Tala ng editor: Ang teknolohiyang elektrikal ay ang kinabukasan ng berdeng lupa, at ang teknolohiya ng baterya ay ang pundasyon ng teknolohiyang elektrikal at ang susi sa paghihigpit sa malakihang pag-unlad ng teknolohiyang elektrikal. Ang kasalukuyang pangunahing teknolohiya ng baterya ay mga baterya ng lithium-ion, na may mahusay na density ng enerhiya at mataas na kahusayan. Gayunpaman, ang lithium ay isang bihirang elemento na may mataas na gastos at limitadong mapagkukunan. Kasabay nito, habang lumalaki ang paggamit ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya, ang density ng enerhiya ng mga baterya ng lithium-ion ay hindi na sapat. paano tumugon? Kinuha ni Mayank Jain ang ilang teknolohiya ng baterya na maaaring magamit sa hinaharap. Ang orihinal na artikulo ay nai-publish sa medium na may pamagat na: The Future of Battery Technology
Ang mundo ay puno ng enerhiya, at ginagawa namin ang lahat ng aming makakaya upang makuha at magamit nang husto ang enerhiya na iyon. Bagama't nakagawa kami ng mas mahusay na trabaho sa paglipat sa renewable energy, hindi kami gaanong nakagawa ng progreso sa pag-iimbak ng enerhiya.
Sa kasalukuyan, ang pinakamataas na pamantayan ng teknolohiya ng baterya ay mga baterya ng lithium-ion. Ang bateryang ito ay tila may pinakamahusay na density ng enerhiya, mataas na kahusayan (mga 99%), at mahabang buhay.
Kaya ano ang mali? Habang patuloy na lumalaki ang renewable energy na nakukuha namin, hindi na sapat ang energy density ng mga lithium-ion na baterya.
Dahil maaari tayong magpatuloy sa paggawa ng mga baterya sa mga batch, mukhang hindi ito isang malaking bagay, ngunit ang problema ay ang lithium ay isang medyo bihirang metal, kaya ang gastos nito ay hindi mababa. Bagama't bumababa ang mga gastos sa produksyon ng baterya, mabilis ding tumataas ang pangangailangan para sa pag-iimbak ng enerhiya.
Nakarating na tayo sa punto kung saan kapag ginawa ang baterya ng lithium ion, magkakaroon ito ng malaking epekto sa industriya ng enerhiya.
Ang mas mataas na density ng enerhiya ng mga fossil fuel ay isang katotohanan, at ito ay isang malaking salik na nakakaimpluwensya na humahadlang sa paglipat sa isang kabuuang pag-asa sa nababagong enerhiya. Kailangan natin ng mga baterya na naglalabas ng mas maraming enerhiya kaysa sa ating timbang.
Paano gumagana ang mga baterya ng lithium-ion
Ang gumaganang mekanismo ng mga baterya ng lithium ay katulad ng mga ordinaryong AA o AAA na kemikal na baterya. Mayroon silang mga terminal ng anode at cathode, at isang electrolyte sa pagitan. Hindi tulad ng mga ordinaryong baterya, ang discharge reaction sa isang lithium-ion na baterya ay nababaligtad, kaya ang baterya ay maaaring ma-recharge nang paulit-ulit.
Ang cathode (+ terminal) ay gawa sa lithium iron phosphate, ang anode (-terminal) ay gawa sa graphite, at ang graphite ay gawa sa carbon. Ang kuryente ay ang daloy lamang ng mga electron. Ang mga bateryang ito ay bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng paglipat ng mga lithium ions sa pagitan ng anode at cathode.
Kapag sisingilin, ang mga ions ay lumipat sa anode, at kapag pinalabas, ang mga ion ay tumatakbo sa katod.
Ang paggalaw ng mga ions na ito ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga electron sa circuit, kaya ang paggalaw ng lithium ion at paggalaw ng electron ay magkakaugnay.
Silicon anode na baterya
Maraming malalaking kumpanya ng kotse tulad ng BMW ang namumuhunan sa pagbuo ng mga baterya ng silicon anode. Tulad ng mga ordinaryong lithium-ion na baterya, ang mga bateryang ito ay gumagamit ng lithium anodes, ngunit sa halip na carbon-based anodes, sila ay gumagamit ng silicon.
Bilang isang anode, ang silikon ay mas mahusay kaysa sa graphite dahil nangangailangan ito ng 4 na carbon atoms upang humawak ng lithium, at 1 silicon atom ay maaaring humawak ng 4 na lithium ions. Ito ay isang pangunahing pag-upgrade ... paggawa ng silikon na 3 beses na mas malakas kaysa sa grapayt.
Gayunpaman, ang paggamit ng lithium ay isa pa ring tabak na may dalawang talim. Ang materyal na ito ay mahal pa rin, ngunit mas madaling ilipat ang mga pasilidad ng produksyon sa mga cell ng silikon. Kung ang mga baterya ay ganap na naiiba, ang pabrika ay kailangang ganap na muling idisenyo, na magiging sanhi ng pagiging kaakit-akit ng paglipat upang bahagyang mabawasan.
Ang mga silikon na anode ay ginawa sa pamamagitan ng paggamot sa buhangin upang makagawa ng purong silikon, ngunit ang pinakamalaking problemang kinakaharap ng mga mananaliksik sa kasalukuyan ay ang mga silikon na anode ay bumukol kapag ginamit. Maaari itong maging sanhi ng pagkasira ng baterya nang masyadong mabilis. Mahirap din mag-mass produce anodes.
Baterya ng graphene
Ang graphene ay isang uri ng carbon flake na gumagamit ng parehong materyal tulad ng isang lapis, ngunit nangangailangan ito ng maraming oras upang ikabit ang grapayt sa mga natuklap. Ang Graphene ay pinupuri para sa mahusay na pagganap nito sa maraming mga kaso ng paggamit, at ang mga baterya ay isa sa mga ito.
Ang ilang kumpanya ay nagtatrabaho sa mga graphene na baterya na maaaring ganap na ma-charge sa loob ng ilang minuto at mag-discharge nang 33 beses na mas mabilis kaysa sa mga lithium-ion na baterya. Malaki ang halaga nito para sa mga de-kuryenteng sasakyan.
Baterya ng foam
Sa kasalukuyan, ang mga tradisyonal na baterya ay dalawang-dimensional. Ang mga ito ay maaaring nakasalansan tulad ng isang lithium na baterya o pinagsama tulad ng isang karaniwang AA o lithium-ion na baterya.
Ang foam battery ay isang bagong konsepto na kinabibilangan ng paggalaw ng electric charge sa 3D space.
Ang 3-dimensional na istraktura na ito ay maaaring mapabilis ang oras ng pag-charge at dagdagan ang density ng enerhiya, ang mga ito ay napakahalagang katangian ng baterya. Kung ikukumpara sa karamihan ng iba pang mga baterya, ang mga foam na baterya ay walang nakakapinsalang likidong electrolyte.
Gumagamit ang mga foam na baterya ng mga solidong electrolyte sa halip na mga likidong electrolyte. Ang electrolyte na ito ay hindi lamang nagsasagawa ng mga lithium ions, ngunit din insulates iba pang mga elektronikong aparato.
Ang anode na nagtataglay ng negatibong singil ng baterya ay gawa sa foamed copper at pinahiran ng kinakailangang aktibong materyal.
Ang isang solidong electrolyte ay inilapat sa paligid ng anode.
Sa wakas, ang tinatawag na "positive paste" ay ginagamit upang punan ang mga puwang sa loob ng baterya.
Baterya ng Aluminum Oxide
Ang mga bateryang ito ay may isa sa pinakamalaking densidad ng enerhiya ng anumang baterya. Ang enerhiya nito ay mas malakas at mas magaan kaysa sa kasalukuyang mga baterya ng lithium-ion. Sinasabi ng ilang tao na ang mga bateryang ito ay maaaring magbigay ng 2,000 kilometro ng mga de-kuryenteng sasakyan. Ano ang konseptong ito? Para sa sanggunian, ang maximum na hanay ng pag-cruising ng Tesla ay humigit-kumulang 600 kilometro.
Ang problema sa mga bateryang ito ay hindi sila ma-charge. Gumagawa sila ng aluminum hydroxide at naglalabas ng enerhiya sa pamamagitan ng reaksyon ng aluminyo at oxygen sa isang water-based na electrolyte. Ang paggamit ng mga baterya ay gumagamit ng aluminyo bilang isang anode.
Baterya ng sodium
Sa kasalukuyan, ang mga Japanese scientist ay nagtatrabaho sa paggawa ng mga baterya na gumagamit ng sodium sa halip na lithium.
Ito ay magiging nakakagambala, dahil ang mga baterya ng sodium ay theoretically 7 beses na mas mahusay kaysa sa mga baterya ng lithium. Ang isa pang malaking kalamangan ay ang sodium ay ang ikaanim na pinakamayamang elemento sa mga reserba ng lupa, kumpara sa lithium, na isang bihirang elemento.
Oras ng post: Dis-02-2019