Opomba urednika: električna tehnologija je prihodnost zelene zemlje, baterijska tehnologija pa je temelj električne tehnologije in ključ do omejevanja obsežnega razvoja električne tehnologije. Trenutna glavna tehnologija baterij so litij-ionske baterije, ki imajo dobro energijsko gostoto in visoko učinkovitost. Vendar je litij redek element z visokimi stroški in omejenimi viri. Hkrati z naraščanjem uporabe obnovljivih virov energije energijska gostota litij-ionskih baterij ni več zadostna. kako se odzvati? Mayank Jain je pregledal nekatere tehnologije baterij, ki bi se lahko uporabljale v prihodnosti. Izvirni članek je bil objavljen na mediju z naslovom: The Future of Battery Technology
Zemlja je polna energije in delamo vse, kar je v naši moči, da bi to energijo zajeli in dobro izkoristili. Čeprav smo pri prehodu na obnovljive vire energije opravili boljše delo, pri shranjevanju energije nismo veliko napredovali.
Trenutno so najvišji standard tehnologije baterij litij-ionske baterije. Zdi se, da ima ta baterija najboljšo energijsko gostoto, visoko učinkovitost (približno 99 %) in dolgo življenjsko dobo.
Kaj je torej narobe? Ker obnovljiva energija, ki jo zajemamo, še naprej narašča, energijska gostota litij-ionskih baterij ni več zadostna.
Ker lahko še naprej proizvajamo baterije v serijah, se to ne zdi nič posebnega, težava pa je v tem, da je litij razmeroma redka kovina, zato njegova cena ni nizka. Čeprav stroški proizvodnje baterij padajo, hitro narašča tudi potreba po shranjevanju energije.
Dosegli smo točko, ko bo litij-ionska baterija, ko bo izdelana, imela velik vpliv na energetsko industrijo.
Večja energetska gostota fosilnih goriv je dejstvo, kar je velik vplivni dejavnik, ki ovira prehod v popolno odvisnost od obnovljivih virov energije. Potrebujemo baterije, ki oddajajo več energije od naše teže.
Kako delujejo litij-ionske baterije
Mehanizem delovanja litijevih baterij je podoben običajnim kemičnim baterijam AA ali AAA. Imajo anodne in katodne priključke, vmes pa elektrolit. Za razliko od navadnih baterij je reakcija praznjenja pri litij-ionski bateriji reverzibilna, zato je baterijo mogoče večkrat polniti.
Katoda (+ terminal) je iz litijevega železovega fosfata, anoda (-terminal) je iz grafita, grafit pa iz ogljika. Elektrika je samo tok elektronov. Te baterije proizvajajo elektriko s premikanjem litijevih ionov med anodo in katodo.
Ko so napolnjeni, se ioni premaknejo do anode, ko se izpraznijo, pa tečejo ioni do katode.
To gibanje ionov povzroči gibanje elektronov v vezju, zato sta gibanje litijevih ionov in gibanje elektronov povezana.
Silicijeva anodna baterija
Številna velika avtomobilska podjetja, kot je BMW, vlagajo v razvoj silicijevih anodnih baterij. Tako kot navadne litij-ionske baterije tudi te baterije uporabljajo litijeve anode, vendar namesto anod na osnovi ogljika uporabljajo silicijeve.
Kot anoda je silicij boljši od grafita, ker potrebuje 4 atome ogljika, da zadrži litij, in 1 atom silicija lahko zadrži 4 litijeve ione. To je velika nadgradnja … zaradi česar je silicij 3-krat močnejši od grafita.
Kljub temu je uporaba litija še vedno dvorezen meč. Ta material je še vedno drag, vendar je tudi lažje prenesti proizvodne zmogljivosti na silicijeve celice. Če so baterije popolnoma drugačne, bo treba tovarno popolnoma predelati, zaradi česar bo privlačnost preklopa nekoliko zmanjšana.
Silicijeve anode so narejene z obdelavo peska za proizvodnjo čistega silicija, vendar je največja težava, s katero se trenutno soočajo raziskovalci, ta, da silicijeve anode ob uporabi nabreknejo. To lahko povzroči prehitro razgradnjo baterije. Težko je tudi množično proizvajati anode.
Grafenska baterija
Grafen je vrsta ogljikovih kosmičev, ki uporablja isti material kot svinčnik, vendar je za pritrditev grafita na kosmiče potrebno veliko časa. Grafen je hvaljen zaradi odličnega delovanja v številnih primerih uporabe, in baterije so eden izmed njih.
Nekatera podjetja delajo na grafenskih baterijah, ki jih je mogoče popolnoma napolniti v nekaj minutah in izprazniti 33-krat hitreje kot litij-ionske baterije. To je zelo pomembno za električna vozila.
Penasta baterija
Trenutno so tradicionalne baterije dvodimenzionalne. Zloženi so kot litijeva baterija ali zviti kot tipična AA ali litij-ionska baterija.
Penasta baterija je nov koncept, ki vključuje gibanje električnega naboja v 3D prostoru.
Ta 3-dimenzionalna struktura lahko pospeši čas polnjenja in poveča energijsko gostoto, to sta izjemno pomembni lastnosti baterije. V primerjavi z večino drugih baterij penaste baterije nimajo škodljivih tekočih elektrolitov.
Penaste baterije uporabljajo trdne elektrolite namesto tekočih elektrolitov. Ta elektrolit ne le prevaja litijeve ione, ampak tudi izolira druge elektronske naprave.
Anoda, ki zadržuje negativni naboj akumulatorja, je izdelana iz penastega bakra in prevlečena z zahtevanim aktivnim materialom.
Trden elektrolit se nato nanese okoli anode.
Na koncu se uporabi tako imenovana "pozitivna pasta", ki zapolni vrzeli v bateriji.
Baterija z aluminijevim oksidom
Te baterije imajo eno največjih energijskih gostot med vsemi baterijami. Njegova energija je močnejša in lažja od trenutnih litij-ionskih baterij. Nekateri trdijo, da lahko te baterije zagotovijo 2000 kilometrov električnih vozil. Kaj je ta koncept? Za referenco, največji doseg Tesle je približno 600 kilometrov.
Težava teh baterij je, da jih ni mogoče polniti. Proizvajajo aluminijev hidroksid in sproščajo energijo z reakcijo aluminija in kisika v elektrolitu na vodni osnovi. Uporaba baterij porablja aluminij kot anodo.
Natrijeva baterija
Trenutno japonski znanstveniki delajo na izdelavi baterij, ki uporabljajo natrij namesto litija.
To bi bilo moteče, saj so natrijeve baterije teoretično 7-krat bolj učinkovite od litijevih. Druga velika prednost je, da je natrij šesti najbogatejši element v zemeljskih zalogah v primerjavi z litijem, ki je redek element.
Čas objave: 2. december 2019