Redaktora piezīme: Elektriskā tehnoloģija ir zaļās zemes nākotne, un akumulatoru tehnoloģija ir elektrisko tehnoloģiju pamats un atslēga, lai ierobežotu elektrisko tehnoloģiju plaša mēroga attīstību. Pašreizējā galvenā akumulatoru tehnoloģija ir litija jonu akumulatori, kuriem ir labs enerģijas blīvums un augsta efektivitāte. Tomēr litijs ir rets elements ar augstām izmaksām un ierobežotiem resursiem. Tajā pašā laikā, pieaugot atjaunojamo enerģijas avotu izmantošanai, litija jonu akumulatoru enerģijas blīvums vairs nav pietiekams. kā atbildēt? Mayank Jain ir apkopojis dažas akumulatoru tehnoloģijas, kuras varētu izmantot nākotnē. Sākotnējais raksts tika publicēts datu nesējā ar nosaukumu: Baterijas tehnoloģijas nākotne
Zeme ir pilna ar enerģiju, un mēs darām visu iespējamo, lai uztvertu un lietderīgi izmantotu šo enerģiju. Lai gan esam paveikuši labāku darbu pārejā uz atjaunojamo enerģiju, enerģijas uzglabāšanā neesam panākuši lielu progresu.
Šobrīd augstākais akumulatoru tehnoloģiju standarts ir litija jonu akumulatori. Šķiet, ka šim akumulatoram ir vislabākais enerģijas blīvums, augsta efektivitāte (apmēram 99%) un ilgs kalpošanas laiks.
Kas tad par vainu? Tā kā mūsu uztvertā atjaunojamās enerģijas apjoms turpina pieaugt, litija jonu akumulatoru enerģijas blīvums vairs nav pietiekams.
Tā kā mēs varam turpināt ražot akumulatorus pa partijām, šķiet, ka tas nav nekas liels, taču problēma ir tā, ka litijs ir salīdzinoši rets metāls, tāpēc tā izmaksas nav zemas. Lai gan akumulatoru ražošanas izmaksas krītas, strauji pieaug arī nepieciešamība pēc enerģijas uzkrāšanas.
Mēs esam sasnieguši punktu, kurā, tiklīdz litija jonu akumulators tiks ražots, tam būs milzīga ietekme uz enerģētikas nozari.
Fosilā kurināmā augstāks enerģijas blīvums ir fakts, un tas ir milzīgs ietekmējošs faktors, kas kavē pāreju uz pilnīgu atkarību no atjaunojamās enerģijas. Mums ir vajadzīgas baterijas, kas izstaro vairāk enerģijas nekā mūsu svars.
Kā darbojas litija jonu akumulatori
Litija bateriju darbības mehānisms ir līdzīgs parastajām AA vai AAA ķīmiskajām baterijām. Viņiem ir anoda un katoda spailes, un starp tām ir elektrolīts. Atšķirībā no parastajiem akumulatoriem, litija jonu akumulatorā izlādes reakcija ir atgriezeniska, tāpēc akumulatoru var atkārtoti uzlādēt.
Katods (+ spaile) ir izgatavots no litija dzelzs fosfāta, anods (-termināls) ir izgatavots no grafīta, un grafīts ir izgatavots no oglekļa. Elektrība ir tikai elektronu plūsma. Šīs baterijas rada elektroenerģiju, pārvietojot litija jonus starp anodu un katodu.
Uzlādējot, joni virzās uz anodu, un izlādējoties, joni iet uz katodu.
Šī jonu kustība izraisa elektronu kustību ķēdē, tāpēc litija jonu kustība un elektronu kustība ir saistītas.
Silikona anoda akumulators
Daudzi lielie automašīnu uzņēmumi, piemēram, BMW, ir ieguldījuši līdzekļus silīcija anoda akumulatoru izstrādē. Tāpat kā parastie litija jonu akumulatori, arī šajās baterijās tiek izmantoti litija anodi, bet oglekļa bāzes anodu vietā tiek izmantots silīcijs.
Kā anods silīcijs ir labāks par grafītu, jo tam ir nepieciešami 4 oglekļa atomi, lai noturētu litiju, un 1 silīcija atoms var saturēt 4 litija jonus. Šis ir būtisks uzlabojums… padarot silīciju 3 reizes stiprāku par grafītu.
Tomēr litija izmantošana joprojām ir abpusēji griezīgs zobens. Šis materiāls joprojām ir dārgs, taču ražošanas iekārtas ir arī vieglāk pārnest uz silīcija elementiem. Ja baterijas būs pavisam citādas, rūpnīca būs pilnībā jāpārveido, kā rezultātā pārslēgšanas pievilcība nedaudz samazināsies.
Silīcija anodi tiek izgatavoti, apstrādājot smiltis, lai iegūtu tīru silīciju, taču lielākā problēma, ar ko pētnieki pašlaik saskaras, ir tas, ka silīcija anodi, kad tos izmanto, uzbriest. Tas var izraisīt pārāk ātru akumulatora noārdīšanos. Ir arī grūti masveidā ražot anodus.
Grafēna akumulators
Grafēns ir oglekļa pārslu veids, kas izmanto to pašu materiālu kā zīmuli, taču grafīta pievienošana pārslām maksā daudz laika. Grafēns tiek slavēts par tā lielisko veiktspēju daudzos lietošanas gadījumos, un baterijas ir viena no tām.
Daži uzņēmumi strādā pie grafēna akumulatoriem, kurus var pilnībā uzlādēt minūtēs un izlādēties 33 reizes ātrāk nekā litija jonu akumulatori. Tas ir ļoti vērtīgs elektriskajiem transportlīdzekļiem.
Putu akumulators
Pašlaik tradicionālās baterijas ir divdimensiju. Tie ir vai nu sakrauti kā litija akumulators, vai sarullēti kā tipisks AA vai litija jonu akumulators.
Putu akumulators ir jauna koncepcija, kas ietver elektriskā lādiņa kustību 3D telpā.
Šī 3-dimensiju struktūra var paātrināt uzlādes laiku un palielināt enerģijas blīvumu, tās ir ārkārtīgi svarīgas akumulatora īpašības. Salīdzinot ar vairumu citu akumulatoru, putu akumulatoros nav kaitīgu šķidru elektrolītu.
Putu akumulatoros šķidro elektrolītu vietā izmanto cietos elektrolītus. Šis elektrolīts ne tikai vada litija jonus, bet arī izolē citas elektroniskās ierīces.
Anods, kas notur akumulatora negatīvo lādiņu, ir izgatavots no putota vara un pārklāts ar nepieciešamo aktīvo materiālu.
Pēc tam ap anodu tiek uzklāts ciets elektrolīts.
Visbeidzot, tā saukto “pozitīvo pastu” izmanto, lai aizpildītu spraugas akumulatora iekšpusē.
Alumīnija oksīda akumulators
Šīm baterijām ir viens no lielākajiem enerģijas blīvumiem. Tā enerģija ir jaudīgāka un vieglāka nekā pašreizējām litija jonu baterijām. Daži cilvēki apgalvo, ka šie akumulatori var nodrošināt 2000 kilometrus elektrisko transportlīdzekļu. Kāds ir šis jēdziens? Uzziņai, Tesla maksimālais kreisēšanas diapazons ir aptuveni 600 kilometri.
Šo bateriju problēma ir tā, ka tās nevar uzlādēt. Tie ražo alumīnija hidroksīdu un atbrīvo enerģiju alumīnija un skābekļa reakcijas rezultātā ūdens bāzes elektrolītā. Bateriju izmantošana patērē alumīniju kā anodu.
Nātrija akumulators
Pašlaik japāņu zinātnieki strādā pie tādu bateriju izgatavošanas, kurās litija vietā izmanto nātriju.
Tas būtu traucējoši, jo nātrija baterijas teorētiski ir 7 reizes efektīvākas nekā litija baterijas. Vēl viena milzīga priekšrocība ir tā, ka nātrijs ir sestais bagātākais elements zemes rezervēs, salīdzinot ar litiju, kas ir rets elements.
Izlikšanas laiks: Dec-02-2019