Poznámka redaktora: Elektrická technológia je budúcnosťou zelenej zeme a technológia batérií je základom elektrickej technológie a kľúčom k obmedzeniu rozsiahleho rozvoja elektrických technológií. Súčasnou hlavnou technológiou batérií sú lítium-iónové batérie, ktoré majú dobrú hustotu energie a vysokú účinnosť. Lítium je však vzácny prvok s vysokými nákladmi a obmedzenými zdrojmi. Zároveň s rastúcim využívaním obnoviteľných zdrojov energie prestáva byť energetická hustota lítium-iónových batérií dostatočná. ako reagovať? Mayank Jain zhodnotil niektoré technológie batérií, ktoré môžu byť použité v budúcnosti. Pôvodný článok vyšiel na médiu s názvom: Budúcnosť technológie batérií
Zem je plná energie a my robíme všetko pre to, aby sme túto energiu zachytili a dobre využili. Hoci sme pri prechode na obnoviteľnú energiu odviedli lepšiu prácu, v ukladaní energie sme príliš nepokročili.
V súčasnosti sú najvyšším štandardom technológie batérií lítium-iónové batérie. Zdá sa, že táto batéria má najlepšiu hustotu energie, vysokú účinnosť (asi 99 %) a dlhú životnosť.
Tak čo je zle? Keďže obnoviteľná energia, ktorú zachytávame, neustále rastie, hustota energie lítium-iónových batérií už nie je dostatočná.
Keďže môžeme pokračovať vo výrobe batérií v dávkach, nezdá sa to byť veľký problém, ale problémom je, že lítium je pomerne vzácny kov, takže jeho cena nie je nízka. Aj keď náklady na výrobu batérií klesajú, rýchlo sa zvyšuje aj potreba skladovania energie.
Dospeli sme do bodu, keď sa raz lítium-iónová batéria vyrobí, bude mať obrovský vplyv na energetický priemysel.
Vyššia energetická hustota fosílnych palív je fakt, a to je obrovský ovplyvňujúci faktor, ktorý bráni prechodu k úplnej závislosti na obnoviteľnej energii. Potrebujeme batérie, ktoré vyžarujú viac energie, ako je naša hmotnosť.
Ako fungujú lítium-iónové batérie
Pracovný mechanizmus lítiových batérií je podobný bežným AA alebo AAA chemickým batériám. Majú anódové a katódové terminály a medzi nimi elektrolyt. Na rozdiel od bežných batérií je vybíjacia reakcia v lítium-iónovej batérii reverzibilná, takže batériu možno opakovane nabíjať.
Katóda (+ terminál) je vyrobená z fosforečnanu lítno-železitého, anóda (-terminál) je vyrobená z grafitu a grafit je vyrobený z uhlíka. Elektrina je len tok elektrónov. Tieto batérie vyrábajú elektrinu pohybom lítiových iónov medzi anódou a katódou.
Po nabití sa ióny presunú na anódu a po vybití smerujú ku katóde.
Tento pohyb iónov spôsobuje pohyb elektrónov v obvode, takže pohyb lítiových iónov a pohyb elektrónov spolu súvisia.
Silikónová anódová batéria
Mnoho veľkých automobiliek ako BMW investuje do vývoja kremíkových anódových batérií. Rovnako ako bežné lítium-iónové batérie, aj tieto batérie používajú lítiové anódy, no namiesto anód na báze uhlíka používajú kremík.
Ako anóda je kremík lepší ako grafit, pretože vyžaduje 4 atómy uhlíka na udržanie lítia a 1 atóm kremíka môže obsahovať 4 ióny lítia. Toto je hlavný upgrade ... vďaka čomu je kremík 3-krát pevnejší ako grafit.
Napriek tomu je používanie lítia stále dvojsečná zbraň. Tento materiál je stále drahý, ale je tiež jednoduchšie preniesť výrobné zariadenia na kremíkové články. Ak sú batérie úplne iné, továreň bude musieť byť úplne prerobená, čo spôsobí mierne zníženie atraktivity prechodu.
Kremíkové anódy sa vyrábajú spracovaním piesku na čistý kremík, ale najväčším problémom, ktorému výskumníci v súčasnosti čelia, je to, že kremíkové anódy pri použití napučiavajú. To môže spôsobiť príliš rýchle vybitie batérie. Je tiež ťažké hromadne vyrábať anódy.
Grafénová batéria
Grafén je typ uhlíkových vločiek, ktorý používa rovnaký materiál ako ceruzka, no prichytenie grafitu k vločkám stojí veľa času. Grafén je chválený pre svoj vynikajúci výkon v mnohých prípadoch použitia a batérie sú jedným z nich.
Niektoré spoločnosti pracujú na grafénových batériách, ktoré sa dajú úplne nabiť za pár minút a vybiť 33-krát rýchlejšie ako lítium-iónové batérie. To má pre elektromobily veľkú hodnotu.
Penová batéria
V súčasnosti sú tradičné batérie dvojrozmerné. Sú buď naskladané ako lítiová batéria, alebo zrolované ako typická AA alebo lítium-iónová batéria.
Penová batéria je nový koncept, ktorý zahŕňa pohyb elektrického náboja v 3D priestore.
Táto 3-rozmerná štruktúra môže urýchliť čas nabíjania a zvýšiť hustotu energie, to sú mimoriadne dôležité vlastnosti batérie. V porovnaní s väčšinou ostatných batérií nemajú penové batérie žiadne škodlivé tekuté elektrolyty.
Penové batérie používajú namiesto tekutých elektrolytov pevné elektrolyty. Tento elektrolyt nielenže vedie lítiové ióny, ale izoluje aj iné elektronické zariadenia.
Anóda, ktorá drží záporný náboj batérie, je vyrobená z penovej medi a potiahnutá požadovaným aktívnym materiálom.
Okolo anódy sa potom aplikuje tuhý elektrolyt.
Nakoniec sa na vyplnenie medzier vo vnútri batérie používa takzvaná „pozitívna pasta“.
Akumulátor s oxidom hlinitým
Tieto batérie majú jednu z najväčších energetických hustôt zo všetkých batérií. Jeho energia je výkonnejšia a ľahšia ako súčasné lítium-iónové batérie. Niektorí ľudia tvrdia, že tieto batérie dokážu zabezpečiť 2000 kilometrov elektrických vozidiel. Čo je to za koncept? Pre porovnanie, maximálny dojazd Tesly je približne 600 kilometrov.
Problém týchto batérií je, že sa nedajú nabíjať. Vyrábajú hydroxid hlinitý a uvoľňujú energiu reakciou hliníka a kyslíka v elektrolyte na vodnej báze. Pri použití batérií sa spotrebuje hliník ako anóda.
Sodíková batéria
V súčasnosti japonskí vedci pracujú na výrobe batérií, ktoré namiesto lítia využívajú sodík.
To by bolo rušivé, pretože sodíkové batérie sú teoreticky 7-krát účinnejšie ako lítiové batérie. Ďalšou obrovskou výhodou je, že sodík je šiestym najbohatším prvkom v zemských zásobách v porovnaní s lítiom, ktoré je vzácnym prvkom.
Čas odoslania: 02. december 2019