Redakteur se nota: Elektriese tegnologie is die toekoms van die groen aarde, en batterytegnologie is die fondament van elektriese tegnologie en die sleutel tot die beperking van die grootskaalse ontwikkeling van elektriese tegnologie. Die huidige hoofstroom batterytegnologie is litium-ioon batterye, wat goeie energiedigtheid en hoë doeltreffendheid het. Litium is egter 'n seldsame element met hoë koste en beperkte hulpbronne. Terselfdertyd, soos die gebruik van hernubare energiebronne toeneem, is die energiedigtheid van litium-ioon batterye nie meer voldoende nie. Hoe om te reageer? Mayank Jain het 'n oorsig geneem van 'n paar batterytegnologieë wat in die toekoms gebruik kan word. Die oorspronklike artikel is op medium gepubliseer met die titel: Die Toekoms van Batterytegnologie.
Die aarde is vol energie, en ons doen alles in ons vermoë om daardie energie vas te vang en goed te benut. Alhoewel ons beter gevaar het met die oorgang na hernubare energie, het ons nie veel vordering gemaak met die berging van energie nie.
Tans is die hoogste standaard van batterytegnologie litium-ioonbatterye. Hierdie battery blyk die beste energiedigtheid, hoë doeltreffendheid (ongeveer 99%) en lang lewensduur te hê.
So, wat is fout? Namate die hernubare energie wat ons opvang aanhou groei, is die energiedigtheid van litiumioonbatterye nie meer voldoende nie.
Aangesien ons batterye in bondels kan voortsit, lyk dit nie na 'n groot probleem nie, maar die probleem is dat litium 'n relatief skaars metaal is, dus is die koste daarvan nie laag nie. Alhoewel batteryproduksiekoste daal, neem die behoefte aan energieberging ook vinnig toe.
Ons het 'n punt bereik waar sodra die litiumioonbattery vervaardig is, dit 'n groot impak op die energiebedryf sal hê.
Die hoër energiedigtheid van fossielbrandstowwe is 'n feit, en dit is 'n groot beïnvloedende faktor wat die oorgang na 'n totale afhanklikheid van hernubare energie belemmer. Ons benodig batterye wat meer energie uitstraal as ons gewig.
Hoe litium-ioon batterye werk
Die werkingsmeganisme van litiumbatterye is soortgelyk aan gewone AA- of AAA-chemiese batterye. Hulle het anode- en katodeterminale, en 'n elektroliet tussenin. Anders as gewone batterye, is die ontladingsreaksie in 'n litiumioonbattery omkeerbaar, sodat die battery herhaaldelik herlaai kan word.
Die katode (+ terminaal) is gemaak van litiumysterfosfaat, die anode (-terminaal) is gemaak van grafiet, en grafiet is gemaak van koolstof. Elektrisiteit is bloot die vloei van elektrone. Hierdie batterye genereer elektrisiteit deur litiumione tussen die anode en katode te beweeg.
Wanneer die ione gelaai word, beweeg hulle na die anode, en wanneer hulle ontlaai word, hardloop hulle na die katode.
Hierdie beweging van ione veroorsaak die beweging van elektrone in die stroombaan, dus is litiumioonbeweging en elektronbeweging verwant.
Silikon anode battery
Baie groot motormaatskappye soos BMW het in die ontwikkeling van silikon-anodebatterye belê. Soos gewone litiumioonbatterye, gebruik hierdie batterye litiumanodes, maar in plaas van koolstofgebaseerde anodes, gebruik hulle silikon.
As 'n anode is silikon beter as grafiet omdat dit 4 koolstofatome benodig om litium te hou, en 1 silikonatoom kan 4 litiumione hou. Dit is 'n groot opgradering ... wat silikon 3 keer sterker as grafiet maak.
Nietemin is die gebruik van litium steeds 'n tweesnydende swaard. Hierdie materiaal is steeds duur, maar dit is ook makliker om produksiefasiliteite na silikonselle oor te skakel. As die batterye heeltemal anders is, sal die fabriek heeltemal herontwerp moet word, wat die aantreklikheid van oorskakeling effens sal verminder.
Silikonanodes word gemaak deur sand te behandel om suiwer silikon te produseer, maar die grootste probleem waarmee navorsers tans te kampe het, is dat silikonanodes swel wanneer dit gebruik word. Dit kan veroorsaak dat die battery te vinnig afbreek. Dit is ook moeilik om anodes massa te vervaardig.
Grafeenbattery
Grafeen is 'n tipe koolstofvlokkie wat dieselfde materiaal as 'n potlood gebruik, maar dit kos baie tyd om grafiet aan die vlokkies te heg. Grafeen word geprys vir sy uitstekende werkverrigting in baie gebruiksgevalle, en batterye is een daarvan.
Sommige maatskappye werk aan grafeenbatterye wat binne minute volledig gelaai kan word en 33 keer vinniger as litiumioonbatterye ontlaai kan word. Dit is van groot waarde vir elektriese voertuie.
Skuimbattery
Tans is tradisionele batterye tweedimensioneel. Hulle word óf gestapel soos 'n litiumbattery óf opgerol soos 'n tipiese AA- of litiumioonbattery.
Die skuimbattery is 'n nuwe konsep wat die beweging van elektriese lading in 3D-ruimte behels.
Hierdie driedimensionele struktuur kan die laaityd versnel en die energiedigtheid verhoog, dit is uiters belangrike eienskappe van die battery. In vergelyking met die meeste ander batterye, het skuimbatterye geen skadelike vloeibare elektroliete nie.
Skuimbatterye gebruik vaste elektroliete in plaas van vloeibare elektroliete. Hierdie elektroliet gelei nie net litiumione nie, maar isoleer ook ander elektroniese toestelle.
Die anode wat die battery se negatiewe lading hou, is gemaak van geskuimde koper en bedek met die vereiste aktiewe materiaal.
'n Vaste elektroliet word dan rondom die anode aangebring.
Laastens word 'n sogenaamde "positiewe pasta" gebruik om die gapings binne die battery te vul.
Aluminiumoksiedbattery
Hierdie batterye het een van die grootste energiedigthede van enige battery. Die energie daarvan is kragtiger en ligter as huidige litiumioonbatterye. Sommige mense beweer dat hierdie batterye 2 000 kilometer se elektriese voertuie kan lewer. Wat is hierdie konsep? Ter verwysing, die maksimum kruisafstand van Tesla is ongeveer 600 kilometer.
Die probleem met hierdie batterye is dat hulle nie gelaai kan word nie. Hulle produseer aluminiumhidroksied en stel energie vry deur die reaksie van aluminium en suurstof in 'n watergebaseerde elektroliet. Die gebruik van batterye verbruik aluminium as 'n anode.
Natriumbattery
Tans werk Japannese wetenskaplikes aan die vervaardiging van batterye wat natrium in plaas van litium gebruik.
Dit sou ontwrigtend wees, aangesien natriumbatterye teoreties 7 keer meer doeltreffend is as litiumbatterye. Nog 'n groot voordeel is dat natrium die sesde rykste element in die aarde se reserwes is, in vergelyking met litium, wat 'n seldsame element is.
Plasingstyd: 2 Desember 2019