Athugasemd ritstjóra: Raftækni er framtíð grænu jarðar og rafhlöðutækni er undirstaða raftækni og lykillinn að því að takmarka stórfellda þróun raftækni. Núverandi almenn rafhlöðutækni er litíumjónarafhlöður, sem hafa góða orkuþéttleika og mikla afköst. Hins vegar er litíum sjaldgæft frumefni með miklum kostnaði og takmörkuðu fjármagni. Á sama tíma, eftir því sem notkun endurnýjanlegra orkugjafa eykst, er orkuþéttleiki litíumjónarafhlaðna ekki lengur nægjanlegur. hvernig á að bregðast við? Mayank Jain hefur tekið út nokkra rafhlöðutækni sem gæti verið notuð í framtíðinni. Upprunalega greinin var birt á miðli með titlinum: Framtíð rafhlöðutækninnar
Jörðin er full af orku og við gerum allt sem við getum til að fanga og nýta hana vel. Þó að við höfum staðið okkur betur í umskiptum yfir í endurnýjanlega orku höfum við ekki náð miklum árangri í geymslu orku.
Sem stendur er hæsta staðall rafhlöðutækni litíumjónarafhlöður. Þessi rafhlaða virðist hafa bestu orkuþéttleika, mikla afköst (um 99%) og langan líftíma.
Svo hvað er að? Þar sem endurnýjanlega orkan sem við tökum heldur áfram að vaxa, er orkuþéttleiki litíumjónarafhlaðna ekki lengur nægjanlegur.
Þar sem við getum haldið áfram að framleiða rafhlöður í lotum virðist þetta ekki vera mikið mál, en vandamálið er að litíum er tiltölulega sjaldgæfur málmur, svo kostnaðurinn er ekki lítill. Þrátt fyrir að framleiðslukostnaður rafgeyma fari lækkandi eykst þörfin fyrir orkugeymslu einnig hratt.
Við höfum náð þeim áfanga að þegar litíumjónarafhlaðan er framleidd mun hún hafa mikil áhrif á orkuiðnaðinn.
Hærri orkuþéttleiki jarðefnaeldsneytis er staðreynd og þetta er gríðarlegur áhrifaþáttur sem hindrar umskipti yfir í algjöra háð endurnýjanlegri orku. Við þurfum rafhlöður sem gefa frá sér meiri orku en þyngd okkar.
Hvernig litíumjónarafhlöður virka
Vinnubúnaður litíum rafhlöður er svipaður og venjuleg AA eða AAA efna rafhlöður. Þeir eru með rafskauts- og bakskautskautum og raflausn á milli. Ólíkt venjulegum rafhlöðum er afhleðsluviðbrögðin í litíumjónarafhlöðu afturkræf, þannig að hægt er að endurhlaða rafhlöðuna ítrekað.
Bakskautið (+ terminal) er úr litíum járnfosfati, skautið (-terminal) er úr grafít og grafít er úr kolefni. Rafmagn er bara flæði rafeinda. Þessar rafhlöður framleiða rafmagn með því að færa litíumjónir á milli rafskautsins og bakskautsins.
Þegar þær eru hlaðnar færast jónirnar til rafskautsins og þegar þær eru losaðar hlaupa þær til bakskautsins.
Þessi hreyfing jóna veldur hreyfingu rafeinda í hringrásinni, þannig að hreyfing litíumjóna og hreyfing rafeinda tengjast.
Kísil rafhlaða rafskaut
Mörg stór bílafyrirtæki eins og BMW hafa fjárfest í þróun á kísilskautarafhlöðum. Eins og venjulegar litíumjónarafhlöður nota þessar rafhlöður litíumskauta, en í stað kolefnisskauta nota þær sílikon.
Sem rafskaut er kísil betra en grafít vegna þess að það þarf 4 kolefnisatóm til að halda litíum og 1 kísilatóm getur haldið 4 litíumjónum. Þetta er mikil uppfærsla ... gerir sílikon 3 sinnum sterkari en grafít.
Engu að síður er notkun litíums enn tvíeggjað sverð. Þetta efni er enn dýrt en það er líka auðveldara að flytja framleiðsluaðstöðu yfir í kísilfrumur. Ef rafhlöðurnar eru allt aðrar þarf að endurhanna verksmiðjuna algjörlega sem veldur því að aðdráttarafl skipta minnkar lítillega.
Kísilskaut eru framleidd með því að meðhöndla sand til að framleiða hreint kísil, en stærsta vandamálið sem vísindamenn standa frammi fyrir nú er að kísilskaut bólgna við notkun. Þetta getur valdið því að rafhlaðan eyðist of hratt. Það er líka erfitt að fjöldaframleiða rafskaut.
Grafen rafhlaða
Grafen er tegund af kolefnisflögum sem notar sama efni og blýant en það kostar mikinn tíma að festa grafít á flögurnar. Grafen er hrósað fyrir frábæra frammistöðu í mörgum notkunartilfellum og rafhlöður eru ein þeirra.
Sum fyrirtæki eru að vinna að grafen rafhlöðum sem hægt er að fullhlaða á mínútum og tæma 33 sinnum hraðar en litíumjónarafhlöður. Þetta er mikils virði fyrir rafbíla.
Froðu rafhlaða
Sem stendur eru hefðbundnar rafhlöður tvívíðar. Þeim er annað hvort staflað eins og litíum rafhlöðu eða rúllað upp eins og dæmigerð AA eða litíum rafhlaða.
Froðu rafhlaðan er nýtt hugtak sem felur í sér hreyfingu rafhleðslu í þrívíddarrými.
Þessi þrívídda uppbygging getur flýtt fyrir hleðslutíma og aukið orkuþéttleika, þetta eru afar mikilvægir eiginleikar rafhlöðunnar. Í samanburði við flestar aðrar rafhlöður hafa froðu rafhlöður engin skaðleg fljótandi raflausn.
Froðu rafhlöður nota fast raflausn í stað fljótandi raflausna. Þessi raflausn leiðir ekki aðeins litíumjónir heldur einangrar einnig önnur rafeindatæki.
Rafskautið sem heldur neikvæðri hleðslu rafhlöðunnar er úr froðuðri kopar og húðuð með nauðsynlegu virku efni.
Fast raflausn er síðan sett í kringum rafskautið.
Að lokum er svokallað „jákvætt líma“ notað til að fylla í eyðurnar inni í rafhlöðunni.
Áloxíð rafhlaða
Þessar rafhlöður hafa einn mesta orkuþéttleika hvers rafhlöðu. Orka þess er öflugri og léttari en núverandi litíumjónarafhlöður. Sumir halda því fram að þessar rafhlöður geti veitt 2.000 kílómetra af rafknúnum ökutækjum. Hvað er þetta hugtak? Til viðmiðunar er hámarksfardrægni Tesla um 600 kílómetrar.
Vandamálið með þessar rafhlöður er að það er ekki hægt að hlaða þær. Þeir framleiða álhýdroxíð og losa orku með hvarfi áls og súrefnis í vatnsbundinni raflausn. Notkun rafhlöðu eyðir áli sem rafskaut.
Natríum rafhlaða
Sem stendur eru japanskir vísindamenn að vinna að því að búa til rafhlöður sem nota natríum í stað litíums.
Þetta væri truflandi, þar sem natríum rafhlöður eru fræðilega 7 sinnum skilvirkari en litíum rafhlöður. Annar stór kostur er að natríum er sjötta ríkasta frumefnið í forða jarðar samanborið við litíum, sem er sjaldgæft frumefni.
Pósttími: Des-02-2019