Ujumbe wa Mhariri: Teknolojia ya umeme ni mustakabali wa dunia ya kijani kibichi, na teknolojia ya betri ni msingi wa teknolojia ya umeme na ufunguo wa kuzuia maendeleo makubwa ya teknolojia ya umeme. Teknolojia ya sasa ya betri kuu ni betri za lithiamu-ioni, ambazo zina msongamano mzuri wa nishati na ufanisi wa juu. Hata hivyo, lithiamu ni kipengele cha nadra na gharama kubwa na rasilimali ndogo. Wakati huo huo, matumizi ya vyanzo vya nishati mbadala inakua, wiani wa nishati ya betri za lithiamu-ioni haitoshi tena. jinsi ya kujibu? Mayank Jain amekagua baadhi ya teknolojia za betri ambazo zinaweza kutumika katika siku zijazo. Nakala asili ilichapishwa kwenye media na kichwa: Mustakabali wa Teknolojia ya Betri
Dunia imejaa nishati, na tunafanya kila tuwezalo kukamata na kutumia nishati hiyo vizuri. Ingawa tumefanya kazi nzuri zaidi katika mpito wa nishati mbadala, hatujafanya maendeleo makubwa katika kuhifadhi nishati.
Kwa sasa, kiwango cha juu cha teknolojia ya betri ni betri za lithiamu-ioni. Betri hii inaonekana kuwa na msongamano bora wa nishati, ufanisi wa juu (takriban 99%), na maisha marefu.
Kwa hivyo kuna ubaya gani? Kadiri nishati mbadala tunayokamata inavyoendelea kukua, msongamano wa nishati wa betri za lithiamu-ioni hautoshi tena.
Kwa kuwa tunaweza kuendelea kuzalisha betri katika batches, hii haionekani kuwa jambo kubwa, lakini tatizo ni kwamba lithiamu ni chuma cha nadra, hivyo gharama yake si ya chini. Ingawa gharama za uzalishaji wa betri zinashuka, hitaji la kuhifadhi nishati pia linaongezeka kwa kasi.
Tumefikia mahali ambapo betri ya lithiamu ioni itakapotengenezwa, itakuwa na athari kubwa kwenye tasnia ya nishati.
Msongamano mkubwa wa nishati ya nishati ya mafuta ni ukweli, na hii ni sababu kubwa ya ushawishi ambayo inazuia mpito kwa utegemezi kamili wa nishati mbadala. Tunahitaji betri zinazotoa nishati zaidi kuliko uzito wetu.
Jinsi betri za lithiamu-ioni hufanya kazi
Utaratibu wa kufanya kazi wa betri za lithiamu ni sawa na betri za kawaida za AA au AAA za kemikali. Zina vituo vya anode na cathode, na elektroliti katikati. Tofauti na betri za kawaida, majibu ya kutokwa katika betri ya lithiamu-ion yanaweza kutenduliwa, hivyo betri inaweza kuchajiwa mara kwa mara.
Cathode (+ terminal) imeundwa na phosphate ya chuma ya lithiamu, anode (-terminal) imeundwa na grafiti, na grafiti imeundwa na kaboni. Umeme ni mtiririko wa elektroni tu. Betri hizi huzalisha umeme kwa kusonga ioni za lithiamu kati ya anode na cathode.
Wakati wa kushtakiwa, ions huhamia anode, na wakati wa kuruhusiwa, ions hukimbia kwenye cathode.
Harakati hii ya ioni husababisha harakati za elektroni kwenye mzunguko, kwa hivyo harakati za ioni za lithiamu na harakati za elektroni zinahusiana.
Betri ya anode ya silicon
Kampuni nyingi kubwa za magari kama BMW zimekuwa zikiwekeza katika ukuzaji wa betri za anode za silicon. Kama betri za kawaida za lithiamu-ioni, betri hizi hutumia anodi za lithiamu, lakini badala ya anodi zenye msingi wa kaboni, hutumia silicon.
Kama anodi, silicon ni bora kuliko grafiti kwa sababu inahitaji atomi 4 za kaboni kushikilia lithiamu, na atomi 1 ya silikoni inaweza kushikilia ioni 4 za lithiamu. Huu ni uboreshaji mkubwa ... na kufanya silicon kuwa na nguvu mara 3 kuliko grafiti.
Walakini, matumizi ya lithiamu bado ni upanga wenye makali kuwili. Nyenzo hii bado ni ghali, lakini pia ni rahisi kuhamisha vifaa vya uzalishaji kwa seli za silicon. Ikiwa betri ni tofauti kabisa, kiwanda kitatakiwa upya kabisa, ambayo itasababisha kuvutia kwa kubadili kupunguzwa kidogo.
Anodi za silicon hutengenezwa kwa kutibu mchanga ili kutoa silikoni safi, lakini tatizo kubwa ambalo watafiti wanakabiliana nalo kwa sasa ni kwamba anodi za silicon huvimba zinapotumiwa. Hii inaweza kusababisha betri kuharibika haraka sana. Pia ni vigumu kuzalisha anodes kwa wingi.
Betri ya graphene
Graphene ni aina ya flake ya kaboni ambayo hutumia nyenzo sawa na penseli, lakini inachukua muda mwingi kuunganisha grafiti kwenye flakes. Graphene inasifiwa kwa utendaji wake bora katika hali nyingi za utumiaji, na betri ni moja wapo.
Baadhi ya makampuni yanafanyia kazi betri za graphene ambazo zinaweza kuchajiwa kikamilifu kwa dakika na kutokwa kwa kasi mara 33 kuliko betri za lithiamu-ion. Hii ni ya thamani kubwa kwa magari ya umeme.
Betri ya povu
Kwa sasa, betri za jadi ni mbili-dimensional. Huwekwa kama betri ya lithiamu au kukunjwa kama betri ya kawaida ya AA au lithiamu-ioni.
Betri ya povu ni dhana mpya ambayo inahusisha harakati ya malipo ya umeme katika nafasi ya 3D.
Muundo huu wa 3-dimensional unaweza kuongeza kasi ya muda wa kuchaji na kuongeza msongamano wa nishati, hizi ni sifa muhimu sana za betri. Ikilinganishwa na betri zingine nyingi, betri za povu hazina elektroliti za kioevu hatari.
Betri za povu hutumia elektroliti imara badala ya elektroliti za kioevu. Electrolyte hii haifanyi tu ioni za lithiamu, lakini pia insulate vifaa vingine vya elektroniki.
Anode ambayo inashikilia chaji hasi ya betri imetengenezwa kwa shaba iliyotiwa povu na kufunikwa na nyenzo inayotumika inayohitajika.
Kisha elektroliti imara inatumika kuzunguka anode.
Hatimaye, kinachojulikana "kuweka chanya" hutumiwa kujaza mapengo ndani ya betri.
Betri ya Oksidi ya Alumini
Betri hizi zina moja ya msongamano mkubwa wa nishati ya betri yoyote. Nishati yake ina nguvu zaidi na nyepesi kuliko betri za sasa za lithiamu-ioni. Watu wengine wanadai kuwa betri hizi zinaweza kutoa kilomita 2,000 za magari ya umeme. Dhana hii ni nini? Kwa kumbukumbu, kiwango cha juu cha kusafiri kwa Tesla ni kama kilomita 600.
Tatizo la betri hizi ni kwamba haziwezi kushtakiwa. Huzalisha hidroksidi ya alumini na kutoa nishati kupitia majibu ya alumini na oksijeni katika elektroliti inayotokana na maji. Matumizi ya betri hutumia alumini kama anode.
Betri ya sodiamu
Hivi sasa, wanasayansi wa Kijapani wanafanya kazi ya kutengeneza betri zinazotumia sodiamu badala ya lithiamu.
Hili linaweza kutatiza, kwani kinadharia betri za sodiamu zina ufanisi mara 7 zaidi ya betri za lithiamu. Faida nyingine kubwa ni kwamba sodiamu ni kipengele cha sita kwa utajiri katika hifadhi ya dunia, ikilinganishwa na lithiamu, ambayo ni kipengele adimu.
Muda wa kutuma: Dec-02-2019