Nodyn y golygydd: Technoleg trydan yw dyfodol y ddaear werdd, a thechnoleg batri yw sylfaen technoleg drydan a'r allwedd i gyfyngu ar ddatblygiad technoleg drydan ar raddfa fawr. Y dechnoleg batri prif ffrwd gyfredol yw batris lithiwm-ion, sydd â dwysedd ynni da ac effeithlonrwydd uchel. Fodd bynnag, mae lithiwm yn elfen brin gyda chost uchel ac adnoddau cyfyngedig. Ar yr un pryd, wrth i'r defnydd o ffynonellau ynni adnewyddadwy dyfu, nid yw dwysedd ynni batris lithiwm-ion bellach yn ddigonol. sut i ymateb? Mae Mayank Jain wedi cymryd stoc o rai technolegau batri y gellir eu defnyddio yn y dyfodol. Cyhoeddwyd yr erthygl wreiddiol ar gyfrwng gyda'r teitl: Dyfodol Technoleg Batri
Mae’r ddaear yn llawn egni, ac rydym yn gwneud popeth o fewn ein gallu i ddal a gwneud defnydd da o’r ynni hwnnw. Er ein bod wedi gwneud gwaith gwell yn y newid i ynni adnewyddadwy, nid ydym wedi gwneud llawer o gynnydd o ran storio ynni.
Ar hyn o bryd, y safon uchaf o dechnoleg batri yw batris lithiwm-ion. Mae'n ymddangos bod gan y batri hwn y dwysedd ynni gorau, effeithlonrwydd uchel (tua 99%), a bywyd hir.
Felly beth sy'n bod? Wrth i'r ynni adnewyddadwy rydyn ni'n ei ddal barhau i dyfu, nid yw dwysedd ynni batris lithiwm-ion bellach yn ddigonol.
Gan y gallwn barhau i gynhyrchu batris mewn sypiau, nid yw hyn yn ymddangos yn fargen fawr, ond y broblem yw bod lithiwm yn fetel cymharol brin, felly nid yw ei gost yn isel. Er bod costau cynhyrchu batri yn gostwng, mae'r angen am storio ynni hefyd yn cynyddu'n gyflym.
Rydym wedi cyrraedd pwynt lle unwaith y bydd y batri ïon lithiwm yn cael ei weithgynhyrchu, bydd yn cael effaith enfawr ar y diwydiant ynni.
Mae dwysedd ynni uwch tanwyddau ffosil yn ffaith, ac mae hwn yn ffactor dylanwadol enfawr sy’n rhwystro’r newid i ddibyniaeth lwyr ar ynni adnewyddadwy. Mae angen batris arnom sy'n allyrru mwy o egni na'n pwysau.
Sut mae batris lithiwm-ion yn gweithio
Mae mecanwaith gweithio batris lithiwm yn debyg i fatris cemegol AA neu AAA cyffredin. Mae ganddynt derfynellau anod a catod, ac electrolyt yn y canol. Yn wahanol i batris cyffredin, mae'r adwaith rhyddhau mewn batri lithiwm-ion yn gildroadwy, felly gellir ailwefru'r batri dro ar ôl tro.
Mae'r catod (+ terfynell) wedi'i wneud o ffosffad haearn lithiwm, mae'r anod (-terminal) wedi'i wneud o graffit, ac mae graffit wedi'i wneud o garbon. Dim ond llif electronau yw trydan. Mae'r batris hyn yn cynhyrchu trydan trwy symud ïonau lithiwm rhwng yr anod a'r catod.
Pan gânt eu cyhuddo, mae'r ïonau'n symud i'r anod, ac ar ôl eu rhyddhau, mae'r ïonau'n rhedeg i'r catod.
Mae'r symudiad ïonau hwn yn achosi symudiad electronau yn y gylched, felly mae symudiad ïon lithiwm a symudiad electronau yn gysylltiedig.
Batri anod silicon
Mae llawer o gwmnïau ceir mawr fel BMW wedi bod yn buddsoddi mewn datblygu batris anod silicon. Fel batris lithiwm-ion cyffredin, mae'r batris hyn yn defnyddio anodau lithiwm, ond yn lle anodau carbon, maent yn defnyddio silicon.
Fel anod, mae silicon yn well na graffit oherwydd mae angen 4 atom carbon i ddal lithiwm, a gall 1 atom silicon ddal 4 ïon lithiwm. Mae hwn yn uwchraddiad mawr ... gwneud silicon 3 gwaith yn gryfach na graffit.
Serch hynny, mae defnyddio lithiwm yn dal i fod yn gleddyf dwy ymyl. Mae'r deunydd hwn yn dal i fod yn ddrud, ond mae hefyd yn haws trosglwyddo cyfleusterau cynhyrchu i gelloedd silicon. Os yw'r batris yn hollol wahanol, bydd yn rhaid ailgynllunio'r ffatri yn llwyr, a fydd yn achosi i atyniad newid gael ei leihau ychydig.
Gwneir anodau silicon trwy drin tywod i gynhyrchu silicon pur, ond y broblem fwyaf y mae ymchwilwyr yn ei hwynebu ar hyn o bryd yw bod anodau silicon yn chwyddo pan gânt eu defnyddio. Gall hyn achosi i'r batri ddiraddio'n rhy gyflym. Mae hefyd yn anodd masgynhyrchu anodau.
Batri graphene
Mae graphene yn fath o naddion carbon sy'n defnyddio'r un deunydd â phensil, ond mae'n costio llawer o amser i atodi graffit i'r naddion. Mae Graphene yn cael ei ganmol am ei berfformiad rhagorol mewn llawer o achosion defnydd, ac mae batris yn un ohonynt.
Mae rhai cwmnïau'n gweithio ar fatris graphene y gellir eu gwefru'n llawn mewn munudau a'u rhyddhau 33 gwaith yn gyflymach na batris lithiwm-ion. Mae hyn o werth mawr i gerbydau trydan.
Batri ewyn
Ar hyn o bryd, mae batris traddodiadol yn ddau ddimensiwn. Maent naill ai'n cael eu pentyrru fel batri lithiwm neu eu rholio i fyny fel batri AA neu lithiwm-ion nodweddiadol.
Mae'r batri ewyn yn gysyniad newydd sy'n cynnwys symud tâl trydan mewn gofod 3D.
Gall y strwythur 3-dimensiwn hwn gyflymu'r amser codi tâl a chynyddu'r dwysedd ynni, mae'r rhain yn nodweddion hynod bwysig o'r batri. O'i gymharu â'r rhan fwyaf o fatris eraill, nid oes gan fatris ewyn unrhyw electrolytau hylif niweidiol.
Mae batris ewyn yn defnyddio electrolytau solet yn lle electrolytau hylif. Mae'r electrolyte hwn nid yn unig yn dargludo ïonau lithiwm, ond hefyd yn inswleiddio dyfeisiau electronig eraill.
Mae'r anod sy'n dal gwefr negyddol y batri wedi'i wneud o gopr ewynnog ac wedi'i orchuddio â'r deunydd gweithredol gofynnol.
Yna rhoddir electrolyt solet o amgylch yr anod.
Yn olaf, defnyddir “past positif” fel y'i gelwir i lenwi'r bylchau y tu mewn i'r batri.
Batri Alwminiwm Ocsid
Mae gan y batris hyn un o'r dwyseddau ynni mwyaf o unrhyw fatri. Mae ei ynni yn fwy pwerus ac yn ysgafnach na batris lithiwm-ion cyfredol. Mae rhai pobl yn honni y gall y batris hyn ddarparu 2,000 cilomedr o gerbydau trydan. Beth yw'r cysyniad hwn? Er gwybodaeth, uchafswm ystod mordeithio Tesla yw tua 600 cilomedr.
Y broblem gyda'r batris hyn yw na ellir eu codi. Maent yn cynhyrchu alwminiwm hydrocsid ac yn rhyddhau egni trwy adwaith alwminiwm ac ocsigen mewn electrolyt sy'n seiliedig ar ddŵr. Mae defnyddio batris yn defnyddio alwminiwm fel anod.
Batri sodiwm
Ar hyn o bryd, mae gwyddonwyr Japaneaidd yn gweithio ar wneud batris sy'n defnyddio sodiwm yn lle lithiwm.
Byddai hyn yn aflonyddgar, gan fod batris sodiwm yn ddamcaniaethol 7 gwaith yn fwy effeithlon na batris lithiwm. Mantais enfawr arall yw mai sodiwm yw'r chweched elfen gyfoethocaf yng nghronfeydd wrth gefn y ddaear, o'i gymharu â lithiwm, sy'n elfen brin.
Amser postio: Rhagfyr-02-2019