A szerkesztő megjegyzése: Az elektromos technológia a zöld föld jövője, az akkumulátor-technológia pedig az elektromos technológia alapja, és az elektromos technológia nagy léptékű fejlesztésének korlátozásának kulcsa. A jelenlegi fő akkumulátor technológia a lítium-ion akkumulátorok, amelyek jó energiasűrűséggel és nagy hatékonysággal rendelkeznek. A lítium azonban ritka elem, magas költséggel és korlátozott erőforrásokkal. Ugyanakkor a megújuló energiaforrások használatának növekedésével a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége már nem elegendő. hogyan kell reagálni? Mayank Jain számba vett néhány akkumulátortechnológiát, amelyek a jövőben használhatók. Az eredeti cikk médián jelent meg: The Future of Battery Technology címmel
A Föld tele van energiával, és mi mindent megteszünk annak érdekében, hogy ezt az energiát megragadjuk és jól hasznosítsuk. A megújuló energiára való átállásban ugyan jobb munkát végeztünk, de az energiatárolás terén nem sokat fejlődtünk.
Jelenleg az akkumulátortechnológia legmagasabb színvonalát a lítium-ion akkumulátorok jelentik. Úgy tűnik, ez az akkumulátor rendelkezik a legjobb energiasűrűséggel, nagy hatékonysággal (körülbelül 99%) és hosszú élettartammal.
Szóval mi a baj? Ahogy a megújuló energiaforrások mennyisége folyamatosan növekszik, a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége már nem elegendő.
Mivel továbbra is tudjuk sorozatban gyártani az akkumulátorokat, ez nem tűnik nagy bajnak, de a probléma az, hogy a lítium egy viszonylag ritka fém, így a költsége nem alacsony. Bár az akkumulátor gyártási költségei csökkennek, az energiatárolás iránti igény is gyorsan növekszik.
Elérkeztünk ahhoz a ponthoz, ahol a lítium-ion akkumulátor gyártása után óriási hatással lesz az energiaiparra.
A fosszilis tüzelőanyagok nagyobb energiasűrűsége tény, és ez egy hatalmas befolyásoló tényező, amely gátolja a megújuló energiáktól való teljes függőségre való átállást. Olyan akkumulátorokra van szükségünk, amelyek súlyunknál több energiát bocsátanak ki.
A lítium-ion akkumulátorok működése
A lítium elemek működési mechanizmusa hasonló a hagyományos AA vagy AAA vegyi elemekhez. Anód- és katódkapcsokkal, valamint elektrolittal rendelkeznek. A hagyományos akkumulátoroktól eltérően a lítium-ion akkumulátor kisülési reakciója reverzibilis, így az akkumulátor többször is újratölthető.
A katód (+ terminál) lítium-vas-foszfátból, az anód (-terminál) grafitból, a grafit pedig szénből készül. Az elektromosság csak az elektronok áramlása. Ezek az akkumulátorok az anód és a katód közötti lítium-ionok mozgatásával termelnek áramot.
Feltöltéskor az ionok az anódhoz, kisüléskor a katódhoz futnak.
Az ionok ezen mozgása okozza az elektronok mozgását az áramkörben, így a lítium-ion mozgása és az elektronmozgás összefügg.
Szilícium anód akkumulátor
Sok nagy autógyártó cég, mint például a BMW, fektet be a szilícium anód akkumulátorok fejlesztésébe. A hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz hasonlóan ezek az akkumulátorok lítium anódokat használnak, de szénalapú anódok helyett szilíciumot használnak.
Anódként a szilícium jobb, mint a grafit, mert 4 szénatomra van szükség a lítium megtartásához, és 1 szilícium atomban 4 lítium ion. Ez egy jelentős fejlesztés… a szilícium háromszor erősebb, mint a grafit.
Ennek ellenére a lítium használata még mindig kétélű fegyver. Ez az anyag még mindig drága, de a termelési létesítményeket is könnyebb átvinni szilíciumcellákba. Ha teljesen mások az akkumulátorok, akkor a gyárat teljesen át kell alakítani, ami miatt a váltás vonzereje kissé csökken.
A szilícium anódokat homok kezelésével állítják elő, hogy tiszta szilíciumot állítsanak elő, de a legnagyobb probléma, amellyel a kutatók jelenleg szembesülnek, az, hogy a szilícium anódok használat közben megduzzadnak. Ez az akkumulátor túl gyors lemerüléséhez vezethet. Az anódok tömeggyártása is nehézkes.
Grafén akkumulátor
A grafén egyfajta szénpehely, amely ugyanazt az anyagot használja, mint a ceruza, de sok időbe kerül a grafit rögzítése a pelyhekre. A Graphene számos felhasználási esetben kiváló teljesítményét dicséri, és ezek közé tartoznak az akkumulátorok is.
Egyes cégek olyan grafén akkumulátorokon dolgoznak, amelyek percek alatt teljesen feltölthetők, és 33-szor gyorsabban merülnek le, mint a lítium-ion akkumulátorok. Ez nagy érték az elektromos járművek számára.
Hab akkumulátor
Jelenleg a hagyományos akkumulátorok kétdimenziósak. Vagy egymásra vannak rakva, mint egy lítium akkumulátor, vagy feltekerve, mint egy tipikus AA vagy lítium-ion akkumulátor.
A hab akkumulátor egy új koncepció, amely magában foglalja az elektromos töltés mozgását a 3D térben.
Ez a 3 dimenziós szerkezet felgyorsíthatja a töltési időt és növelheti az energiasűrűséget, ezek az akkumulátor rendkívül fontos tulajdonságai. A legtöbb más akkumulátorhoz képest a hab akkumulátorok nem tartalmaznak káros folyékony elektrolitokat.
A hab akkumulátorok folyékony elektrolitok helyett szilárd elektrolitokat használnak. Ez az elektrolit nemcsak a lítium-ionokat vezeti, hanem más elektronikus eszközöket is szigetel.
Az akkumulátor negatív töltését tartó anód habosított rézből készül, és a szükséges aktív anyaggal van bevonva.
Ezután szilárd elektrolitot visznek fel az anód köré.
Végül egy úgynevezett „pozitív pasztát” használnak az akkumulátor belsejében lévő rések kitöltésére.
Alumínium-oxid akkumulátor
Ezek az akkumulátorok az egyik legnagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek az akkumulátorok közül. Energiája erősebb és könnyebb, mint a jelenlegi lítium-ion akkumulátoroké. Vannak, akik azt állítják, hogy ezek az akkumulátorok 2000 kilométernyi elektromos járművet képesek biztosítani. Mi ez a fogalom? Referenciaként a Tesla maximális hatótávolsága körülbelül 600 kilométer.
Ezekkel az akkumulátorokkal az a probléma, hogy nem tölthetők. Alumínium-hidroxidot állítanak elő, és energiát bocsátanak ki az alumínium és az oxigén reakciója révén egy vízbázisú elektrolitban. Az akkumulátorok használata anódként alumíniumot fogyaszt.
Nátrium akkumulátor
Jelenleg japán tudósok olyan akkumulátorok előállításán dolgoznak, amelyek lítium helyett nátriumot használnak.
Ez zavaró lenne, mivel a nátrium akkumulátorok elméletileg 7-szer hatékonyabbak, mint a lítium akkumulátorok. Egy másik óriási előny, hogy a nátrium a hatodik leggazdagabb elem a Föld készleteiben, szemben a ritka elemnek számító lítiummal.
Feladás időpontja: 2019.12.02