Մարտկոցների տեխնոլոգիայի ապագան՝ սիլիկոնային անոդներ, գրաֆեն, ալյումին-թթվածնային մարտկոցներ և այլն։

Խմբագրի նշում. Էլեկտրական տեխնոլոգիան կանաչ երկրի ապագան է, իսկ մարտկոցների տեխնոլոգիան էլեկտրական տեխնոլոգիայի հիմքն է և էլեկտրական տեխնոլոգիայի լայնածավալ զարգացումը սահմանափակելու բանալին: Ներկայիս հիմնական մարտկոցների տեխնոլոգիան լիթիում-իոնային մարտկոցներն են, որոնք ունեն լավ էներգիայի խտություն և բարձր արդյունավետություն: Այնուամենայնիվ, լիթիումը հազվագյուտ տարր է՝ բարձր գնով և սահմանափակ ռեսուրսներով: Միևնույն ժամանակ, քանի որ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների օգտագործումը մեծանում է, լիթիում-իոնային մարտկոցների էներգիայի խտությունն այլևս բավարար չէ։ ինչպես արձագանքել. Mayank Jain-ը հաշվի է առել մարտկոցների որոշ տեխնոլոգիաներ, որոնք կարող են օգտագործվել ապագայում: Հոդվածի բնօրինակը հրապարակվել է միջինում վերնագրով. Մարտկոցների տեխնոլոգիայի ապագան

Երկիրը լի է էներգիայով, և մենք ամեն ինչ անում ենք այդ էներգիան գրավելու և լավ օգտագործելու համար: Թեև մենք ավելի լավ աշխատանք ենք կատարել վերականգնվող էներգիային անցնելու հարցում, սակայն էներգիայի պահպանման հարցում առանձնապես առաջընթաց չենք գրանցել:
Ներկայումս մարտկոցների տեխնոլոգիայի ամենաբարձր ստանդարտը լիթիում-իոնային մարտկոցներն են: Այս մարտկոցը, կարծես, ունի էներգիայի լավագույն խտություն, բարձր արդյունավետություն (մոտ 99%) և երկար կյանք:
Այսպիսով, ինչն է սխալ: Քանի որ մեր ներգրաված վերականգնվող էներգիան շարունակում է աճել, լիթիում-իոնային մարտկոցների էներգիայի խտությունն այլևս բավարար չէ:
Քանի որ մենք կարող ենք շարունակել խմբաքանակով մարտկոցներ արտադրել, սա մեծ խնդիր չի թվում, բայց խնդիրն այն է, որ լիթիումը համեմատաբար հազվագյուտ մետաղ է, ուստի դրա արժեքը ցածր չէ: Չնայած մարտկոցների արտադրության ծախսերը նվազում են, էներգիայի պահպանման անհրաժեշտությունը նույնպես արագորեն աճում է:
Մենք հասել ենք մի կետի, երբ երբ լիթիումի իոնային մարտկոցը արտադրվի, այն հսկայական ազդեցություն կունենա էներգետիկ արդյունաբերության վրա:
Հանածո վառելիքի ավելի մեծ էներգիայի խտությունը փաստ է, և սա հսկայական ազդեցիկ գործոն է, որը խոչընդոտում է վերականգնվող էներգիայից ամբողջական կախվածության անցմանը: Մեզ անհրաժեշտ են մարտկոցներ, որոնք ավելի շատ էներգիա են արձակում, քան մեր քաշը:
Ինչպես են աշխատում լիթիում-իոնային մարտկոցները
Լիթիումային մարտկոցների աշխատանքային մեխանիզմը նման է սովորական AA կամ AAA քիմիական մարտկոցներին: Նրանք ունեն անոդ և կաթոդ տերմինալներ, իսկ արանքում կա էլեկտրոլիտ: Ի տարբերություն սովորական մարտկոցների, լիթիում-իոնային մարտկոցի լիցքաթափման ռեակցիան շրջելի է, ուստի մարտկոցը կարող է բազմիցս լիցքավորվել:

Կաթոդը (+ տերմինալը) պատրաստված է լիթիումի երկաթի ֆոսֆատից, անոդը (-տերմինալը)՝ գրաֆիտից, իսկ գրաֆիտը՝ ածխածնից։ Էլեկտրականությունը պարզապես էլեկտրոնների հոսք է: Այս մարտկոցները արտադրում են էլեկտրականություն՝ շարժելով լիթիումի իոնները անոդի և կաթոդի միջև։
Լիցքավորվելիս իոնները շարժվում են դեպի անոդ, իսկ լիցքաթափվելիս իոնները անցնում են դեպի կաթոդ։
Իոնների այս շարժումը առաջացնում է էլեկտրոնների շարժում շղթայում, ուստի լիթիումի իոնների շարժումը և էլեկտրոնի շարժումը փոխկապակցված են:
Սիլիկոնային անոդային մարտկոց
Շատ խոշոր ավտոմոբիլային ընկերություններ, ինչպիսիք են BMW-ն, ներդրումներ են կատարել սիլիկոնային անոդային մարտկոցների մշակման մեջ: Ինչպես սովորական լիթիում-իոնային մարտկոցները, այս մարտկոցները օգտագործում են լիթիումի անոդներ, բայց ածխածնի վրա հիմնված անոդների փոխարեն՝ սիլիցիում:
Որպես անոդ, սիլիցիումը ավելի լավն է, քան գրաֆիտը, քանի որ այն պահանջում է 4 ածխածնի ատոմ՝ լիթիումը պահելու համար, իսկ 1 սիլիցիումի ատոմը կարող է պահել 4 լիթիումի իոն: Սա մեծ արդիականացում է… սիլիցիումը դարձնում է գրաֆիտից 3 անգամ ավելի ամուր:

Այնուամենայնիվ, լիթիումի օգտագործումը դեռևս երկսայրի սուր է։ Այս նյութը դեռ թանկ է, բայց նաև ավելի հեշտ է արտադրական օբյեկտները սիլիկոնային բջիջներ տեղափոխելը: Եթե ​​մարտկոցները բոլորովին տարբեր են, ապա գործարանը պետք է ամբողջությամբ վերանախագծվի, ինչը կհանգեցնի փոխարկման գրավչության մի փոքր նվազմանը:
Սիլիցիումի անոդները պատրաստվում են ավազի մշակմամբ՝ մաքուր սիլիցիում ստանալու համար, բայց ամենամեծ խնդիրը, որն այժմ բախվում են հետազոտողների հետ, այն է, որ սիլիցիումի անոդները ուռչում են, երբ օգտագործվում են: Սա կարող է հանգեցնել մարտկոցի շատ արագ դեգրադացման: Դժվար է նաև զանգվածային անոդներ արտադրել:

Գրաֆենի մարտկոց
Գրաֆենը ածխածնի փաթիլների տեսակ է, որն օգտագործում է նույն նյութը, ինչ մատիտը, սակայն գրաֆիտը փաթիլներին ամրացնելու համար շատ ժամանակ է պահանջվում: Գրաֆենը գովաբանվում է իր գերազանց կատարողականության համար բազմաթիվ օգտագործման դեպքերում, և մարտկոցները դրանցից մեկն են:

Որոշ ընկերություններ աշխատում են գրաֆենի մարտկոցների վրա, որոնք կարող են լիովին լիցքավորվել րոպեների ընթացքում և լիցքաթափվել 33 անգամ ավելի արագ, քան լիթիում-իոնային մարտկոցները: Սա մեծ արժեք ունի էլեկտրական մեքենաների համար։
Փրփուր մարտկոց
Ներկայումս ավանդական մարտկոցները երկչափ են։ Դրանք կա՛մ դրված են լիթիումի մարտկոցի պես, կա՛մ փաթաթված են սովորական AA կամ լիթիում-իոնային մարտկոցների նման:
Փրփուրի մարտկոցը նոր հայեցակարգ է, որը ներառում է էլեկտրական լիցքի շարժումը 3D տարածության մեջ:
Այս եռաչափ կառուցվածքը կարող է արագացնել լիցքավորման ժամանակը և մեծացնել էներգիայի խտությունը, սրանք մարտկոցի չափազանց կարևոր հատկություններ են։ Համեմատած այլ մարտկոցների մեծ մասի հետ՝ փրփուր մարտկոցները չունեն վնասակար հեղուկ էլեկտրոլիտներ:
Փրփուրի մարտկոցները հեղուկ էլեկտրոլիտների փոխարեն օգտագործում են պինդ էլեկտրոլիտներ: Այս էլեկտրոլիտը ոչ միայն փոխանցում է լիթիումի իոնները, այլև մեկուսացնում է այլ էլեկտրոնային սարքերը։

Անոդը, որը պահում է մարտկոցի բացասական լիցքը, պատրաստված է փրփրված պղնձից և պատված է անհրաժեշտ ակտիվ նյութով:
Այնուհետև անոդի շուրջ կիրառվում է պինդ էլեկտրոլիտ:
Վերջապես, այսպես կոչված «դրական մածուկը» օգտագործվում է մարտկոցի ներսում բացերը լրացնելու համար:
Ալյումինի օքսիդի մարտկոց

Այս մարտկոցներն ունեն ցանկացած մարտկոցի էներգիայի ամենամեծ խտություններից մեկը: Դրա էներգիան ավելի հզոր և թեթև է, քան ներկայիս լիթիում-իոնային մարտկոցները: Որոշ մարդիկ պնդում են, որ այդ մարտկոցները կարող են ապահովել 2000 կիլոմետր երկարությամբ էլեկտրական մեքենաներ: Ի՞նչ է այս հայեցակարգը: Տեղեկատվության համար՝ Tesla-ի նավարկության առավելագույն հեռահարությունը մոտ 600 կիլոմետր է։
Այս մարտկոցների խնդիրն այն է, որ դրանք հնարավոր չէ լիցքավորել: Նրանք արտադրում են ալյումինի հիդրօքսիդ և էներգիա են թողարկում ջրի վրա հիմնված էլեկտրոլիտում ալյումինի և թթվածնի ռեակցիայի միջոցով: Մարտկոցների օգտագործումը սպառում է ալյումինը՝ որպես անոդ։
Նատրիումի մարտկոց
Ներկայումս ճապոնացի գիտնականներն աշխատում են մարտկոցների ստեղծման վրա, որոնք լիթիումի փոխարեն նատրիում են օգտագործում։
Սա կարող է խանգարել, քանի որ նատրիումի մարտկոցները տեսականորեն 7 անգամ ավելի արդյունավետ են, քան լիթիումային մարտկոցները: Մեկ այլ հսկայական առավելություն այն է, որ նատրիումը վեցերորդ ամենահարուստ տարրն է երկրագնդի պաշարների մեջ՝ համեմատած լիթիումի հետ, որը հազվադեպ տարր է: