Redaktørens note: Elektrisk teknologi er fremtiden for den grønne jord, og batteriteknologi er grundlaget for elektrisk teknologi og nøglen til at begrænse den storstilede udvikling af elektrisk teknologi. Den nuværende almindelige batteriteknologi er lithium-ion-batterier, som har god energitæthed og høj effektivitet. Lithium er dog et sjældent element med høje omkostninger og begrænsede ressourcer. Samtidig med, at brugen af vedvarende energikilder vokser, er energitætheden af lithium-ion-batterier ikke længere tilstrækkelig. hvordan svarer man? Mayank Jain har gjort status over nogle batteriteknologier, der kan blive brugt i fremtiden. Den originale artikel blev udgivet på medium med titlen: The Future of Battery Technology
Jorden er fuld af energi, og vi gør alt, hvad vi kan for at fange og udnytte den energi godt. Selvom vi har gjort et bedre stykke arbejde i overgangen til vedvarende energi, har vi ikke gjort store fremskridt med at lagre energi.
På nuværende tidspunkt er den højeste standard for batteriteknologi lithium-ion-batterier. Dette batteri ser ud til at have den bedste energitæthed, høj effektivitet (ca. 99%) og lang levetid.
Så hvad er der galt? Da den vedvarende energi, vi fanger, fortsætter med at vokse, er energitætheden af lithium-ion-batterier ikke længere tilstrækkelig.
Da vi kan fortsætte med at producere batterier i batcher, ser det ikke ud til at være en stor sag, men problemet er, at lithium er et relativt sjældent metal, så dets omkostninger er ikke lave. Selvom omkostningerne til batteriproduktion falder, stiger behovet for energilagring også hurtigt.
Vi er nået til et punkt, hvor først lithium-ion-batteriet er fremstillet, vil det have en enorm indflydelse på energiindustrien.
Den højere energitæthed af fossile brændsler er en kendsgerning, og det er en enorm påvirkningsfaktor, der hindrer overgangen til en total afhængighed af vedvarende energi. Vi har brug for batterier, der udsender mere energi end vores vægt.
Sådan fungerer lithium-ion-batterier
Arbejdsmekanismen for lithium-batterier ligner almindelige AA- eller AAA-kemiske batterier. De har anode- og katodeterminaler og en elektrolyt imellem. I modsætning til almindelige batterier er afladningsreaktionen i et lithium-ion batteri reversibel, så batteriet kan genoplades gentagne gange.
Katoden (+ terminal) er lavet af lithiumjernfosfat, anoden (-terminal) er lavet af grafit, og grafit er lavet af kulstof. Elektricitet er blot strømmen af elektroner. Disse batterier genererer elektricitet ved at flytte lithium-ioner mellem anoden og katoden.
Når de lades, bevæger ionerne sig til anoden, og når de aflades, løber ionerne til katoden.
Denne bevægelse af ioner forårsager bevægelse af elektroner i kredsløbet, så lithium-ionbevægelse og elektronbevægelse hænger sammen.
Silicium anode batteri
Mange store bilfirmaer som BMW har investeret i udviklingen af siliciumanodebatterier. Ligesom almindelige lithium-ion-batterier bruger disse batterier lithium-anoder, men i stedet for kulstofbaserede anoder bruger de silicium.
Som anode er silicium bedre end grafit, fordi det kræver 4 carbonatomer for at holde lithium, og 1 siliciumatom kan indeholde 4 lithiumioner. Dette er en stor opgradering … hvilket gør silicium 3 gange stærkere end grafit.
Ikke desto mindre er brugen af lithium stadig et tveægget sværd. Dette materiale er stadig dyrt, men det er også lettere at overføre produktionsfaciliteter til siliciumceller. Hvis batterierne er helt anderledes, skal fabrikken omdesignes fuldstændigt, hvilket vil medføre, at attraktiviteten ved at skifte reduceres en smule.
Siliciumanoder fremstilles ved at behandle sand for at producere rent silicium, men det største problem, forskerne i øjeblikket står over for, er, at siliciumanoder svulmer, når de bruges. Dette kan få batteriet til at nedbrydes for hurtigt. Det er også svært at masseproducere anoder.
Grafen batteri
Grafen er en type carbonflager, der bruger samme materiale som en blyant, men det koster meget tid at fastgøre grafit til flagerne. Grafen er rost for sin fremragende ydeevne i mange tilfælde, og batterier er et af dem.
Nogle virksomheder arbejder på grafenbatterier, der kan oplades fuldt ud på få minutter og aflades 33 gange hurtigere end lithium-ion-batterier. Dette er af stor værdi for elbiler.
Skum batteri
På nuværende tidspunkt er traditionelle batterier todimensionelle. De er enten stablet som et lithium-batteri eller rullet sammen som et typisk AA- eller lithium-ion-batteri.
Skumbatteriet er et nyt koncept, der involverer bevægelse af elektrisk ladning i 3D-rum.
Denne 3-dimensionelle struktur kan fremskynde opladningstiden og øge energitætheden, det er ekstremt vigtige egenskaber ved batteriet. Sammenlignet med de fleste andre batterier har skumbatterier ingen skadelige flydende elektrolytter.
Skumbatterier bruger faste elektrolytter i stedet for flydende elektrolytter. Denne elektrolyt leder ikke kun lithiumioner, men isolerer også andre elektroniske enheder.
Anoden, der holder batteriets negative ladning, er lavet af opskummet kobber og belagt med det nødvendige aktive materiale.
En fast elektrolyt påføres derefter omkring anoden.
Til sidst bruges en såkaldt "positiv pasta" til at udfylde hullerne inde i batteriet.
Batteri af aluminiumoxid
Disse batterier har en af de største energitætheder af ethvert batteri. Dens energi er kraftigere og lettere end nuværende lithium-ion-batterier. Nogle mennesker hævder, at disse batterier kan levere 2.000 kilometer elektriske køretøjer. Hvad er dette koncept? Til reference er Teslas maksimale rækkevidde omkring 600 kilometer.
Problemet med disse batterier er, at de ikke kan oplades. De producerer aluminiumhydroxid og frigiver energi gennem reaktionen af aluminium og oxygen i en vandbaseret elektrolyt. Brugen af batterier bruger aluminium som anode.
Natrium batteri
I øjeblikket arbejder japanske forskere på at lave batterier, der bruger natrium i stedet for lithium.
Dette ville være forstyrrende, da natriumbatterier teoretisk er 7 gange mere effektive end lithiumbatterier. En anden stor fordel er, at natrium er det sjette rigeste grundstof i jordens reserver sammenlignet med lithium, som er et sjældent grundstof.
Indlægstid: Dec-02-2019