Редакцияның ескертуі: Электр технологиясы жасыл жердің болашағы, ал батарея технологиясы электр технологиясының негізі және электр технологиясының ауқымды дамуын шектеудің кілті болып табылады. Ағымдағы негізгі аккумулятор технологиясы литий-ионды батареялар болып табылады, олар жақсы энергия тығыздығы мен жоғары тиімділікке ие. Дегенмен, литий - жоғары құны және шектеулі ресурстары бар сирек элемент. Сонымен қатар, жаңартылатын энергия көздерін пайдалану өскен сайын, литий-иондық батареялардың энергия тығыздығы жеткіліксіз. қалай жауап беруге болады? Mayank Jain болашақта қолданылуы мүмкін кейбір батарея технологияларын түгендеді. Түпнұсқа мақала ортада «Батарея технологиясының болашағы» деген тақырыппен жарияланған
Жер энергияға толы, біз сол энергияны алу және тиімді пайдалану үшін қолдан келгеннің бәрін жасаймыз. Жаңартылатын энергияға көшуде жақсы жұмыс атқарғанымызбен, энергияны сақтауда айтарлықтай ілгерілеген жоқпыз.
Қазіргі уақытта батарея технологиясының ең жоғары стандарты литий-ионды батареялар болып табылады. Бұл батареяның ең жақсы қуат тығыздығы, жоғары тиімділігі (шамамен 99%) және ұзақ қызмет ету мерзімі бар сияқты.
Сонда не болды? Біз жинайтын жаңартылатын энергияның өсуі жалғасуда, литий-иондық батареялардың энергия тығыздығы енді жеткіліксіз.
Біз батареяларды партиялармен шығаруды жалғастыра алатындықтан, бұл үлкен мәселе емес сияқты, бірақ мәселе литий салыстырмалы түрде сирек кездесетін металл, сондықтан оның құны төмен емес. Батареяны өндіру шығындары төмендегенімен, энергияны сақтауға қажеттілік те тез өсуде.
Біз литий-иондық аккумуляторды шығарғаннан кейін ол энергетика саласына үлкен әсер ететін деңгейге жеттік.
Қазба отындарының энергия тығыздығының жоғары болуы факт болып табылады және бұл жаңартылатын энергияға толық тәуелділікке өтуге кедергі келтіретін үлкен әсер етуші фактор. Бізге салмағымыздан көбірек энергия шығаратын батареялар қажет.
Литий-иондық батареялар қалай жұмыс істейді
Литий батареяларының жұмыс механизмі қарапайым AA немесе AAA химиялық батареяларына ұқсас. Оларда анод пен катод терминалдары және олардың арасында электролит бар. Қарапайым батареялардан айырмашылығы, литий-ионды аккумулятордағы зарядсыздану реакциясы қайтымды, сондықтан батареяны қайта-қайта зарядтауға болады.
Катод (+ терминал) литий темір фосфатынан, анод (-терминал) графиттен, графит көміртектен жасалған. Электр энергиясы тек электрондар ағыны болып табылады. Бұл батареялар литий иондарын анод пен катод арасында жылжыту арқылы электр энергиясын жасайды.
Зарядталған кезде иондар анодқа ауысады, ал разрядталған кезде иондар катодқа өтеді.
Иондардың бұл қозғалысы тізбектегі электрондардың қозғалысын тудырады, сондықтан литий ионының қозғалысы мен электрон қозғалысы өзара байланысты.
Кремний анодты батарея
BMW сияқты көптеген ірі автомобиль компаниялары кремнийлі анодты батареяларды дамытуға инвестиция салып келеді. Қарапайым литий-ионды батареялар сияқты, бұл батареялар литий анодтарын пайдаланады, бірақ көміртегі негізіндегі анодтардың орнына кремнийді пайдаланады.
Анод ретінде кремний графитке қарағанда жақсы, өйткені ол литийді ұстау үшін 4 көміртек атомын қажет етеді, ал 1 кремний атомы 4 литий ионын ұстай алады. Бұл үлкен жаңарту ... кремнийді графиттен 3 есе күшті етеді.
Дегенмен, литийді пайдалану әлі де екі жүзді қылыш болып табылады. Бұл материал әлі де қымбат, бірақ сонымен қатар өндіріс орындарын кремний жасушаларына ауыстыру оңайырақ. Егер аккумуляторлар мүлдем басқаша болса, зауытты толығымен қайта құруға тура келеді, бұл ауысудың тартымдылығын сәл төмендетуге әкеледі.
Кремний анодтары таза кремний алу үшін құмды өңдеу арқылы жасалады, бірақ зерттеушілердің қазіргі кездегі ең үлкен проблемасы кремний анодтары пайдаланылған кезде ісінеді. Бұл батареяның тым тез тозуына әкелуі мүмкін. Анодтарды жаппай өндіру де қиын.
Графен батареясы
Графен - қарындаш сияқты материалды пайдаланатын көміртекті қабықтың бір түрі, бірақ графитті үлпектерге бекіту көп уақытты қажет етеді. Графен көптеген пайдалану жағдайларында тамаша өнімділігі үшін мақталады, ал батареялар олардың бірі болып табылады.
Кейбір компаниялар литий-иондық аккумуляторларға қарағанда бірнеше минут ішінде толық зарядталып, 33 есе жылдам зарядталатын графен батареяларымен жұмыс істейді. Бұл электромобильдер үшін өте маңызды.
Көбік батареясы
Қазіргі уақытта дәстүрлі батареялар екі өлшемді болып табылады. Олар литий батареясы сияқты жинақталған немесе әдеттегі AA немесе литий-ионды батарея сияқты оралған.
Көбік батареясы - 3D кеңістігінде электр зарядының қозғалысын қамтитын жаңа тұжырымдама.
Бұл үш өлшемді құрылым зарядтау уақытын жылдамдатады және энергия тығыздығын арттырады, бұл батареяның өте маңызды қасиеттері. Көптеген басқа батареялармен салыстырғанда көбік батареяларында зиянды сұйық электролиттер жоқ.
Көбік батареялары сұйық электролиттердің орнына қатты электролиттерді пайдаланады. Бұл электролит литий иондарын өткізіп қана қоймайды, сонымен қатар басқа электрондық құрылғыларды оқшаулайды.
Аккумулятордың теріс зарядын ұстайтын анод көбіктелген мыстан жасалған және қажетті белсенді материалмен қапталған.
Содан кейін анодтың айналасында қатты электролит қолданылады.
Соңында, батареяның ішіндегі бос орындарды толтыру үшін «оң паста» деп аталады.
Алюминий оксиді батареясы
Бұл батареялар кез келген батареяның ең үлкен энергия тығыздығының біріне ие. Оның энергиясы қазіргі литий-ионды батареяларға қарағанда қуаттырақ және жеңіл. Кейбіреулер бұл аккумуляторлар 2000 шақырым электр көліктерін қамтамасыз ете алады деп мәлімдейді. Бұл қандай тұжырымдама? Анықтама үшін, Tesla-ның максималды круиздік қашықтығы шамамен 600 шақырымды құрайды.
Бұл батареялардағы мәселе оларды зарядтауға болмайды. Олар алюминий гидроксидін шығарады және су негізіндегі электролиттегі алюминий мен оттегінің реакциясы арқылы энергияны шығарады. Батареяларды пайдалану анод ретінде алюминийді тұтынады.
Натрий батареясы
Қазіргі уақытта жапон ғалымдары литийдің орнына натрийді пайдаланатын аккумуляторлар жасаумен айналысуда.
Натрий батареялары литий батареяларына қарағанда теориялық тұрғыдан 7 есе тиімдірек болғандықтан, бұл бұзылады. Тағы бір үлкен артықшылығы - натрий сирек элемент болып табылатын литиймен салыстырғанда жердегі қорлардағы алтыншы ең бай элемент.
Жіберу уақыты: 02.12.2019 ж