Toimetaja märkus: Elektritehnoloogia on rohelise maa tulevik ja akutehnoloogia on elektritehnoloogia alus ja võti elektritehnoloogia laiaulatusliku arengu piiramiseks. Praegune peavoolu akutehnoloogia on liitiumioonakud, millel on hea energiatihedus ja kõrge kasutegur. Liitium on aga haruldane element, millel on kõrge hind ja piiratud ressursid. Samal ajal, kui taastuvate energiaallikate kasutamine kasvab, ei ole liitiumioonakude energiatihedus enam piisav. kuidas vastata? Mayank Jain on teinud ülevaate mõnest akutehnoloogiast, mida võidakse tulevikus kasutada. Algne artikkel avaldati kandjal pealkirjaga: Akutehnoloogia tulevik
Maa on täis energiat ja me teeme kõik endast oleneva, et seda energiat püüda ja hästi kasutada. Kuigi oleme taastuvenergiale üleminekul teinud paremat tööd, ei ole me energia salvestamisel palju edasi liikunud.
Praegu on akutehnoloogia kõrgeimaks standardiks liitiumioonakud. Sellel akul näib olevat parim energiatihedus, kõrge kasutegur (umbes 99%) ja pikk kasutusiga.
Mis siis viga on? Kuna taastuvenergia kasvab jätkuvalt, ei ole liitiumioonakude energiatihedus enam piisav.
Kuna akusid saame ka edaspidi toota partiidena, ei tundu see olevat suurem asi, kuid probleem on selles, et liitium on suhteliselt haruldane metall, mistõttu selle maksumus pole madal. Kuigi akude tootmiskulud langevad, kasvab kiiresti ka vajadus energia salvestamise järele.
Oleme jõudnud punkti, kus pärast liitiumioonaku tootmist avaldab see energiatööstusele tohutut mõju.
Fossiilkütuste suurem energiatihedus on tõsiasi ja see on tohutu mõjutegur, mis takistab üleminekut täielikule sõltuvusele taastuvenergiast. Vajame patareisid, mis eraldavad rohkem energiat kui meie kaal.
Kuidas liitium-ioonakud töötavad
Liitiumakude töömehhanism on sarnane tavaliste AA või AAA keemiapatareide omadele. Neil on anood- ja katoodklemmid ning nende vahel elektrolüüt. Erinevalt tavalistest akudest on liitiumioonaku tühjenemise reaktsioon pöörduv, seega saab akut korduvalt laadida.
Katood (+ klemm) on valmistatud liitiumraudfosfaadist, anood (-klemm) on valmistatud grafiidist ja grafiit on valmistatud süsinikust. Elekter on lihtsalt elektronide voog. Need akud toodavad elektrit liitiumioonide liigutamisega anoodi ja katoodi vahel.
Laetuna liiguvad ioonid anoodile ja tühjenemisel jooksevad ioonid katoodile.
Selline ioonide liikumine põhjustab elektronide liikumise ahelas, seega on liitiumioonide liikumine ja elektronide liikumine omavahel seotud.
Silikoonanood aku
Paljud suured autofirmad, nagu BMW, on investeerinud räni anoodakude arendamisse. Sarnaselt tavalistele liitiumioonakudele kasutavad need akud liitiumanoode, kuid süsinikupõhiste anoodide asemel räni.
Anoodina on räni parem kui grafiit, kuna liitiumi hoidmiseks on vaja 4 süsinikuaatomit ja 1 räni aatom mahutab 4 liitiumiooni. See on suur uuendus … muutes räni 3 korda tugevamaks kui grafiit.
Sellest hoolimata on liitiumi kasutamine endiselt kahe teraga mõõk. See materjal on endiselt kallis, kuid tootmisrajatisi on ka lihtsam ränielementidesse üle viia. Kui akud on täiesti erinevad, tuleb tehas täielikult ümber kujundada, mistõttu ümberlülitamise atraktiivsus väheneb veidi.
Ränianoodid valmistatakse liiva töötlemisel puhta räni saamiseks, kuid suurim probleem, millega teadlased praegu silmitsi seisavad, on see, et ränianoodid paisuvad kasutamisel. See võib põhjustada aku liiga kiiret lagunemist. Samuti on anoodide masstootmine keeruline.
Grafeen aku
Grafeen on süsinikhelveste tüüp, mis kasutab pliiatsiga sama materjali, kuid grafiidi helvestele kinnitamiseks kulub palju aega. Grafeeni kiidetakse selle suurepärase jõudluse eest paljudel kasutusjuhtudel ja akud on üks neist.
Mõned ettevõtted töötavad grafeenakude kallal, mida saab täis laadida minutitega ja tühjeneda 33 korda kiiremini kui liitiumioonakud. See on elektrisõidukite jaoks väga väärtuslik.
Vaht aku
Praegu on traditsioonilised akud kahemõõtmelised. Need on virnastatud nagu liitiumaku või kokku rullitud nagu tavaline AA või liitiumioonaku.
Vahtpatarei on uus kontseptsioon, mis hõlmab elektrilaengu liikumist 3D-ruumis.
See 3-mõõtmeline struktuur võib kiirendada laadimisaega ja suurendada energiatihedust, need on aku äärmiselt olulised omadused. Võrreldes enamiku teiste akudega ei sisalda vahtakud kahjulikke vedelaid elektrolüüte.
Vahtpatareid kasutavad vedelate elektrolüütide asemel tahkeid elektrolüüte. See elektrolüüt mitte ainult ei juhi liitiumiioone, vaid isoleerib ka teisi elektroonikaseadmeid.
Aku negatiivset laengut hoidev anood on valmistatud vahustatud vasest ja kaetud vajaliku aktiivmaterjaliga.
Seejärel kantakse anoodi ümber tahke elektrolüüt.
Lõpuks kasutatakse aku sees olevate tühimike täitmiseks nn positiivset pasta.
Alumiiniumoksiid aku
Nendel akudel on üks suurimaid energiatihedusi akudest. Selle energia on võimsam ja kergem kui praegustel liitiumioonakudel. Mõned inimesed väidavad, et need akud suudavad pakkuda 2000 kilomeetrit elektrisõidukeid. Mis see mõiste on? Võrdluseks, Tesla maksimaalne sõiduulatus on umbes 600 kilomeetrit.
Nende akude probleem on see, et neid ei saa laadida. Nad toodavad alumiiniumhüdroksiidi ja vabastavad energiat alumiiniumi ja hapniku reaktsioonil veepõhises elektrolüüdis. Akude kasutamine kulutab anoodina alumiiniumi.
Naatrium aku
Praegu tegelevad Jaapani teadlased akude valmistamisega, mis kasutavad liitiumi asemel naatriumi.
See oleks häiriv, kuna naatriumakud on teoreetiliselt 7 korda tõhusamad kui liitiumakud. Teine tohutu eelis on see, et naatrium on maakera varude poolest rikkalt kuues element, võrreldes liitiumiga, mis on haruldane element.
Postitusaeg: Detsember-02-2019