Noto de la redaktoro: Elektra teknologio estas la estonteco de la verda tero, kaj bateria teknologio estas la fundamento de elektra teknologio kaj la ŝlosilo por limigi la grandskalan disvolviĝon de elektra teknologio. La nuna ĉefa bateria teknologio estas litio-jonaj baterioj, kiuj havas bonan energidensecon kaj altan efikecon. Tamen, litio estas malofta elemento kun alta kosto kaj limigitaj rimedoj. Samtempe, ĉar la uzo de renovigeblaj energifontoj kreskas, la energidenseco de litio-jonaj baterioj jam ne sufiĉas. Kiel respondi? Mayank Jain taksis kelkajn bateriajn teknologiojn, kiuj eble estos uzataj en la estonteco. La originala artikolo estis publikigita en medium kun la titolo: La Estonteco de Bateria Teknologio
La tero estas plena de energio, kaj ni faras ĉion eblan por kapti kaj bone uzi tiun energion. Kvankam ni pli bone laboris en la transiro al renovigebla energio, ni ne multe progresis en la stokado de energio.
Nuntempe, la plej alta normo de bateria teknologio estas litio-jonaj baterioj. Ĉi tiu baterio ŝajnas havi la plej bonan energidensecon, altan efikecon (ĉirkaŭ 99%), kaj longan vivdaŭron.
Do kio estas malbona? Ĉar la renovigebla energio, kiun ni kaptas, daŭre kreskas, la energidenseco de litio-jonaj baterioj jam ne sufiĉas.
Ĉar ni povas daŭre produkti bateriojn laŭ aroj, tio ne ŝajnas esti granda afero, sed la problemo estas, ke litio estas relative malofta metalo, do ĝia kosto ne estas malalta. Kvankam la produktokostoj de baterioj malpliiĝas, la bezono de energiakumulado ankaŭ rapide kreskas.
Ni atingis punkton, kie post kiam la litio-jona baterio estos fabrikita, ĝi havos grandegan efikon sur la energiindustrio.
La pli alta energidenseco de fosiliaj brulaĵoj estas fakto, kaj tio estas grandega influa faktoro, kiu malhelpas la transiron al totala dependeco de renovigebla energio. Ni bezonas bateriojn, kiuj elsendas pli da energio ol nia pezo.
Kiel funkcias litio-jonaj baterioj
La funkcimekanismo de litiaj baterioj similas al tiu de ordinaraj kemiaj baterioj AA aŭ AAA. Ili havas anodajn kaj katodajn terminalojn, kaj elektroliton inter ili. Male al ordinaraj baterioj, la malŝarĝa reakcio en litio-jona baterio estas inversigebla, do la baterio povas esti reŝargita plurfoje.
La katodo (+ terminalo) estas farita el litio-ferfosfato, la anodo (- terminalo) estas farita el grafito, kaj grafito estas farita el karbono. Elektro estas nur la fluo de elektronoj. Ĉi tiuj baterioj generas elektron movante litiajn jonojn inter la anodo kaj katodo.
Kiam ŝargitaj, la jonoj moviĝas al la anodo, kaj kiam malŝargitaj, la jonoj kuras al la katodo.
Ĉi tiu movado de jonoj kaŭzas la movadon de elektronoj en la cirkvito, do movado de litiaj jonoj kaj movado de elektronoj estas rilataj.
Silicia anoda baterio
Multaj grandaj aŭtomobilaj kompanioj kiel BMW investis en la disvolvon de siliciaj anodaj baterioj. Kiel ordinaraj litio-jonaj baterioj, ĉi tiuj baterioj uzas litiajn anodojn, sed anstataŭ karbon-bazitaj anodoj, ili uzas silicion.
Kiel anodo, silicio estas pli bona ol grafito ĉar ĝi bezonas 4 karbonatomojn por teni lition, kaj 1 siliciatomo povas teni 4 litiajn jonojn. Ĉi tio estas grava plibonigo ... igante silicion 3 fojojn pli forta ol grafito.
Tamen, la uzo de litio ankoraŭ estas dutranĉa glavo. Ĉi tiu materialo estas ankoraŭ multekosta, sed ankaŭ estas pli facile translokigi produktadinstalaĵojn al siliciaj ĉeloj. Se la baterioj estas tute malsamaj, la fabriko devos esti tute restrukturita, kio kaŭzos, ke la allogeco de ŝanĝo iomete malpliiĝos.
Siliciaj anodoj estas faritaj per traktado de sablo por produkti puran silicion, sed la plej granda problemo, kiun esploristoj nuntempe alfrontas, estas ke siliciaj anodoj ŝveliĝas kiam uzataj. Tio povas kaŭzi tro rapidan degradiĝon de la baterio. Estas ankaŭ malfacile amasprodukti anodojn.
Grafena baterio
Grafeno estas speco de karbona floko kiu uzas la saman materialon kiel krajono, sed kostas multe da tempo alkroĉi grafiton al la flokoj. Grafeno estas laŭdata pro sia bonega funkciado en multaj uzkazoj, kaj baterioj estas unu el ili.
Kelkaj kompanioj laboras pri grafenaj baterioj, kiuj povas esti plene ŝargitaj en minutoj kaj malŝarĝitaj 33 fojojn pli rapide ol litio-jonaj baterioj. Ĉi tio estas tre valora por elektraj veturiloj.
Ŝaŭma baterio
Nuntempe, tradiciaj baterioj estas dudimensiaj. Ili estas aŭ stakigitaj kiel litio-baterio aŭ kunvolvitaj kiel tipa AA- aŭ litio-jona baterio.
La ŝaŭma baterio estas nova koncepto, kiu implikas la movadon de elektra ŝargo en 3D spaco.
Ĉi tiu tridimensia strukturo povas rapidigi la ŝargan tempon kaj pliigi la energidensecon, ĉi tiuj estas ekstreme gravaj ecoj de la baterio. Kompare kun plej multaj aliaj baterioj, ŝaŭmaj baterioj ne havas damaĝajn likvajn elektrolitojn.
Ŝaŭmaj baterioj uzas solidajn elektrolitojn anstataŭ likvajn elektrolitojn. Ĉi tiu elektrolito ne nur konduktas litiajn jonojn, sed ankaŭ izolas aliajn elektronikajn aparatojn.
La anodo, kiu tenas la negativan ŝargon de la baterio, estas farita el ŝaŭmita kupro kaj kovrita per la bezonata aktiva materialo.
Solida elektrolito tiam estas aplikata ĉirkaŭ la anodo.
Fine, oni uzas tiel nomatan "pozitivan paston" por plenigi la interspacojn ene de la baterio.
Aluminia oksida baterio
Ĉi tiuj baterioj havas unu el la plej grandaj energidensecoj el ĉiuj baterioj. Ilia energio estas pli potenca kaj pli malpeza ol tiu de nunaj litio-jonaj baterioj. Kelkaj homoj asertas, ke ĉi tiuj baterioj povas provizi 2 000 kilometrojn da elektraj veturiloj. Kio estas ĉi tiu koncepto? Por referenco, la maksimuma kroza distanco de Tesla estas ĉirkaŭ 600 kilometroj.
La problemo kun ĉi tiuj baterioj estas, ke ili ne povas esti ŝargitaj. Ili produktas aluminian hidroksidon kaj liberigas energion per la reakcio de aluminio kaj oksigeno en akvobazita elektrolito. La uzo de baterioj konsumas aluminion kiel anodon.
Natria baterio
Nuntempe, japanaj sciencistoj laboras pri fabrikado de baterioj kiuj uzas natrion anstataŭ lition.
Tio estus interrompa, ĉar natriaj baterioj estas teorie 7 fojojn pli efikaj ol litiaj baterioj. Alia grandega avantaĝo estas, ke natrio estas la sesa plej riĉa elemento en la rezervoj de la tero, kompare kun litio, kiu estas malofta elemento.
Afiŝtempo: Dec-02-2019