Noto de la redaktoro: Elektra teknologio estas la estonteco de la verda tero, kaj bateria teknologio estas la fundamento de elektra teknologio kaj la ŝlosilo por limigi la grandskalan disvolviĝon de elektra teknologio. La nuna ĉefa baterioteknologio estas litio-jonaj kuirilaroj, kiuj havas bonan energian densecon kaj altan efikecon. Tamen, litio estas malofta elemento kun alta kosto kaj limigitaj rimedoj. Samtempe, ĉar la uzo de renoviĝantaj energifontoj kreskas, la energidenseco de litiojonaj kuirilaroj ne plu sufiĉas. kiel respondi? Mayank Jain faris bilancon de kelkaj bateriaj teknologioj, kiuj povas esti uzataj en la estonteco. La origina artikolo estis publikigita sur medio kun la titolo: La Estonteco de Bateria Teknologio
La tero estas plena de energio, kaj ni faras ĉion eblan por kapti kaj bone uzi tiun energion. Kvankam ni faris pli bonan laboron en la transiro al renovigebla energio, ni ne multe progresis en stokado de energio.
Nuntempe, la plej alta normo de bateria teknologio estas litio-jonaj kuirilaroj. Ĉi tiu kuirilaro ŝajnas havi la plej bonan energian densecon, altan efikecon (ĉirkaŭ 99%) kaj longan vivon.
Do kio estas malbona? Ĉar la renovigebla energio, kiun ni kaptas, daŭre kreskas, la energia denseco de litio-jonaj baterioj ne plu sufiĉas.
Ĉar ni povas daŭre produkti bateriojn en aroj, ĉi tio ne ŝajnas esti granda afero, sed la problemo estas, ke litio estas relative malofta metalo, do ĝia kosto ne estas malalta. Kvankam la kostoj de produktado de baterioj malpliiĝas, ankaŭ la bezono de stokado de energio rapide pliiĝas.
Ni atingis punkton, kie post kiam la litiojona baterio estas fabrikita, ĝi havos grandegan efikon sur la energiindustrio.
La pli alta energia denseco de fosiliaj brulaĵoj estas fakto, kaj ĉi tio estas grandega influfaktoro, kiu malhelpas la transiron al totala dependeco de renovigebla energio. Ni bezonas kuirilarojn kiuj elsendas pli da energio ol nia pezo.
Kiel funkcias litio-jonaj kuirilaroj
La funkcia mekanismo de litiaj kuirilaroj similas al ordinaraj kemiaj kuirilaroj AA aŭ AAA. Ili havas anodon kaj katodterminalojn, kaj elektroliton intere. Male al ordinaraj kuirilaroj, la malŝarĝa reago en litia-jona baterio estas reigebla, do la baterio povas esti reŝargita plurfoje.
La katodo (+ terminalo) estas farita el litia ferfosfato, la anodo (-finaĵo) estas farita el grafito, kaj grafito estas farita el karbono. Elektro estas nur la fluo de elektronoj. Tiuj baterioj generas elektron movante litiojonojn inter la anodo kaj katodo.
Kiam ŝargite, la jonoj moviĝas al la anodo, kaj kiam malŝarĝite, la jonoj kuras al la katodo.
Ĉi tiu movado de jonoj kaŭzas la movadon de elektronoj en la cirkvito, do litiojonmovado kaj elektrona movado estas rilataj.
Silicia anoda baterio
Multaj grandaj aŭtaj kompanioj kiel BMW investas en la disvolviĝo de siliciaj anodaj kuirilaroj. Kiel ordinaraj litio-jonaj baterioj, ĉi tiuj kuirilaroj uzas litiajn anodojn, sed anstataŭ karbon-bazitaj anodoj, ili uzas silicion.
Kiel anodo, silicio estas pli bona ol grafito ĉar ĝi postulas 4 karbonatomojn por teni lition, kaj 1 silicio-atomo povas teni 4 litiajn jonojn. Ĉi tio estas grava ĝisdatigo ... farante silicion 3 fojojn pli forta ol grafito.
Tamen, la uzo de litio daŭre estas duobla tranĉa glavo. Ĉi tiu materialo ankoraŭ estas multekosta, sed ankaŭ estas pli facile translokigi produktadinstalaĵojn al siliciaj ĉeloj. Se la kuirilaroj estas tute malsamaj, la fabriko devos esti tute restrukturita, kio kaŭzos la allogecon de ŝanĝado iomete reduktita.
Siliciaj anodoj estas faritaj traktante sablon por produkti puran silicion, sed la plej granda problemo kiun esploristoj nuntempe alfrontas estas ke siliciaj anodoj ŝveliĝas kiam uzataj. Ĉi tio povas kaŭzi la baterion degradi tro rapide. Estas ankaŭ malfacile amasprodukti anodojn.
Baterio de Grafeno
Grafeno estas speco de karbona floko, kiu uzas la saman materialon kiel krajono, sed kostas multe da tempo por ligi grafiton al la flokoj. Grafeno estas laŭdita pro sia bonega agado en multaj uzkazoj, kaj kuirilaroj estas unu el ili.
Iuj kompanioj laboras pri grafenaj kuirilaroj, kiuj povas esti plene ŝargitaj en minutoj kaj malŝarĝi 33 fojojn pli rapide ol litiojonaj kuirilaroj. Ĉi tio estas de granda valoro por elektraj veturiloj.
Ŝaŭma kuirilaro
Nuntempe, tradiciaj kuirilaroj estas dudimensiaj. Ili estas aŭ stakitaj kiel litia baterio aŭ kunvolvitaj kiel tipa AA aŭ litio-jona baterio.
La ŝaŭma kuirilaro estas nova koncepto, kiu implikas la movadon de elektra ŝargo en 3D-spaco.
Ĉi tiu 3-dimensia strukturo povas akceli la ŝarĝan tempon kaj pliigi la energian densecon, ĉi tiuj estas ege gravaj kvalitoj de la baterio. Kompare kun la plej multaj aliaj baterioj, ŝaŭmaj kuirilaroj havas neniujn damaĝajn likvajn elektrolitojn.
Ŝaŭmaj kuirilaroj uzas solidajn elektrolitojn anstataŭ likvaj elektrolitoj. Ĉi tiu elektrolito ne nur kondukas litiajn jonojn, sed ankaŭ izolas aliajn elektronikajn aparatojn.
La anodo, kiu tenas la negativan ŝargon de la baterio, estas farita el ŝaŭma kupro kaj kovrita per la bezonata aktiva materialo.
Solida elektrolito tiam estas aplikita ĉirkaŭ la anodo.
Fine, tiel nomata "pozitiva pasto" estas uzata por plenigi la truojn ene de la kuirilaro.
Aluminia Oksida Baterio
Ĉi tiuj kuirilaroj havas unu el la plej grandaj energiaj densecoj de iu ajn baterio. Ĝia energio estas pli potenca kaj pli malpeza ol nunaj litiojonaj kuirilaroj. Iuj homoj asertas, ke ĉi tiuj kuirilaroj povas provizi 2 000 kilometrojn da elektraj veturiloj. Kio estas ĉi tiu koncepto? Por referenco, la maksimuma krozdistanco de Teslo estas ĉirkaŭ 600 kilometroj.
La problemo kun ĉi tiuj kuirilaroj estas, ke ili ne povas esti ŝargitaj. Ili produktas aluminian hidroksidon kaj liberigas energion per la reago de aluminio kaj oksigeno en akvobazita elektrolito. La uzo de baterioj konsumas aluminion kiel anodo.
Natria kuirilaro
Nuntempe, japanaj sciencistoj laboras pri fabrikado de baterioj, kiuj uzas natrion anstataŭ litio.
Ĉi tio estus interrompa, ĉar natriaj kuirilaroj estas teorie 7 fojojn pli efikaj ol litiaj kuirilaroj. Alia grandega avantaĝo estas, ke natrio estas la sesa plej riĉa elemento en la teraj rezervoj, kompare kun litio, kiu estas malofta elemento.
Afiŝtempo: Dec-02-2019