Nota editor: Teknologi elektrik ialah masa depan bumi hijau, dan teknologi bateri ialah asas teknologi elektrik dan kunci untuk menyekat pembangunan teknologi elektrik secara besar-besaran. Teknologi bateri arus perdana semasa ialah bateri litium-ion, yang mempunyai ketumpatan tenaga yang baik dan kecekapan tinggi. Walau bagaimanapun, litium adalah unsur yang jarang berlaku dengan kos tinggi dan sumber terhad. Pada masa yang sama, apabila penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui semakin meningkat, ketumpatan tenaga bateri lithium-ion tidak lagi mencukupi. bagaimana untuk bertindak balas? Mayank Jain telah mengambil kira beberapa teknologi bateri yang mungkin digunakan pada masa hadapan. Artikel asal diterbitkan dalam medium dengan tajuk: Masa Depan Teknologi Bateri
Bumi penuh dengan tenaga, dan kami melakukan segala yang kami mampu untuk menangkap dan menggunakan tenaga itu dengan baik. Walaupun kami telah melakukan kerja yang lebih baik dalam peralihan kepada tenaga boleh diperbaharui, kami tidak membuat banyak kemajuan dalam menyimpan tenaga.
Pada masa ini, standard tertinggi teknologi bateri ialah bateri litium-ion. Bateri ini nampaknya mempunyai ketumpatan tenaga terbaik, kecekapan tinggi (kira-kira 99%) dan jangka hayat yang panjang.
Jadi apa salahnya? Memandangkan tenaga boleh diperbaharui yang kami tangkap terus berkembang, ketumpatan tenaga bateri litium-ion tidak lagi mencukupi.
Memandangkan kami boleh terus menghasilkan bateri secara berkelompok, ini nampaknya tidak menjadi masalah besar, tetapi masalahnya ialah litium adalah logam yang agak jarang berlaku, jadi kosnya tidak rendah. Walaupun kos pengeluaran bateri menurun, keperluan untuk penyimpanan tenaga juga meningkat dengan pesat.
Kami telah mencapai tahap di mana sebaik sahaja bateri ion litium dihasilkan, ia akan memberi impak yang besar kepada industri tenaga.
Ketumpatan tenaga bahan api fosil yang lebih tinggi adalah satu fakta, dan ini merupakan faktor pengaruh besar yang menghalang peralihan kepada pergantungan penuh kepada tenaga boleh diperbaharui. Kita memerlukan bateri yang mengeluarkan lebih banyak tenaga daripada berat badan kita.
Cara bateri litium-ion berfungsi
Mekanisme kerja bateri litium adalah serupa dengan bateri kimia AA atau AAA biasa. Mereka mempunyai terminal anod dan katod, dan elektrolit di antaranya. Tidak seperti bateri biasa, tindak balas nyahcas dalam bateri lithium-ion boleh diterbalikkan, jadi bateri boleh dicas semula berulang kali.
Katod (+ terminal) diperbuat daripada fosfat besi litium, anod (-terminal) diperbuat daripada grafit, dan grafit diperbuat daripada karbon. Elektrik hanyalah aliran elektron. Bateri ini menjana elektrik dengan menggerakkan ion litium antara anod dan katod.
Apabila dicas, ion bergerak ke anod, dan apabila dinyahcas, ion berjalan ke katod.
Pergerakan ion ini menyebabkan pergerakan elektron dalam litar, jadi pergerakan ion litium dan pergerakan elektron adalah berkaitan.
Bateri anod silikon
Banyak syarikat kereta besar seperti BMW telah melabur dalam pembangunan bateri anod silikon. Seperti bateri litium-ion biasa, bateri ini menggunakan anod litium, tetapi bukannya anod berasaskan karbon, ia menggunakan silikon.
Sebagai anod, silikon lebih baik daripada grafit kerana ia memerlukan 4 atom karbon untuk memegang litium, dan 1 atom silikon boleh menampung 4 ion litium. Ini adalah peningkatan besar … menjadikan silikon 3 kali lebih kuat daripada grafit.
Namun begitu, penggunaan litium masih merupakan pedang bermata dua. Bahan ini masih mahal, tetapi ia juga lebih mudah untuk memindahkan kemudahan pengeluaran ke sel silikon. Jika bateri benar-benar berbeza, kilang perlu direka bentuk semula sepenuhnya, yang akan menyebabkan daya tarikan pensuisan berkurangan sedikit.
Anod silikon dibuat dengan merawat pasir untuk menghasilkan silikon tulen, tetapi masalah terbesar yang dihadapi oleh penyelidik pada masa ini ialah anod silikon membengkak apabila digunakan. Ini boleh menyebabkan bateri merosot terlalu cepat. Ia juga sukar untuk menghasilkan anod secara besar-besaran.
Bateri graphene
Graphene ialah sejenis serpihan karbon yang menggunakan bahan yang sama seperti pensel, tetapi memerlukan banyak masa untuk melekatkan grafit pada kepingan. Graphene dipuji kerana prestasi cemerlangnya dalam banyak kes penggunaan, dan bateri adalah salah satu daripadanya.
Sesetengah syarikat sedang mengusahakan bateri graphene yang boleh dicas sepenuhnya dalam beberapa minit dan dilepaskan pada 33 kali lebih cepat daripada bateri litium-ion. Ini sangat bernilai untuk kenderaan elektrik.
Bateri buih
Pada masa ini, bateri tradisional adalah dua dimensi. Ia sama ada disusun seperti bateri litium atau digulung seperti bateri AA atau litium-ion biasa.
Bateri buih adalah konsep baharu yang melibatkan pergerakan cas elektrik dalam ruang 3D.
Struktur 3 dimensi ini boleh mempercepatkan masa pengecasan dan meningkatkan ketumpatan tenaga, ini adalah kualiti bateri yang sangat penting. Berbanding dengan kebanyakan bateri lain, bateri buih tidak mempunyai elektrolit cecair yang berbahaya.
Bateri buih menggunakan elektrolit pepejal dan bukannya elektrolit cecair. Elektrolit ini bukan sahaja mengalirkan ion litium, tetapi juga melindungi peranti elektronik lain.
Anod yang memegang cas negatif bateri diperbuat daripada kuprum berbuih dan disalut dengan bahan aktif yang diperlukan.
Elektrolit pepejal kemudian digunakan di sekeliling anod.
Akhir sekali, apa yang dipanggil "tampal positif" digunakan untuk mengisi celah di dalam bateri.
Bateri Aluminium Oksida
Bateri ini mempunyai salah satu ketumpatan tenaga terbesar daripada mana-mana bateri. Tenaganya lebih berkuasa dan lebih ringan daripada bateri lithium-ion semasa. Sesetengah orang mendakwa bahawa bateri ini boleh menyediakan 2,000 kilometer kenderaan elektrik. Apakah konsep ini? Sebagai rujukan, jarak pelayaran maksimum Tesla ialah kira-kira 600 kilometer.
Masalah dengan bateri ini ialah ia tidak boleh dicas. Mereka menghasilkan aluminium hidroksida dan membebaskan tenaga melalui tindak balas aluminium dan oksigen dalam elektrolit berasaskan air. Penggunaan bateri menggunakan aluminium sebagai anod.
Bateri natrium
Pada masa ini, saintis Jepun sedang berusaha untuk membuat bateri yang menggunakan natrium dan bukannya litium.
Ini akan mengganggu, kerana bateri natrium secara teorinya 7 kali lebih cekap daripada bateri litium. Satu lagi kelebihan besar ialah natrium adalah unsur terkaya keenam dalam rizab bumi, berbanding litium, yang merupakan unsur yang jarang ditemui.
Masa siaran: Dis-02-2019