Nota do editor: a tecnoloxía eléctrica é o futuro da terra verde e a tecnoloxía da batería é a base da tecnoloxía eléctrica e a clave para restrinxir o desenvolvemento a gran escala da tecnoloxía eléctrica. A tecnoloxía actual de baterías principais son as baterías de iones de litio, que teñen unha boa densidade de enerxía e alta eficiencia. Non obstante, o litio é un elemento raro con alto custo e recursos limitados. Ao mesmo tempo, a medida que crece o uso de fontes de enerxía renovables, a densidade enerxética das baterías de ión-litio xa non é suficiente. como responder? Mayank Jain fixo balance dalgunhas tecnoloxías de batería que se poden usar no futuro. O artigo orixinal publicouse no medio co título: The Future of Battery Technology
A terra está chea de enerxía, e estamos facendo todo o que podemos para capturar e facer un bo uso desa enerxía. Aínda que fixemos un mellor traballo na transición ás enerxías renovables, non avanzamos moito no almacenamento de enerxía.
Na actualidade, o máis alto estándar de tecnoloxía de batería son as baterías de iones de litio. Esta batería parece ter a mellor densidade de enerxía, alta eficiencia (un 99%) e longa vida.
Entón, que pasa? A medida que a enerxía renovable que captamos segue crecendo, a densidade enerxética das baterías de ión-litio xa non é suficiente.
Dado que podemos seguir producindo baterías por lotes, isto non parece ser un gran problema, pero o problema é que o litio é un metal relativamente raro, polo que o seu custo non é baixo. Aínda que os custos de produción de baterías están caendo, a necesidade de almacenamento de enerxía tamén está a aumentar rapidamente.
Chegamos a un punto no que unha vez que se fabrique a batería de iones de litio, terá un gran impacto na industria enerxética.
A maior densidade enerxética dos combustibles fósiles é un feito, e este é un enorme factor de influencia que dificulta a transición a unha dependencia total das enerxías renovables. Necesitamos baterías que emitan máis enerxía que o noso peso.
Como funcionan as baterías de iones de litio
O mecanismo de funcionamento das baterías de litio é similar ás baterías químicas AA ou AAA ordinarias. Teñen terminais de ánodo e cátodo, e un electrólito no medio. A diferenza das baterías comúns, a reacción de descarga nunha batería de iones de litio é reversible, polo que a batería pódese recargar repetidamente.
O cátodo (terminal +) está feito de fosfato de ferro de litio, o ánodo (terminal) de grafito e o grafito de carbono. A electricidade é só o fluxo de electróns. Estas baterías xeran electricidade movendo ións de litio entre o ánodo e o cátodo.
Cando se cargan, os ións móvense ao ánodo e, cando se descargan, os ións corren ao cátodo.
Este movemento dos ións provoca o movemento dos electróns no circuíto, polo que o movemento de ións de litio e o movemento de electróns están relacionados.
Batería de ánodo de silicio
Moitas grandes empresas de automóbiles como BMW estiveron investindo no desenvolvemento de baterías de ánodo de silicio. Como as baterías de ión-litio ordinarias, estas baterías usan ánodos de litio, pero en lugar de ánodos a base de carbono, usan silicio.
Como ánodo, o silicio é mellor que o grafito porque require 4 átomos de carbono para conter litio, e 1 átomo de silicio pode albergar 4 ións de litio. Esta é unha gran actualización... facendo que o silicio sexa 3 veces máis forte que o grafito.
Non obstante, o uso do litio segue sendo unha arma de dobre fío. Este material aínda é caro, pero tamén é máis doado transferir instalacións de produción ás células de silicio. Se as baterías son completamente diferentes, haberá que redeseñar completamente a fábrica, o que fará que o atractivo do cambio se vexa lixeiramente reducido.
Os ánodos de silicio fanse tratando a area para producir silicio puro, pero o maior problema ao que se enfrontan os investigadores actualmente é que os ánodos de silicio inchan cando se usan. Isto pode provocar que a batería se degrade demasiado rápido. Tamén é difícil producir ánodos en masa.
Batería de grafeno
O grafeno é un tipo de escamas de carbono que usa o mesmo material que un lapis, pero custa moito tempo unir grafito ás escamas. O grafeno é eloxiado polo seu excelente rendemento en moitos casos de uso, e as baterías son un deles.
Algunhas empresas están a traballar en baterías de grafeno que poden cargarse completamente en minutos e descargarse 33 veces máis rápido que as baterías de iones de litio. Isto é de gran valor para os vehículos eléctricos.
Batería de espuma
Na actualidade, as baterías tradicionais son bidimensionais. Están apilados como unha batería de litio ou enrolados como unha típica batería AA ou de iones de litio.
A batería de espuma é un novo concepto que implica o movemento de carga eléctrica no espazo 3D.
Esta estrutura tridimensional pode acelerar o tempo de carga e aumentar a densidade de enerxía, estas son calidades moi importantes da batería. En comparación coa maioría das outras baterías, as baterías de escuma non teñen electrólitos líquidos nocivos.
As baterías de escuma usan electrólitos sólidos en lugar de electrólitos líquidos. Este electrólito non só conduce ións de litio, senón que tamén illa outros dispositivos electrónicos.
O ánodo que contén a carga negativa da batería está feito de cobre espumado e revestido co material activo necesario.
Despois aplícase un electrólito sólido ao redor do ánodo.
Finalmente, utilízase unha chamada "pasta positiva" para cubrir os ocos dentro da batería.
Batería de óxido de aluminio
Estas baterías teñen unha das maiores densidades de enerxía de calquera batería. A súa enerxía é máis potente e lixeira que as actuais baterías de iones de litio. Algunhas persoas afirman que estas baterías poden proporcionar 2.000 quilómetros de vehículos eléctricos. Cal é este concepto? Como referencia, a autonomía máxima de cruceiro de Tesla é duns 600 quilómetros.
O problema con estas baterías é que non se poden cargar. Producen hidróxido de aluminio e liberan enerxía mediante a reacción de aluminio e osíxeno nun electrólito a base de auga. O uso de baterías consume aluminio como ánodo.
Batería de sodio
Actualmente, os científicos xaponeses están a traballar na fabricación de baterías que usen sodio en lugar de litio.
Isto sería perturbador, xa que as baterías de sodio son teoricamente 7 veces máis eficientes que as de litio. Outra gran vantaxe é que o sodio é o sexto elemento máis rico das reservas terrestres, en comparación co litio, que é un elemento raro.
Hora de publicación: 02-12-2019