Σημείωση του συντάκτη: Η ηλεκτρική τεχνολογία είναι το μέλλον της πράσινης γης και η τεχνολογία μπαταριών είναι το θεμέλιο της ηλεκτρικής τεχνολογίας και το κλειδί για τον περιορισμό της μεγάλης κλίμακας ανάπτυξης της ηλεκτρικής τεχνολογίας. Η τρέχουσα κύρια τεχνολογία μπαταριών είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες έχουν καλή ενεργειακή πυκνότητα και υψηλή απόδοση. Ωστόσο, το λίθιο είναι ένα σπάνιο στοιχείο με υψηλό κόστος και περιορισμένους πόρους. Ταυτόχρονα, καθώς αυξάνεται η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου δεν είναι πλέον επαρκής. πώς να απαντήσω; Η Mayank Jain έκανε απολογισμό ορισμένων τεχνολογιών μπαταριών που ενδέχεται να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον. Το αρχικό άρθρο δημοσιεύτηκε σε μέσο με τίτλο: The Future of Battery Technology
Η γη είναι γεμάτη ενέργεια και κάνουμε ό,τι μπορούμε για να συλλάβουμε και να χρησιμοποιήσουμε σωστά αυτήν την ενέργεια. Αν και έχουμε κάνει καλύτερη δουλειά στη μετάβαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δεν έχουμε σημειώσει μεγάλη πρόοδο στην αποθήκευση ενέργειας.
Επί του παρόντος, το υψηλότερο πρότυπο τεχνολογίας μπαταριών είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτή η μπαταρία φαίνεται να έχει την καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, υψηλή απόδοση (περίπου 99%) και μεγάλη διάρκεια ζωής.
Τι συμβαίνει λοιπόν; Καθώς η ανανεώσιμη ενέργεια που λαμβάνουμε συνεχίζει να αυξάνεται, η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου δεν είναι πλέον επαρκής.
Δεδομένου ότι μπορούμε να συνεχίσουμε να παράγουμε μπαταρίες σε παρτίδες, αυτό δεν φαίνεται να είναι μεγάλο θέμα, αλλά το πρόβλημα είναι ότι το λίθιο είναι ένα σχετικά σπάνιο μέταλλο, επομένως το κόστος του δεν είναι χαμηλό. Αν και το κόστος παραγωγής μπαταριών μειώνεται, η ανάγκη για αποθήκευση ενέργειας αυξάνεται επίσης γρήγορα.
Έχουμε φτάσει σε ένα σημείο όπου μόλις κατασκευαστεί η μπαταρία ιόντων λιθίου, θα έχει τεράστιο αντίκτυπο στην ενεργειακή βιομηχανία.
Η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα των ορυκτών καυσίμων είναι γεγονός και αυτός είναι ένας τεράστιος παράγοντας επιρροής που εμποδίζει τη μετάβαση στην πλήρη εξάρτηση από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Χρειαζόμαστε μπαταρίες που εκπέμπουν περισσότερη ενέργεια από το βάρος μας.
Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου
Ο μηχανισμός λειτουργίας των μπαταριών λιθίου είναι παρόμοιος με τις συνηθισμένες χημικές μπαταρίες ΑΑ ή ΑΑΑ. Έχουν ακροδέκτες ανόδου και καθόδου και έναν ηλεκτρολύτη ενδιάμεσα. Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες μπαταρίες, η αντίδραση εκφόρτισης σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι αναστρέψιμη, επομένως η μπαταρία μπορεί να επαναφορτιστεί επανειλημμένα.
Η κάθοδος (+ τερματικό) είναι κατασκευασμένη από φωσφορικό σίδηρο λιθίου, η άνοδος (-άκρο) είναι από γραφίτη και ο γραφίτης από άνθρακα. Ο ηλεκτρισμός είναι απλώς η ροή των ηλεκτρονίων. Αυτές οι μπαταρίες παράγουν ηλεκτρισμό μετακινώντας ιόντα λιθίου μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.
Όταν φορτίζονται, τα ιόντα μετακινούνται προς την άνοδο και όταν αποφορτίζονται, τα ιόντα τρέχουν προς την κάθοδο.
Αυτή η κίνηση των ιόντων προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων στο κύκλωμα, επομένως η κίνηση των ιόντων λιθίου και η κίνηση των ηλεκτρονίων σχετίζονται.
Μπαταρία ανόδου πυριτίου
Πολλές μεγάλες εταιρείες αυτοκινήτων όπως η BMW έχουν επενδύσει στην ανάπτυξη μπαταριών ανόδου πυριτίου. Όπως οι συνηθισμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου, αυτές οι μπαταρίες χρησιμοποιούν ανόδους λιθίου, αλλά αντί για ανόδους με βάση τον άνθρακα, χρησιμοποιούν πυρίτιο.
Ως άνοδος, το πυρίτιο είναι καλύτερο από τον γραφίτη επειδή απαιτεί 4 άτομα άνθρακα για να συγκρατήσει το λίθιο και 1 άτομο πυριτίου μπορεί να χωρέσει 4 ιόντα λιθίου. Αυτή είναι μια σημαντική αναβάθμιση… καθιστώντας το πυρίτιο 3 φορές ισχυρότερο από τον γραφίτη.
Παρόλα αυτά, η χρήση λιθίου εξακολουθεί να είναι δίκοπο μαχαίρι. Αυτό το υλικό εξακολουθεί να είναι ακριβό, αλλά είναι επίσης ευκολότερο να μεταφερθούν οι εγκαταστάσεις παραγωγής σε κυψέλες πυριτίου. Εάν οι μπαταρίες είναι εντελώς διαφορετικές, το εργοστάσιο θα πρέπει να επανασχεδιαστεί πλήρως, κάτι που θα έχει ως αποτέλεσμα να μειωθεί ελαφρώς η ελκυστικότητα της εναλλαγής.
Οι άνοδοι πυριτίου παράγονται με επεξεργασία της άμμου για την παραγωγή καθαρού πυριτίου, αλλά το μεγαλύτερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν επί του παρόντος οι ερευνητές είναι ότι οι άνοδοι πυριτίου διογκώνονται όταν χρησιμοποιούνται. Αυτό μπορεί να προκαλέσει την πολύ γρήγορη υποβάθμιση της μπαταρίας. Είναι επίσης δύσκολο να παραχθούν μαζικά ανόδια.
Μπαταρία γραφενίου
Το γραφένιο είναι ένας τύπος νιφάδας άνθρακα που χρησιμοποιεί το ίδιο υλικό με ένα μολύβι, αλλά κοστίζει πολύ χρόνο για να προσκολληθεί γραφίτης στις νιφάδες. Το γραφένιο επαινείται για την εξαιρετική του απόδοση σε πολλές περιπτώσεις χρήσης και οι μπαταρίες είναι μία από αυτές.
Ορισμένες εταιρείες εργάζονται σε μπαταρίες γραφενίου που μπορούν να φορτιστούν πλήρως σε λίγα λεπτά και να αποφορτιστούν 33 φορές πιο γρήγορα από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτό έχει μεγάλη αξία για τα ηλεκτρικά οχήματα.
Μπαταρία αφρού
Προς το παρόν, οι παραδοσιακές μπαταρίες είναι δισδιάστατες. Είτε στοιβάζονται σαν μπαταρία λιθίου είτε τυλίγονται σαν μια τυπική μπαταρία ΑΑ ή ιόντων λιθίου.
Η μπαταρία αφρού είναι μια νέα ιδέα που περιλαμβάνει την κίνηση ηλεκτρικού φορτίου στον τρισδιάστατο χώρο.
Αυτή η τρισδιάστατη δομή μπορεί να επιταχύνει το χρόνο φόρτισης και να αυξήσει την ενεργειακή πυκνότητα, αυτά είναι εξαιρετικά σημαντικά χαρακτηριστικά της μπαταρίας. Σε σύγκριση με τις περισσότερες άλλες μπαταρίες, οι μπαταρίες αφρού δεν έχουν επιβλαβείς υγρούς ηλεκτρολύτες.
Οι μπαταρίες αφρού χρησιμοποιούν στερεούς ηλεκτρολύτες αντί για υγρούς ηλεκτρολύτες. Αυτός ο ηλεκτρολύτης όχι μόνο άγει ιόντα λιθίου, αλλά μονώνει και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.
Η άνοδος που συγκρατεί το αρνητικό φορτίο της μπαταρίας είναι κατασκευασμένη από αφρώδες χαλκό και επικαλυμμένη με το απαιτούμενο ενεργό υλικό.
Στη συνέχεια, ένας στερεός ηλεκτρολύτης εφαρμόζεται γύρω από την άνοδο.
Τέλος, μια λεγόμενη «θετική πάστα» χρησιμοποιείται για να γεμίσει τα κενά στο εσωτερικό της μπαταρίας.
Μπαταρία οξειδίου αλουμινίου
Αυτές οι μπαταρίες έχουν μία από τις μεγαλύτερες ενεργειακές πυκνότητες από οποιαδήποτε μπαταρία. Η ενέργειά του είναι πιο ισχυρή και ελαφρύτερη από τις τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Κάποιοι ισχυρίζονται ότι αυτές οι μπαταρίες μπορούν να παρέχουν 2.000 χιλιόμετρα ηλεκτρικών οχημάτων. Τι είναι αυτή η έννοια; Για αναφορά, η μέγιστη αυτονομία πλεύσης του Tesla είναι περίπου 600 χιλιόμετρα.
Το πρόβλημα με αυτές τις μπαταρίες είναι ότι δεν μπορούν να φορτιστούν. Παράγουν υδροξείδιο του αργιλίου και απελευθερώνουν ενέργεια μέσω της αντίδρασης αλουμινίου και οξυγόνου σε έναν ηλεκτρολύτη με βάση το νερό. Η χρήση μπαταριών καταναλώνει αλουμίνιο ως άνοδο.
Μπαταρία νατρίου
Επί του παρόντος, Ιάπωνες επιστήμονες εργάζονται για την κατασκευή μπαταριών που χρησιμοποιούν νάτριο αντί για λίθιο.
Αυτό θα ήταν ενοχλητικό, καθώς οι μπαταρίες νατρίου είναι θεωρητικά 7 φορές πιο αποτελεσματικές από τις μπαταρίες λιθίου. Ένα άλλο τεράστιο πλεονέκτημα είναι ότι το νάτριο είναι το έκτο πιο πλούσιο στοιχείο στα αποθέματα της γης, σε σύγκριση με το λίθιο, που είναι ένα σπάνιο στοιχείο.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-02-2019