i ioni correnu à u catodu.
Stu muvimentu di ioni provoca u muvimentu di l'elettroni in u circuitu, cusì u muvimentu di ioni di litiu è u muvimentu di l'elettroni sò ligati.
Batteria di l'anodu di silicone
Parechje grandi cumpagnie di vitture cum'è BMW anu investitu in u sviluppu di batterie d'anodu di silicuu. Cum'è e batterie di lithium-ion ordinali, queste batterie utilizanu l'anodi di lithium, ma invece di l'anodi basati in carbonu, utilizanu silicuu.
Cum'è un anodu, u silicuu hè megliu cà u grafitu perchè esige 4 atomi di carbonu per mantene u litiu, è 1 atomu di siliciu pò cuntene 4 ioni di litiu. Questu hè un aghjurnamentu maiò ... rende u siliciu 3 volte più forte di u grafite.
Tuttavia, l'usu di lithium hè sempre una spada à doppiu tagliu. Stu materiale hè sempre caru, ma hè ancu più faciule per trasfirià facilità di produzzione à e cellule di silicium. Se e batterie sò completamente sfarente, a fabbrica duverà esse riprogettata cumplettamente, chì pruvucarà l'attrattiva di cambià ligeramente ridutta.
L'anodi di siliciu sò fatti da u trattamentu di a sabbia per pruduce siliciu puru, ma u prublema più grande chì i ricercatori sò attualmente affruntati hè chì l'anodi di siliciu si gonfianu quandu sò usati. Questu pò causà a bateria à degrade troppu rapidamente. Hè ancu difficiule di pruduce anodi in massa.
Batteria di grafene
U grafene hè un tipu di fioccu di carbone chì usa u listessu materiale cum'è un lapis, ma custa assai tempu per aghjunghje grafite à i fiocchi. U grafene hè elogiatu per u so eccellente rendimentu in parechji casi d'usu, è e batterie sò unu di elli.
Alcune cumpagnie sò travagliendu in batterie di grafene chì ponu esse caricate cumpletamente in minuti è scaricate à 33 volte più veloce di e batterie di lithium-ion. Questu hè di grande valore per i veiculi elettrici.
Batteria di schiuma
Attualmente, e batterie tradiziunali sò bidimensionali. Sò o impilati cum'è una batteria di lithium o arrotolati cum'è una tipica batteria AA o lithium-ion.
A bateria di scuma hè un novu cuncettu chì implica u muvimentu di carica elettrica in u spaziu 3D.
Sta struttura tridimensionale pò accelerà u tempu di carica è aumentà a densità di energia, queste sò qualità estremamente impurtanti di a bateria. In cunfrontu cù a maiò parte di l'altri batterie, e batterie di schiuma ùn anu micca elettroliti liquidi dannosi.
E batterie di schiuma utilizanu elettroliti solidi invece di elettroliti liquidi. Stu elettrolitu ùn solu cunduce ioni di litiu, ma ancu insulates altri apparecchi elettroni.
L'anodu chì cuntene a carica negativa di a bateria hè fattu di ramu spumante è rivestitu cù u materiale attivu necessariu.
Un elettrolitu solidu hè allora appiicatu intornu à l'anodu.
Infine, una chjamata "pasta pusitiva" hè usata per riempie i spazii in a bateria.
Batteria à l'ossidu d'aluminiu
Queste batterie anu una di e più grande densità di energia di ogni bateria. A so energia hè più putente è più ligera di e batterie di lithium-ion attuali. Certi pirsuni dicenu chì sti batterie ponu furnisce 2 000 chilometri di veiculi elettrici. Chì ghjè stu cuncettu? Per riferimentu, a gamma massima di crociera di Tesla hè di circa 600 chilometri.
U prublema cù queste batterie hè chì ùn ponu micca esse caricate. Producenu l'idrossidu d'aluminiu è liberanu energia per via di a reazione di l'aluminiu è l'ossigenu in un elettrolitu à l'acqua. L'usu di batterie consume l'aluminiu cum'è anodu.
Batteria di sodiu
Attualmente, i scientisti giapponesi travaglianu per fà e batterie chì utilizanu sodiu invece di lithium.
Questu seria disruptive, postu chì e batterie di sodiu sò in teoria 7 volte più efficaci cà e batterie di lithium. Un altru vantaghju maiò hè chì u sodiu hè u sestu elementu più riccu in e riserve di a terra, cumparatu cù u litiu, chì hè un elementu raru.
Tempu di post: Dec-02-2019