Shënim i redaktorit: Teknologjia elektrike është e ardhmja e tokës së gjelbër dhe teknologjia e baterive është themeli i teknologjisë elektrike dhe çelësi për të kufizuar zhvillimin në shkallë të gjerë të teknologjisë elektrike. Teknologjia aktuale e baterive kryesore janë bateritë litium-jon, të cilat kanë densitet të mirë energjie dhe efikasitet të lartë. Megjithatë, litiumi është një element i rrallë me kosto të lartë dhe burime të kufizuara. Në të njëjtën kohë, ndërsa përdorimi i burimeve të rinovueshme të energjisë rritet, dendësia e energjisë e baterive litium-jon nuk është më e mjaftueshme. si të përgjigjemi? Mayank Jain ka bërë një bilanc të disa teknologjive të baterive që mund të përdoren në të ardhmen. Artikulli origjinal u botua në medium me titullin: E ardhmja e teknologjisë së baterive
Toka është plot energji dhe ne po bëjmë gjithçka që mundemi për të kapur dhe për ta përdorur mirë atë energji. Edhe pse ne kemi bërë një punë më të mirë në tranzicionin drejt energjisë së rinovueshme, nuk kemi bërë shumë përparim në ruajtjen e energjisë.
Aktualisht, standardi më i lartë i teknologjisë së baterive janë bateritë litium-jon. Kjo bateri duket se ka densitetin më të mirë të energjisë, efikasitet të lartë (rreth 99%) dhe jetë të gjatë.
Pra, çfarë nuk shkon? Ndërsa energjia e rinovueshme që marrim vazhdon të rritet, dendësia e energjisë e baterive litium-jon nuk është më e mjaftueshme.
Meqenëse mund të vazhdojmë të prodhojmë bateri në grupe, kjo nuk duket të jetë një punë e madhe, por problemi është se litiumi është një metal relativisht i rrallë, kështu që kostoja e tij nuk është e ulët. Edhe pse kostot e prodhimit të baterive po bien, nevoja për ruajtjen e energjisë po rritet gjithashtu me shpejtësi.
Kemi arritur në një pikë ku sapo të prodhohet bateria e joneve të litiumit, ajo do të ketë një ndikim të madh në industrinë e energjisë.
Dendësia më e lartë e energjisë e lëndëve djegëse fosile është një fakt, dhe ky është një faktor i madh ndikues që pengon kalimin në një varësi totale nga energjia e rinovueshme. Ne kemi nevojë për bateri që lëshojnë më shumë energji sesa pesha jonë.
Si funksionojnë bateritë litium-jon
Mekanizmi i funksionimit të baterive të litiumit është i ngjashëm me bateritë kimike të zakonshme AA ose AAA. Ata kanë terminale anodë dhe katodë, dhe një elektrolit në mes. Ndryshe nga bateritë e zakonshme, reagimi i shkarkimit në një bateri litium-jon është i kthyeshëm, kështu që bateria mund të ringarkohet në mënyrë të përsëritur.
Katoda (+ terminali) është bërë nga fosfati i hekurit të litiumit, anoda (terminali) është bërë nga grafiti dhe grafiti është prej karboni. Energjia elektrike është vetëm rrjedha e elektroneve. Këto bateri gjenerojnë energji elektrike duke lëvizur jonet e litiumit midis anodës dhe katodës.
Kur ngarkohen, jonet lëvizin në anodë, dhe kur shkarkohen, jonet shkojnë në katodë.
Kjo lëvizje e joneve shkakton lëvizjen e elektroneve në qark, kështu që lëvizja e joneve të litiumit dhe lëvizja e elektroneve janë të lidhura.
Bateri anode silikoni
Shumë kompani të mëdha makinash si BMW kanë investuar në zhvillimin e baterive të anodës silikoni. Ashtu si bateritë e zakonshme litium-jon, këto bateri përdorin anoda litium, por në vend të anodave me bazë karboni, ato përdorin silikon.
Si anodë, silikoni është më i mirë se grafiti sepse kërkon 4 atome karboni për të mbajtur litiumin dhe 1 atom silikoni mund të mbajë 4 jone litium. Ky është një përmirësim i madh … duke e bërë silikonin 3 herë më të fortë se grafiti.
Sidoqoftë, përdorimi i litiumit është ende një thikë me dy tehe. Ky material është ende i shtrenjtë, por është gjithashtu më e lehtë për të transferuar objektet e prodhimit në qelizat e silikonit. Nëse bateritë janë krejtësisht të ndryshme, fabrika do të duhet të ridizajnohet plotësisht, gjë që do të bëjë që atraktiviteti i ndërrimit të zvogëlohet pak.
Anodat e silikonit bëhen duke trajtuar rërën për të prodhuar silikon të pastër, por problemi më i madh që kërkuesit përballen aktualisht është se anodat e silikonit fryhen kur përdoren. Kjo mund të bëjë që bateria të degradohet shumë shpejt. Është gjithashtu e vështirë të prodhohen në masë anoda.
Bateri grafeni
Grafeni është një lloj flake karboni që përdor të njëjtin material si laps, por kushton shumë kohë për të ngjitur grafitin në thekon. Grafeni vlerësohet për performancën e tij të shkëlqyer në shumë raste përdorimi, dhe bateritë janë një prej tyre.
Disa kompani janë duke punuar në bateri grafeni që mund të ngarkohen plotësisht në minuta dhe të shkarkohen 33 herë më shpejt se bateritë litium-jon. Kjo është me vlerë të madhe për automjetet elektrike.
Bateri me shkumë
Aktualisht, bateritë tradicionale janë dy-dimensionale. Ato janë ose të grumbulluara si një bateri litiumi ose të mbështjellë si një bateri tipike AA ose litium-jon.
Bateria me shkumë është një koncept i ri që përfshin lëvizjen e ngarkesës elektrike në hapësirën 3D.
Kjo strukturë 3-dimensionale mund të përshpejtojë kohën e karikimit dhe të rrisë densitetin e energjisë, këto janë cilësi jashtëzakonisht të rëndësishme të baterisë. Krahasuar me shumicën e baterive të tjera, bateritë me shkumë nuk kanë elektrolite të lëngshme të dëmshme.
Bateritë me shkumë përdorin elektrolite të ngurta në vend të elektroliteve të lëngëta. Ky elektrolit jo vetëm që përçon jonet e litiumit, por gjithashtu izolon pajisje të tjera elektronike.
Anoda që mban ngarkesën negative të baterisë është prej bakri të shkumëzuar dhe e veshur me materialin aktiv të kërkuar.
Një elektrolit i ngurtë aplikohet më pas rreth anodës.
Së fundi, një e ashtuquajtur "pastë pozitive" përdoret për të mbushur boshllëqet brenda baterisë.
Bateria me oksid alumini
Këto bateri kanë një nga densitetet më të mëdha të energjisë nga çdo bateri. Energjia e saj është më e fuqishme dhe më e lehtë se bateritë aktuale të litium-jonit. Disa njerëz pretendojnë se këto bateri mund të ofrojnë 2000 kilometra automjete elektrike. Cili është ky koncept? Për referencë, diapazoni maksimal i lundrimit të Tesla është rreth 600 kilometra.
Problemi me këto bateri është se ato nuk mund të ngarkohen. Ata prodhojnë hidroksid alumini dhe çlirojnë energji përmes reagimit të aluminit dhe oksigjenit në një elektrolit me bazë uji. Përdorimi i baterive konsumon aluminin si anodë.
Bateri natriumi
Aktualisht, shkencëtarët japonezë po punojnë në prodhimin e baterive që përdorin natrium në vend të litiumit.
Kjo do të ishte shkatërruese, pasi bateritë e natriumit janë teorikisht 7 herë më efikase se bateritë e litiumit. Një tjetër avantazh i madh është se natriumi është elementi i gjashtë më i pasur në rezervat e tokës, krahasuar me litiumin, i cili është një element i rrallë.
Koha e postimit: Dhjetor-02-2019