Redaktoriaus pastaba: Elektros technologijos yra žaliosios žemės ateitis, o baterijų technologija yra elektros technologijų pagrindas ir raktas į didelio masto elektros technologijų plėtros apribojimą. Dabartinė pagrindinė akumuliatorių technologija yra ličio jonų baterijos, kurios turi gerą energijos tankį ir didelį efektyvumą. Tačiau litis yra retas elementas, kurio kaina yra didelė ir ištekliai riboti. Tuo pačiu metu, augant atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimui, ličio jonų akumuliatorių energijos tankis nebepakankamas. kaip atsakyti? Mayank Jain įvertino kai kurias akumuliatorių technologijas, kurios gali būti naudojamos ateityje. Originalus straipsnis buvo paskelbtas laikmenoje pavadinimu: Baterijų technologijos ateitis
Žemė yra pilna energijos, o mes darome viską, ką galime, kad gautume ir tinkamai panaudotume tą energiją. Nors pereinant prie atsinaujinančios energijos padarėme geresnį darbą, energijos kaupimo srityje nepadarėme didelės pažangos.
Šiuo metu aukščiausias baterijų technologijos standartas yra ličio jonų akumuliatoriai. Atrodo, kad ši baterija turi geriausią energijos tankį, didelį efektyvumą (apie 99%) ir ilgą tarnavimo laiką.
Taigi kas negerai? Kadangi atsinaujinančios energijos kiekis ir toliau auga, ličio jonų akumuliatorių energijos tankis nebepakankamas.
Kadangi baterijas galime ir toliau gaminti partijomis, tai neatrodo didelė problema, tačiau bėda ta, kad litis yra gana retas metalas, todėl jo savikaina nėra maža. Nors baterijų gamybos sąnaudos mažėja, energijos kaupimo poreikis taip pat sparčiai didėja.
Pasiekėme tašką, kai pagaminus ličio jonų akumuliatorių jis turės didžiulį poveikį energetikos pramonei.
Didesnis iškastinio kuro energijos tankis yra faktas, ir tai yra didžiulis įtakos veiksnys, trukdantis pereiti prie visiškos priklausomybės nuo atsinaujinančios energijos. Mums reikia baterijų, kurios išskiria daugiau energijos nei mūsų svoris.
Kaip veikia ličio jonų baterijos
Ličio baterijų veikimo mechanizmas yra panašus į įprastų AA arba AAA cheminių baterijų. Jie turi anodo ir katodo gnybtus, o tarp jų yra elektrolitas. Skirtingai nuo įprastų baterijų, ličio jonų akumuliatoriaus iškrovos reakcija yra grįžtama, todėl akumuliatorių galima pakartotinai įkrauti.
Katodas (+ gnybtas) pagamintas iš ličio geležies fosfato, anodas (-terminalas) – iš grafito, o grafitas – iš anglies. Elektra yra tik elektronų srautas. Šios baterijos generuoja elektros energiją perkeldamos ličio jonus tarp anodo ir katodo.
Įkraunami jonai juda į anodą, o išsikrovę – į katodą.
Šis jonų judėjimas sukelia elektronų judėjimą grandinėje, todėl ličio jonų judėjimas ir elektronų judėjimas yra susiję.
Silicio anodo baterija
Daugelis didelių automobilių kompanijų, tokių kaip BMW, investuoja į silicio anodo akumuliatorių kūrimą. Kaip ir paprastose ličio jonų baterijose, šiose baterijose naudojami ličio anodai, tačiau vietoj anglies pagrindu pagamintų anodų – silicis.
Kaip anodas, silicis yra geresnis nei grafitas, nes jam reikia 4 anglies atomų, kad išlaikytų litį, o 1 silicio atome gali tilpti 4 ličio jonai. Tai didelis patobulinimas... silicis 3 kartus stipresnis nei grafitas.
Nepaisant to, ličio naudojimas vis dar yra dviašmenis kardas. Ši medžiaga vis dar brangi, tačiau taip pat lengviau perkelti gamybos įrenginius į silicio elementus. Jei baterijos visiškai kitokios, gamyklą teks visiškai pertvarkyti, todėl perjungimo patrauklumas šiek tiek sumažės.
Silicio anodai gaminami apdorojant smėlį, kad būtų gautas grynas silicis, tačiau didžiausia problema, su kuria šiuo metu susiduria mokslininkai, yra ta, kad naudojant silicio anodas išsipučia. Dėl to akumuliatorius gali per greitai nusidėvėti. Taip pat sunku masiškai gaminti anodus.
Grafeno baterija
Grafenas yra anglies dribsnių rūšis, kuriai naudojama ta pati medžiaga kaip pieštukas, tačiau grafito pritvirtinimas prie dribsnių kainuoja daug laiko. Grafenas giriamas už puikų našumą daugeliu atvejų, o akumuliatoriai yra vienas iš jų.
Kai kurios įmonės kuria grafeno baterijas, kurias galima visiškai įkrauti per kelias minutes ir išsikrauti 33 kartus greičiau nei ličio jonų baterijos. Tai labai naudinga elektra varomoms transporto priemonėms.
Putplasčio baterija
Šiuo metu tradicinės baterijos yra dvimatės. Jie yra arba sukrauti kaip ličio baterija, arba susukti kaip įprasta AA ar ličio jonų baterija.
Putplasčio baterija yra nauja koncepcija, apimanti elektros krūvio judėjimą 3D erdvėje.
Ši 3 dimensijų struktūra gali pagreitinti įkrovimo laiką ir padidinti energijos tankį – tai itin svarbios baterijos savybės. Palyginti su daugeliu kitų baterijų, putplasčio baterijose nėra kenksmingų skystų elektrolitų.
Putplasčio baterijose vietoj skystų elektrolitų naudojami kieti elektrolitai. Šis elektrolitas ne tik praleidžia ličio jonus, bet ir izoliuoja kitus elektroninius prietaisus.
Neigiamą akumuliatoriaus įkrovą laikantis anodas pagamintas iš putplasčio vario ir padengtas reikiama aktyvia medžiaga.
Tada aplink anodą uždedamas kietas elektrolitas.
Galiausiai, vadinamoji „teigiama pasta“ naudojama užpildyti tarpams akumuliatoriaus viduje.
Aliuminio oksido baterija
Šios baterijos turi vieną didžiausių energijos tankių iš visų baterijų. Jo energija yra galingesnė ir lengvesnė nei dabartinių ličio jonų baterijų. Kai kurie žmonės teigia, kad šios baterijos gali užtikrinti 2000 kilometrų elektromobilių. Kas yra ši sąvoka? Pažymėtina, kad maksimalus Tesla kreiserinis nuotolis yra apie 600 kilometrų.
Šių baterijų problema yra ta, kad jų negalima įkrauti. Jie gamina aliuminio hidroksidą ir išskiria energiją per aliuminio ir deguonies reakciją vandens pagrindu pagamintame elektrolite. Naudojant baterijas, aliuminis naudojamas kaip anodas.
Natrio baterija
Šiuo metu Japonijos mokslininkai kuria baterijas, kuriose vietoj ličio naudojamas natris.
Tai trikdytų, nes natrio baterijos teoriškai yra 7 kartus efektyvesnės nei ličio baterijos. Kitas didžiulis privalumas – natris yra šeštas pagal turtingumą elementas žemėje, palyginti su ličiu, kuris yra retas elementas.
Paskelbimo laikas: 2019-12-02