Napomena urednika: Električna tehnologija je budućnost zelene zemlje, a baterijska tehnologija je temelj električne tehnologije i ključ za ograničavanje velikog razvoja električne tehnologije. Trenutna glavna tehnologija baterija su litij-ionske baterije, koje imaju dobru gustoću energije i visoku učinkovitost. Međutim, litij je rijedak element visoke cijene i ograničenih resursa. Istodobno, kako korištenje obnovljivih izvora energije raste, energetska gustoća litij-ionskih baterija više nije dovoljna. kako odgovoriti? Mayank Jain pregledao je neke tehnologije baterija koje bi se mogle koristiti u budućnosti. Izvorni članak objavljen je na mediju pod naslovom: The Future of Battery Technology
Zemlja je puna energije, a mi činimo sve što možemo da uhvatimo i dobro iskoristimo tu energiju. Iako smo napravili bolji posao u tranziciji na obnovljive izvore energije, nismo puno napredovali u skladištenju energije.
Trenutno, najviši standard tehnologije baterija su litij-ionske baterije. Čini se da ova baterija ima najbolju gustoću energije, visoku učinkovitost (oko 99%) i dug vijek trajanja.
Pa što nije u redu? Kako obnovljiva energija koju prikupljamo nastavlja rasti, gustoća energije litij-ionskih baterija više nije dovoljna.
Budući da baterije možemo nastaviti proizvoditi u serijama, čini se da to nije velika stvar, no problem je što je litij relativno rijedak metal, pa njegova cijena nije niska. Iako troškovi proizvodnje baterija padaju, potreba za skladištenjem energije također brzo raste.
Došli smo do točke kada će litij-ionska baterija, jednom proizvedena, imati veliki utjecaj na energetsku industriju.
Veća energetska gustoća fosilnih goriva je činjenica, a to je veliki utjecajni čimbenik koji koči prelazak na potpunu ovisnost o obnovljivim izvorima energije. Trebaju nam baterije koje emitiraju više energije od naše težine.
Kako rade litij-ionske baterije
Mehanizam rada litijevih baterija sličan je običnim AA ili AAA kemijskim baterijama. Imaju anodne i katodne terminale i elektrolit između njih. Za razliku od običnih baterija, reakcija pražnjenja u litij-ionskoj bateriji je reverzibilna, tako da se baterija može više puta puniti.
Katoda (+ terminal) je izrađena od litij željezo fosfata, anoda (-terminal) je od grafita, a grafit je od ugljika. Elektricitet je samo tok elektrona. Ove baterije proizvode električnu energiju pomicanjem litijevih iona između anode i katode.
Kada se napune, ioni se kreću prema anodi, a kada se isprazne, ioni se kreću prema katodi.
Ovo kretanje iona uzrokuje kretanje elektrona u krugu, tako da su kretanje iona litija i kretanje elektrona povezani.
Silicijska anodna baterija
Mnoge velike automobilske tvrtke poput BMW-a ulažu u razvoj silicijskih anodnih baterija. Kao i obične litij-ionske baterije, ove baterije koriste litijeve anode, ali umjesto anoda na bazi ugljika koriste silicij.
Kao anoda, silicij je bolji od grafita jer su mu potrebna 4 atoma ugljika da drže litij, a 1 atom silicija može držati 4 litijeva iona. Ovo je velika nadogradnja… čini silicij 3 puta jačim od grafita.
Ipak, uporaba litija još uvijek je dvosjekli mač. Ovaj materijal je još uvijek skup, ali je također lakše prenijeti proizvodne pogone na silicijske ćelije. Ako su baterije potpuno drugačije, tvornicu će morati potpuno redizajnirati, čime će atraktivnost prebacivanja biti malo smanjena.
Silikonske anode izrađuju se obradom pijeska kako bi se proizveo čisti silicij, ali najveći problem s kojim se istraživači trenutačno suočavaju jest to što silicijeve anode bubre kada se koriste. To može uzrokovati prebrzo propadanje baterije. Također je teško masovno proizvoditi anode.
Grafenska baterija
Grafen je vrsta ugljične ljuskice koja koristi isti materijal kao i olovka, ali je potrebno mnogo vremena za pričvršćivanje grafita na ljuskice. Graphene je hvaljen zbog svojih izvrsnih performansi u mnogim slučajevima upotrebe, a baterije su jedna od njih.
Neke tvrtke rade na grafenskim baterijama koje se mogu potpuno napuniti za nekoliko minuta i prazniti 33 puta brže od litij-ionskih baterija. To je od velike vrijednosti za električna vozila.
Pjenasta baterija
Trenutačno su tradicionalne baterije dvodimenzionalne. Ili su složeni poput litijskih baterija ili smotani kao tipične AA ili litij-ionske baterije.
Pjenasta baterija je novi koncept koji uključuje kretanje električnog naboja u 3D prostoru.
Ova trodimenzionalna struktura može ubrzati vrijeme punjenja i povećati gustoću energije, to su iznimno važne kvalitete baterije. U usporedbi s većinom drugih baterija, pjenaste baterije nemaju štetne tekuće elektrolite.
Pjenaste baterije koriste čvrste elektrolite umjesto tekućih elektrolita. Ovaj elektrolit ne samo da provodi litijeve ione, već također izolira druge elektroničke uređaje.
Anoda koja drži negativni naboj baterije izrađena je od pjenastog bakra i presvučena potrebnim aktivnim materijalom.
Čvrsti elektrolit se zatim nanosi oko anode.
Na kraju, takozvana "pozitivna pasta" se koristi za popunjavanje praznina unutar baterije.
Baterija s aluminij oksidom
Ove baterije imaju jednu od najvećih gustoća energije među svim baterijama. Njegova energija je snažnija i lakša od trenutnih litij-ionskih baterija. Neki ljudi tvrde da te baterije mogu osigurati 2000 kilometara električnih vozila. Što je ovaj koncept? Za referencu, maksimalni domet krstarenja Tesle je oko 600 kilometara.
Problem s ovim baterijama je što se ne mogu puniti. Oni proizvode aluminijev hidroksid i oslobađaju energiju reakcijom aluminija i kisika u elektrolitu na bazi vode. Pri uporabi baterija troši se aluminij kao anoda.
Natrijeva baterija
Trenutno japanski znanstvenici rade na izradi baterija koje koriste natrij umjesto litija.
To bi bilo disruptivno, jer su natrijeve baterije teoretski 7 puta učinkovitije od litijevih. Još jedna velika prednost je to što je natrij šesti najbogatiji element u Zemljinim rezervama, u usporedbi s litijem, koji je rijedak element.
Vrijeme objave: 2. prosinca 2019