Nòta neach-deasachaidh: Is e teicneòlas dealain àm ri teachd na talmhainn uaine, agus is e teicneòlas bataraidh bunait teicneòlas dealain agus an iuchair airson casg a chuir air leasachadh mòr air teicneòlas dealain. Is e an teicneòlas bataraidh gnàthach gnàthach bataraidhean lithium-ion, aig a bheil dùmhlachd lùth math agus àrd èifeachdas. Ach, tha lithium na eileamaid tearc le cosgais àrd agus goireasan cuibhrichte. Aig an aon àm, mar a bhios cleachdadh stòran lùth ath-nuadhachail a’ fàs, chan eil dùmhlachd lùtha bataraidhean lithium-ion gu leòr tuilleadh. ciamar a fhreagras tu? Tha Mayank Jain air cuid de theicneòlasan bataraidh a ghabhail a dh'fhaodar a chleachdadh san àm ri teachd. Chaidh an artaigil tùsail fhoillseachadh air meadhan leis an tiotal: The Future of Battery Technology
Tha an talamh làn lùth, agus tha sinn a’ dèanamh nas urrainn dhuinn gus an lùth sin a ghlacadh agus a chleachdadh gu math. Ged a tha sinn air obair nas fheàrr a dhèanamh anns a’ ghluasad gu cumhachd ath-nuadhachail, chan eil sinn air mòran adhartais a dhèanamh ann a bhith a’ stòradh lùth.
Aig an àm seo, is e bataraidhean lithium-ion an ìre as àirde de theicneòlas bataraidh. Tha e coltach gu bheil an dùmhlachd lùtha as fheàrr aig a’ bhataraidh seo, àrd-èifeachdas (timcheall air 99%), agus beatha fhada.
Mar sin dè tha ceàrr? Mar a tha an lùth ath-nuadhachail a ghlacas sinn a’ sìor fhàs, chan eil dùmhlachd lùtha bataraidhean lithium-ion gu leòr tuilleadh.
Leis gun urrainn dhuinn cumail oirnn a’ toirt a-mach bataraidhean ann an baidsean, chan eil coltas gur e gnothach mòr a tha seo, ach is e an duilgheadas a th’ ann gur e meatailt caran tearc a th’ ann an lithium, agus mar sin chan eil a chosgais ìosal. Ged a tha cosgaisean cinneasachaidh bataraidh a’ tuiteam, tha an fheum air stòradh lùtha cuideachd a’ dol am meud gu luath.
Tha sinn air ìre a ruighinn far am bi buaidh mhòr aig a’ bhataraidh lithium-ion air gnìomhachas an lùtha, aon uair ‘s gu bheilear a’ dèanamh bataraidh lithium-ion.
Tha an dùmhlachd lùtha nas àirde de chonnadh fosail na fhìrinn, agus tha seo na fheart buadhach mòr a tha a’ cur bacadh air a’ ghluasad gu eisimeileachd iomlan air lùth ath-nuadhachail. Feumaidh sinn bataraidhean a bhios a’ sgaoileadh barrachd lùth na ar cuideam.
Mar a tha bataraidhean lithium-ion ag obair
Tha uidheamachd obrach bataraidhean lithium coltach ri bataraidhean ceimigeach àbhaisteach AA no AAA. Tha cinn-uidhe anod agus catod aca, agus electrolyte eatarra. Eu-coltach ri bataraidhean àbhaisteach, tha an ath-bhualadh sgaoilidh ann am bataraidh lithium-ion air a thionndadh air ais, agus mar sin faodar am bataraidh ath-lìonadh a-rithist.
Tha an catod (+ terminal) air a dhèanamh de phosphate iarann litiam, tha an anod (-terminal) air a dhèanamh de ghrafait, agus tha grafait air a dhèanamh de charbon. Chan eil ann an dealan ach sruth nan dealanan. Bidh na bataraidhean sin a’ gineadh dealan le bhith a’ gluasad ions lithium eadar an anod agus catod.
Nuair a thèid an cur an sàs, gluaisidh na h-ianan chun an anod, agus nuair a thèid an leigeil ma sgaoil, bidh na h-ianan a’ ruith chun chatod.
Tha an gluasad seo de ianan ag adhbhrachadh gluasad dealanan anns a’ chuairt, agus mar sin tha gluasad ion lithium agus gluasad dealanan co-cheangailte.
Bataraidh anod silicon
Tha mòran de chompanaidhean càr mòra leithid BMW air a bhith a’ tasgadh ann an leasachadh bataraidhean anod silicon. Coltach ri bataraidhean lithium-ion àbhaisteach, bidh na bataraidhean sin a’ cleachdadh anodes lithium, ach an àite anodan stèidhichte air carbon, bidh iad a’ cleachdadh silicon.
Mar anod, tha silicon nas fheàrr na grafait oir tha feum air 4 atoman gualain gus lithium a chumail, agus faodaidh 1 atom silicon 4 ianan lithium a chumail. Is e ùrachadh mòr a tha seo ... a’ dèanamh silicon 3 tursan nas làidire na grafait.
A dh'aindeoin sin, tha cleachdadh lithium fhathast na chlaidheamh dà-oir. Tha an stuth seo fhathast daor, ach tha e cuideachd nas fhasa goireasan cinneasachaidh a ghluasad gu ceallan silicon. Ma tha na bataraidhean gu tur eadar-dhealaichte, feumar an fhactaraidh ath-dhealbhadh gu tur, rud a bheir lùghdachadh air cho tarraingeach sa tha an tionndadh.
Bithear a’ dèanamh anodan sileacain le bhith a’ làimhseachadh gainmheach gus sileacon fìor-ghlan a thoirt gu buil, ach is e an duilgheadas as motha a tha mu choinneamh luchd-rannsachaidh an-dràsta gu bheil anodan silicon a’ dol suas nuair a thèid an cleachdadh. Faodaidh seo adhbhrachadh gu bheil am bataraidh a 'crìonadh ro luath. Tha e cuideachd duilich anodes mòr a dhèanamh.
Bataraidh graphene
Is e seòrsa de flake gualain a th’ ann an Graphene a bhios a’ cleachdadh an aon stuth ri peansail, ach cosgaidh e tòrr ùine grafait a cheangal ris na flakes. Tha Graphene air a mholadh airson a choileanadh sàr-mhath ann an iomadh cùis cleachdaidh, agus tha bataraidhean mar aon dhiubh.
Tha cuid de chompanaidhean ag obair air bataraidhean graphene a dh’ fhaodar a ghearradh gu h-iomlan ann am mionaidean agus a leigeil ma sgaoil aig 33 tursan nas luaithe na bataraidhean lithium-ion. Tha seo air leth luachmhor airson carbadan dealain.
Bataraidh foam
Aig an àm seo, tha bataraidhean traidiseanta dà-thaobhach. Tha iad an dàrna cuid air an càrnadh mar bataraidh lithium no air an roiligeadh suas mar bataraidh àbhaisteach AA no lithium-ion.
Tha am bataraidh foam na bhun-bheachd ùr a tha a’ toirt a-steach gluasad cosgais dealain ann an àite 3D.
Faodaidh an structar 3-thaobhach seo an ùine cosgais a luathachadh agus an dùmhlachd lùtha àrdachadh, tha iad sin nan feartan air leth cudromach den bhataraidh. An coimeas ris a’ mhòr-chuid de bhataraidhean eile, chan eil electrolytes leaghaidh cronail aig bataraidhean foam.
Bidh bataraidhean foam a’ cleachdadh electrolytes cruaidh an àite electrolytes leaghaidh. Bidh an electrolyte seo chan ann a-mhàin a ’giùlan ions lithium, ach cuideachd a’ insaladh innealan dealanach eile.
Tha an anod a chumas cosgais àicheil a’ bhataraidh air a dhèanamh de chopair foamed agus air a chòmhdach leis an stuth gnìomhach a tha a dhìth.
Thèid electrolyte cruaidh an uairsin a chuir timcheall an anod.
Mu dheireadh, thathas a’ cleachdadh “pasg adhartach” ris an canar gus na beàrnan taobh a-staigh a’ bhataraidh a lìonadh.
Bataraidh Aluminium Oxide
Tha aon de na dùmhlachdan lùtha as motha ann am bataraidh sam bith aig na bataraidhean sin. Tha an lùth aige nas cumhachdaiche agus nas aotroime na bataraidhean gnàthach lithium-ion. Tha cuid ag agairt gum faod na bataraidhean sin 2,000 cilemeatair de charbadan dealain a thoirt seachad. Dè tha am bun-bheachd seo? Airson fiosrachadh, tha an raon turais as àirde de Tesla timcheall air 600 cilemeatair.
Is e an duilgheadas leis na bataraidhean sin nach urrainnear cosgais a chuir orra. Bidh iad a’ dèanamh alùmanum hydroxide agus a’ leigeil ma sgaoil lùth tro ath-bhualadh alùmanum agus ocsaidean ann an electrolyte stèidhichte air uisge. Bidh cleachdadh bataraidhean ag ithe alùmanum mar anod.
Bataraidh sodium
An-dràsta, tha luchd-saidheans Iapanach ag obair air bataraidhean a dhèanamh a chleachdas sodium an àite lithium.
Bhiodh seo na bhuaireadh, leis gu bheil bataraidhean sodium gu teòiridheach 7 tursan nas èifeachdaiche na bataraidhean lithium. Is e buannachd mhòr eile gur e sodium an siathamh eileamaid as beairtiche ann an cùl-stòran na talmhainn, an taca ri lithium, rud a tha gu math tearc.
Ùine puist: Dùbhlachd-02-2019