Poznámka redakce: Elektrická technologie je budoucností zelené země a technologie baterií je základem elektrické technologie a klíčem k omezení rozsáhlého rozvoje elektrické technologie. Současnou hlavní technologií baterií jsou lithium-iontové baterie, které mají dobrou hustotu energie a vysokou účinnost. Lithium je však vzácný prvek s vysokou cenou a omezenými zdroji. Zároveň s tím, jak roste využívání obnovitelných zdrojů energie, energetická hustota lithium-iontových baterií již nestačí. jak reagovat? Mayank Jain zhodnotil některé technologie baterií, které mohou být použity v budoucnu. Původní článek vyšel na médiu s názvem: Budoucnost technologie baterií
Země je plná energie a my děláme vše pro to, abychom tuto energii zachytili a dobře využili. Přestože jsme při přechodu na obnovitelné zdroje energie odvedli lepší práci, v ukládání energie jsme příliš nepokročili.
V současnosti jsou nejvyšším standardem technologie baterií lithium-iontové baterie. Zdá se, že tato baterie má nejlepší hustotu energie, vysokou účinnost (asi 99 %) a dlouhou životnost.
Tak co je špatně? Protože obnovitelná energie, kterou zachycujeme, stále roste, hustota energie lithium-iontových baterií již není dostatečná.
Vzhledem k tomu, že můžeme pokračovat ve výrobě baterií v dávkách, nezdá se to být velký problém, ale problém je v tom, že lithium je poměrně vzácný kov, takže jeho cena není nízká. Přestože náklady na výrobu baterií klesají, rychle se zvyšuje i potřeba skladování energie.
Dosáhli jsme bodu, kdy jakmile bude lithium-iontová baterie vyrobena, bude mít obrovský dopad na energetický průmysl.
Vyšší energetická hustota fosilních paliv je fakt, a to je obrovský ovlivňující faktor, který brání přechodu k úplné závislosti na obnovitelné energii. Potřebujeme baterie, které vydávají více energie, než je naše hmotnost.
Jak fungují lithium-iontové baterie
Pracovní mechanismus lithiových baterií je podobný běžným AA nebo AAA chemickým bateriím. Mají anodové a katodové vývody a mezi nimi elektrolyt. Na rozdíl od běžných baterií je vybíjecí reakce v lithium-iontové baterii reverzibilní, takže baterii lze opakovaně dobíjet.
Katoda (+ terminál) je vyrobena z fosforečnanu lithného, anoda (-terminál) je vyrobena z grafitu a grafit je vyroben z uhlíku. Elektřina je jen tok elektronů. Tyto baterie generují elektřinu pohybem lithiových iontů mezi anodou a katodou.
Po nabití se ionty přesunou na anodu a po vybití ionty směřují ke katodě.
Tento pohyb iontů způsobuje pohyb elektronů v obvodu, takže pohyb lithných iontů a pohyb elektronů spolu souvisí.
Silikonová anodová baterie
Mnoho velkých automobilek, jako je BMW, investovalo do vývoje křemíkových anodových baterií. Stejně jako běžné lithium-iontové baterie používají tyto baterie lithiové anody, ale místo anod na bázi uhlíku používají křemík.
Jako anoda je křemík lepší než grafit, protože vyžaduje 4 atomy uhlíku k udržení lithia a 1 atom křemíku pojme 4 ionty lithia. Jedná se o zásadní vylepšení… díky čemuž je křemík 3krát pevnější než grafit.
Přesto je použití lithia stále dvousečná zbraň. Tento materiál je stále drahý, ale je také jednodušší převést výrobní zařízení na křemíkové články. Pokud jsou baterie úplně jiné, bude se muset kompletně předělat továrna, což způsobí mírné snížení atraktivity přepínání.
Křemíkové anody se vyrábějí úpravou písku za vzniku čistého křemíku, ale největším problémem, kterému v současnosti výzkumníci čelí, je to, že křemíkové anody při použití bobtnají. To může způsobit příliš rychlé vybití baterie. Je také obtížné hromadně vyrábět anody.
Grafenová baterie
Grafen je druh uhlíkových vloček, který používá stejný materiál jako tužka, ale přichycení grafitu na vločky stojí spoustu času. Grafen je chválen pro svůj vynikající výkon v mnoha případech použití a baterie jsou jedním z nich.
Některé společnosti pracují na grafenových bateriích, které lze plně nabít během několika minut a vybíjet 33krát rychleji než lithium-iontové baterie. To má pro elektromobily velkou hodnotu.
Pěnová baterie
V současnosti jsou tradiční baterie dvourozměrné. Jsou buď naskládané jako lithiová baterie, nebo srolované jako typická AA nebo lithium-iontová baterie.
Pěnová baterie je nový koncept, který zahrnuje pohyb elektrického náboje ve 3D prostoru.
Tato 3-rozměrná struktura může urychlit dobu nabíjení a zvýšit hustotu energie, to jsou extrémně důležité vlastnosti baterie. Ve srovnání s většinou ostatních baterií nemají pěnové baterie žádné škodlivé tekuté elektrolyty.
Pěnové baterie používají místo tekutých elektrolytů pevné elektrolyty. Tento elektrolyt nejen že vede ionty lithia, ale také izoluje další elektronická zařízení.
Anoda, která drží záporný náboj baterie, je vyrobena z pěnové mědi a potažena požadovaným aktivním materiálem.
Kolem anody se pak aplikuje pevný elektrolyt.
Nakonec se k vyplnění mezer uvnitř baterie používá takzvaná „pozitivní pasta“.
Baterie s oxidem hlinitým
Tyto baterie mají jednu z největších energetických hustot ze všech baterií. Jeho energie je výkonnější a lehčí než současné lithium-iontové baterie. Někteří lidé tvrdí, že tyto baterie mohou zajistit 2000 kilometrů elektrických vozidel. co je to za koncept? Pro srovnání, maximální dojezd Tesly je asi 600 kilometrů.
Problém těchto baterií je, že se nedají nabíjet. Produkují hydroxid hlinitý a uvolňují energii reakcí hliníku a kyslíku v elektrolytu na vodní bázi. Použití baterií spotřebovává hliník jako anodu.
Sodíková baterie
V současné době japonští vědci pracují na výrobě baterií, které místo lithia využívají sodík.
To by bylo rušivé, protože sodíkové baterie jsou teoreticky 7krát účinnější než lithiové baterie. Další obrovskou výhodou je, že sodík je šestým nejbohatším prvkem v zemských zásobách ve srovnání s lithiem, které je vzácným prvkem.
Čas odeslání: prosinec-02-2019