Redaktørens notat: Elektrisk teknologi er fremtiden for den grønne jorden, og batteriteknologi er grunnlaget for elektrisk teknologi og nøkkelen til å begrense den storstilte utviklingen av elektrisk teknologi. Den nåværende mainstream-batteriteknologien er litium-ion-batterier, som har god energitetthet og høy effektivitet. Litium er imidlertid et sjeldent element med høye kostnader og begrensede ressurser. Samtidig som bruken av fornybare energikilder øker, er ikke lenger energitettheten til litium-ion-batterier tilstrekkelig. hvordan svare? Mayank Jain har tatt oversikt over noen batteriteknologier som kan bli brukt i fremtiden. Den originale artikkelen ble publisert på medium med tittelen: The Future of Battery Technology
Jorden er full av energi, og vi gjør alt vi kan for å fange og utnytte den energien godt. Selv om vi har gjort en bedre jobb i overgangen til fornybar energi, har vi ikke gjort store fremskritt med å lagre energi.
For tiden er den høyeste standarden for batteriteknologi litium-ion-batterier. Dette batteriet ser ut til å ha den beste energitettheten, høy effektivitet (ca. 99%) og lang levetid.
Så hva er galt? Ettersom den fornybare energien vi fanger fortsetter å vokse, er ikke lenger energitettheten til litium-ion-batterier tilstrekkelig.
Siden vi kan fortsette å produsere batterier i batcher, ser ikke dette ut til å være en stor sak, men problemet er at litium er et relativt sjeldent metall, så kostnadene er ikke lave. Selv om kostnadene for batteriproduksjon faller, øker også behovet for energilagring raskt.
Vi har nådd et punkt der når litiumionbatteriet først er produsert, vil det ha stor innvirkning på energiindustrien.
Den høyere energitettheten til fossilt brensel er et faktum, og dette er en enorm påvirkningsfaktor som hindrer overgangen til total avhengighet av fornybar energi. Vi trenger batterier som avgir mer energi enn vekten vår.
Hvordan litium-ion-batterier fungerer
Arbeidsmekanismen til litiumbatterier ligner på vanlige AA eller AAA kjemiske batterier. De har anode- og katodeterminaler, og en elektrolytt i mellom. I motsetning til vanlige batterier er utladingsreaksjonen i et litiumionbatteri reversibel, slik at batteriet kan lades opp gjentatte ganger.
Katoden (+ terminalen) er laget av litiumjernfosfat, anoden (-terminalen) er laget av grafitt, og grafitten er laget av karbon. Elektrisitet er bare strømmen av elektroner. Disse batteriene genererer elektrisitet ved å flytte litiumioner mellom anoden og katoden.
Når de lades, beveger ionene seg til anoden, og når de utlades, løper ionene til katoden.
Denne bevegelsen av ioner forårsaker bevegelse av elektroner i kretsen, så litiumionbevegelse og elektronbevegelse henger sammen.
Silisium anode batteri
Mange store bilselskaper som BMW har investert i utviklingen av silisiumanodebatterier. I likhet med vanlige litiumionbatterier bruker disse batteriene litiumanoder, men i stedet for karbonbaserte anoder bruker de silisium.
Som anode er silisium bedre enn grafitt fordi det krever 4 karbonatomer for å holde litium, og 1 silisiumatom kan inneholde 4 litiumioner. Dette er en stor oppgradering … gjør silisium 3 ganger sterkere enn grafitt.
Likevel er bruken av litium fortsatt et tveegget sverd. Dette materialet er fortsatt dyrt, men det er også lettere å overføre produksjonsanlegg til silisiumceller. Hvis batteriene er helt forskjellige, vil fabrikken måtte redesignes fullstendig, noe som vil føre til at attraktiviteten til å bytte blir litt redusert.
Silisiumanoder lages ved å behandle sand for å produsere rent silisium, men det største problemet forskerne for tiden står overfor er at silisiumanoder sveller når de brukes. Dette kan føre til at batteriet brytes ned for raskt. Det er også vanskelig å masseprodusere anoder.
Grafen batteri
Grafen er en type karbonflak som bruker samme materiale som en blyant, men det koster mye tid å feste grafitt til flakene. Grafen får ros for sin utmerkede ytelse i mange brukstilfeller, og batterier er en av dem.
Noen selskaper jobber med grafenbatterier som kan lades fullt på minutter og lades ut 33 ganger raskere enn litiumionbatterier. Dette er av stor verdi for elbiler.
Skumbatteri
For tiden er tradisjonelle batterier todimensjonale. De er enten stablet som et litiumbatteri eller rullet sammen som et typisk AA- eller litiumionbatteri.
Skumbatteriet er et nytt konsept som involverer bevegelse av elektrisk ladning i 3D-rom.
Denne 3-dimensjonale strukturen kan fremskynde ladetiden og øke energitettheten, dette er ekstremt viktige egenskaper ved batteriet. Sammenlignet med de fleste andre batterier har skumbatterier ingen skadelige flytende elektrolytter.
Skumbatterier bruker faste elektrolytter i stedet for flytende elektrolytter. Denne elektrolytten leder ikke bare litiumioner, men isolerer også andre elektroniske enheter.
Anoden som holder batteriets negative ladning er laget av skummet kobber og belagt med det nødvendige aktive materialet.
En fast elektrolytt påføres deretter rundt anoden.
Til slutt brukes en såkalt "positiv pasta" for å fylle hullene inne i batteriet.
Batteri av aluminiumoksid
Disse batteriene har en av de største energitetthetene av ethvert batteri. Dens energi er kraftigere og lettere enn dagens litium-ion-batterier. Noen hevder at disse batteriene kan gi 2000 kilometer med elektriske kjøretøy. Hva er dette konseptet? For referanse er den maksimale rekkevidden til Tesla omtrent 600 kilometer.
Problemet med disse batteriene er at de ikke kan lades. De produserer aluminiumhydroksid og frigjør energi gjennom reaksjonen av aluminium og oksygen i en vannbasert elektrolytt. Bruk av batterier bruker aluminium som anode.
Natriumbatteri
For tiden jobber japanske forskere med å lage batterier som bruker natrium i stedet for litium.
Dette ville være forstyrrende, siden natriumbatterier teoretisk sett er 7 ganger mer effektive enn litiumbatterier. En annen stor fordel er at natrium er det sjette rikeste grunnstoffet i jordens reserver, sammenlignet med litium, som er et sjeldent grunnstoff.
Innleggstid: Des-02-2019