Nodyn y golygydd: Technoleg drydan yw dyfodol y ddaear werdd, a thechnoleg batri yw sylfaen technoleg drydan a'r allwedd i gyfyngu ar ddatblygiad technoleg drydan ar raddfa fawr. Y dechnoleg batri prif ffrwd gyfredol yw batris lithiwm-ion, sydd â dwysedd ynni da ac effeithlonrwydd uchel. Fodd bynnag, mae lithiwm yn elfen brin gyda chost uchel ac adnoddau cyfyngedig. Ar yr un pryd, wrth i'r defnydd o ffynonellau ynni adnewyddadwy dyfu, nid yw dwysedd ynni batris lithiwm-ion yn ddigonol mwyach. sut i ymateb? Mae Mayank Jain wedi asesu rhai technolegau batri a allai gael eu defnyddio yn y dyfodol. Cyhoeddwyd yr erthygl wreiddiol ar medium gyda'r teitl: Dyfodol Technoleg Batri
Mae'r ddaear yn llawn ynni, ac rydym yn gwneud popeth o fewn ein gallu i ddal a gwneud defnydd da o'r ynni hwnnw. Er ein bod wedi gwneud gwaith gwell yn y newid i ynni adnewyddadwy, nid ydym wedi gwneud llawer o gynnydd o ran storio ynni.
Ar hyn o bryd, y safon uchaf o dechnoleg batri yw batris lithiwm-ion. Ymddengys bod gan y batri hwn y dwysedd ynni gorau, effeithlonrwydd uchel (tua 99%), a bywyd hir.
Felly beth sy'n bod? Wrth i'r ynni adnewyddadwy rydyn ni'n ei ddal barhau i dyfu, nid yw dwysedd ynni batris lithiwm-ion yn ddigonol mwyach.
Gan y gallwn barhau i gynhyrchu batris mewn sypiau, nid yw hyn yn ymddangos yn broblem fawr, ond y broblem yw bod lithiwm yn fetel cymharol brin, felly nid yw ei gost yn isel. Er bod costau cynhyrchu batris yn gostwng, mae'r angen am storio ynni hefyd yn cynyddu'n gyflym.
Rydym wedi cyrraedd pwynt lle, unwaith y bydd y batri lithiwm-ïon wedi'i gynhyrchu, bydd ganddo effaith enfawr ar y diwydiant ynni.
Mae dwysedd ynni uwch tanwyddau ffosil yn ffaith, ac mae hwn yn ffactor dylanwadol enfawr sy'n rhwystro'r newid i ddibyniaeth lwyr ar ynni adnewyddadwy. Mae angen batris arnom sy'n allyrru mwy o ynni na'n pwysau.
Sut mae batris lithiwm-ion yn gweithio
Mae mecanwaith gweithio batris lithiwm yn debyg i fatris cemegol AA neu AAA cyffredin. Mae ganddyn nhw derfynellau anod a chatod, ac electrolyt rhyngddynt. Yn wahanol i fatris cyffredin, mae'r adwaith rhyddhau mewn batri lithiwm-ion yn gildroadwy, felly gellir ailwefru'r batri dro ar ôl tro.
Mae'r catod (terfynell +) wedi'i wneud o ffosffad haearn lithiwm, mae'r anod (terfynell-) wedi'i wneud o graffit, ac mae graffit wedi'i wneud o garbon. Llif electronau yn unig yw trydan. Mae'r batris hyn yn cynhyrchu trydan trwy symud ïonau lithiwm rhwng yr anod a'r catod.
Pan gânt eu gwefru, mae'r ïonau'n symud i'r anod, a phan gânt eu rhyddhau, mae'r ïonau'n rhedeg i'r catod.
Mae'r symudiad hwn o ïonau yn achosi symudiad electronau yn y gylched, felly mae symudiad ïon lithiwm a symudiad electronau yn gysylltiedig.
Batri anod silicon
Mae llawer o gwmnïau ceir mawr fel BMW wedi bod yn buddsoddi yn natblygiad batris anod silicon. Fel batris lithiwm-ion cyffredin, mae'r batris hyn yn defnyddio anodau lithiwm, ond yn lle anodau wedi'u seilio ar garbon, maent yn defnyddio silicon.
Fel anod, mae silicon yn well na graffit oherwydd mae angen 4 atom carbon arno i ddal lithiwm, a gall 1 atom silicon ddal 4 ïon lithiwm. Mae hwn yn uwchraddiad mawr … gan wneud silicon 3 gwaith yn gryfach na graffit.
Serch hynny, mae defnyddio lithiwm yn dal i fod yn gleddyf daufiniog. Mae'r deunydd hwn yn dal yn ddrud, ond mae hefyd yn haws trosglwyddo cyfleusterau cynhyrchu i gelloedd silicon. Os yw'r batris yn gwbl wahanol, bydd yn rhaid ailgynllunio'r ffatri'n llwyr, a fydd yn lleihau atyniad newid ychydig.
Gwneir anodau silicon trwy drin tywod i gynhyrchu silicon pur, ond y broblem fwyaf y mae ymchwilwyr yn ei hwynebu ar hyn o bryd yw bod anodau silicon yn chwyddo pan gânt eu defnyddio. Gall hyn achosi i'r batri ddirywio'n rhy gyflym. Mae hefyd yn anodd cynhyrchu anodau ar raddfa fawr.
Batri graffen
Mae graffin yn fath o naddion carbon sy'n defnyddio'r un deunydd â phensil, ond mae'n costio llawer o amser i atodi graffit i'r naddion. Mae graffin yn cael ei ganmol am ei berfformiad rhagorol mewn llawer o achosion defnydd, ac mae batris yn un ohonynt.
Mae rhai cwmnïau'n gweithio ar fatris graffen y gellir eu gwefru'n llawn mewn munudau a'u rhyddhau 33 gwaith yn gyflymach na batris lithiwm-ion. Mae hyn o werth mawr i gerbydau trydan.
Batri ewyn
Ar hyn o bryd, mae batris traddodiadol yn ddau ddimensiwn. Maent naill ai wedi'u pentyrru fel batri lithiwm neu wedi'u rholio i fyny fel batri AA neu lithiwm-ion nodweddiadol.
Mae'r batri ewyn yn gysyniad newydd sy'n cynnwys symud gwefr drydanol mewn gofod 3D.
Gall y strwythur 3 dimensiwn hwn gyflymu'r amser gwefru a chynyddu'r dwysedd ynni, mae'r rhain yn rhinweddau hynod bwysig y batri. O'i gymharu â'r rhan fwyaf o fatris eraill, nid oes gan fatris ewyn electrolytau hylif niweidiol.
Mae batris ewyn yn defnyddio electrolytau solet yn lle electrolytau hylifol. Nid yn unig y mae'r electrolyt hwn yn dargludo ïonau lithiwm, ond mae hefyd yn inswleiddio dyfeisiau electronig eraill.
Mae'r anod sy'n dal gwefr negatif y batri wedi'i wneud o gopr ewynog ac wedi'i orchuddio â'r deunydd gweithredol gofynnol.
Yna rhoddir electrolyt solet o amgylch yr anod.
Yn olaf, defnyddir yr hyn a elwir yn “past positif” i lenwi’r bylchau y tu mewn i’r batri.
Batri Ocsid Alwminiwm
Mae gan y batris hyn un o'r dwyseddau ynni mwyaf o unrhyw fatri. Mae ei ynni'n fwy pwerus ac yn ysgafnach na batris lithiwm-ion cyfredol. Mae rhai pobl yn honni y gall y batris hyn ddarparu 2,000 cilomedr o gerbydau trydan. Beth yw'r cysyniad hwn? I gyfeirio, yr ystod fordeithio uchaf ar gyfer Tesla yw tua 600 cilomedr.
Y broblem gyda'r batris hyn yw na ellir eu gwefru. Maent yn cynhyrchu alwminiwm hydrocsid ac yn rhyddhau ynni trwy adwaith alwminiwm ac ocsigen mewn electrolyt sy'n seiliedig ar ddŵr. Mae defnyddio batris yn defnyddio alwminiwm fel anod.
Batri sodiwm
Ar hyn o bryd, mae gwyddonwyr Japaneaidd yn gweithio ar wneud batris sy'n defnyddio sodiwm yn lle lithiwm.
Byddai hyn yn amharu ar bethau, gan fod batris sodiwm yn ddamcaniaethol 7 gwaith yn fwy effeithlon na batris lithiwm. Mantais enfawr arall yw mai sodiwm yw'r chweched elfen gyfoethocaf yng nghronfeydd y ddaear, o'i gymharu â lithiwm, sy'n elfen brin.
Amser postio: Rhag-02-2019