Editorearen oharra: Teknologia elektrikoa da lur berdearen etorkizuna, eta baterien teknologia da teknologia elektrikoaren oinarria eta teknologia elektrikoaren garapen eskala handia mugatzeko gakoa. Gaur egungo bateria-teknologia nagusia litio-ioizko bateriak dira, energia-dentsitate ona eta eraginkortasun handia dutenak. Hala ere, litioa elementu arraroa da, kostu handikoa eta baliabide mugatuak dituena. Aldi berean, energia berriztagarrien erabilera hazten den heinean, litio-ioizko baterien energia-dentsitatea ez da nahikoa. Nola erantzun? Mayank Jainek etorkizunean erabil daitezkeen bateria-teknologia batzuen balantzea egin du. Jatorrizko artikulua medium-en argitaratu zen, izenburu honekin: Baterien Teknologiaren Etorkizuna
Lurra energiaz beteta dago, eta ahal dugun guztia egiten ari gara energia hori atzemateko eta ondo erabiltzeko. Energia berriztagarrietarako trantsizioan lan hobea egin badugu ere, ez dugu aurrerapen handirik egin energia biltegiratzeko orduan.
Gaur egun, bateria-teknologiaren estandar gorena litio-ioizko bateriak dira. Bateria honek energia-dentsitate onena, eraginkortasun handia (% 99 inguru) eta iraupen luzea dituela dirudi.
Beraz, zer gertatzen da? Hartzen dugun energia berriztagarria hazten jarraitzen duen heinean, litio-ioizko baterien energia-dentsitatea ez da nahikoa.
Bateriak multzoka ekoizten jarrai dezakegunez, ez dirudi arazo handirik denik, baina arazoa da litioa metal nahiko arraroa dela, beraz, bere kostua ez da baxua. Baterien ekoizpen-kostuak jaisten ari diren arren, energia biltegiratzeko beharra ere azkar handitzen ari da.
Litio ioizko bateria fabrikatzen denean, energia industrian eragin handia izango duen puntu batera iritsi gara.
Erregai fosilen energia-dentsitate handiagoa egia da, eta hori eragin handiko faktorea da energia berriztagarrien menpekotasun osoa lortzeko trantsizioa oztopatzen duena. Gure pisua baino energia gehiago isurtzen duten bateriak behar ditugu.
Litio-ioizko baterien funtzionamendua
Litiozko baterien funtzionamendu-mekanismoa AA edo AAA bateria kimiko arrunten antzekoa da. Anodo eta katodo terminalak dituzte, eta elektrolito bat tartean. Bateria arruntek ez bezala, litiozko ioizko bateria batean deskarga-erreakzioa itzulgarria da, beraz, bateria behin eta berriz kargatu daiteke.
Katodoa (+ terminala) litio burdin fosfatoz egina dago, anodoa (- terminala) grafitoz eta grafitoa karbonoz. Elektrizitatea elektroien fluxua besterik ez da. Bateria hauek elektrizitatea sortzen dute litio ioiak anodoaren eta katodoaren artean mugituz.
Kargatzean, ioiak anodorantz mugitzen dira, eta deskargatzean, katodorantz doaz.
Ioien mugimendu honek zirkuituko elektroien mugimendua eragiten du, beraz, litio ioien mugimendua eta elektroien mugimendua erlazionatuta daude.
Siliziozko anodozko bateria
BMW bezalako automobilgintza-enpresa handi askok siliziozko anodozko baterien garapenean inbertitzen ari dira. Litio-ioizko bateria arruntek bezala, bateria hauek litiozko anodoak erabiltzen dituzte, baina karbono-oinarritutako anodoen ordez, silizioa erabiltzen dute.
Anodo gisa, silizioa grafitoa baino hobea da, litioa eusteko 4 karbono atomo behar baititu, eta silizio atomo batek 4 litio ioi eusteko gai baita. Hau hobekuntza handia da... silizioa grafitoa baino 3 aldiz indartsuagoa bihurtzen du.
Hala ere, litioaren erabilera oraindik ere bi ahoko ezpata da. Material hau garestia da oraindik, baina errazagoa da ekoizpen instalazioak siliziozko zeluletara eramatea. Bateriak guztiz desberdinak badira, fabrika guztiz birdiseinatu beharko da, eta horrek aldaketaren erakargarritasuna apur bat murriztea eragingo du.
Siliziozko anodoak harea tratatuz egiten dira silizio purua ekoizteko, baina ikertzaileek gaur egun duten arazo handiena siliziozko anodoak puzten direla da erabiltzean. Horrek bateria azkarregi degradatzea eragin dezake. Anodoak seriean ekoiztea ere zaila da.
Grafenozko bateria
Grafenoa karbono maluta mota bat da, arkatz baten material bera erabiltzen duena, baina denbora asko behar da grafitoa malutetara lotzeko. Grafenoa erabilera kasu askotan duen errendimendu bikainagatik goraipatzen da, eta bateriak horietako bat dira.
Enpresa batzuk grafenozko baterietan lanean ari dira, minutu gutxitan guztiz kargatu eta litio-ioizko bateriek baino 33 aldiz azkarrago deskargatu daitezkeenak. Balio handikoa da ibilgailu elektrikoentzat.
Apar-bateria
Gaur egun, bateria tradizionalak bi dimentsiokoak dira. Litiozko bateria bat bezala pilatuta daude edo AA edo litio-ioizko bateria tipiko bat bezala biribilkatuta.
Apar-bateria kontzeptu berri bat da, 3D espazioan karga elektrikoaren mugimendua dakarena.
3 dimentsioko egitura honek kargatzeko denbora bizkortu eta energia-dentsitatea handitu dezake, eta hauek bateriaren ezaugarri oso garrantzitsuak dira. Beste bateria gehienekin alderatuta, apar-bateriek ez dute elektrolito likido kaltegarririk.
Apar-bateriek elektrolito solidoak erabiltzen dituzte elektrolito likidoen ordez. Elektrolito honek ez ditu litio ioiak eroaten bakarrik, baita beste gailu elektroniko batzuk isolatzen ere.
Bateriaren karga negatiboa mantentzen duen anodoa kobre aparrez egina dago eta beharrezko material aktiboarekin estalita dago.
Ondoren, elektrolito solido bat aplikatzen da anodoaren inguruan.
Azkenik, "pasta positiboa" deritzon bat erabiltzen da bateriaren barruko hutsuneak betetzeko.
Aluminio oxidozko bateria
Bateria hauek bateria guztien artean energia-dentsitate handienetako bat dute. Bere energia egungo litio-ioizko bateriek baino indartsuagoa eta arinagoa da. Batzuek diote bateria hauek 2.000 kilometroko autonomia eman diezaieketela ibilgailu elektrikoei. Zer da kontzeptu hau? Erreferentzia gisa, Teslaren gehienezko autonomia 600 kilometro ingurukoa da.
Bateria hauen arazoa da ezin direla kargatu. Aluminio hidroxidoa sortzen dute eta energia askatzen dute aluminioaren eta oxigenoaren erreakzioaren bidez uretan oinarritutako elektrolito batean. Baterien erabilerak aluminioa kontsumitzen du anodo gisa.
Sodio bateria
Gaur egun, Japoniako zientzialariek litioaren ordez sodioa erabiltzen duten bateriak egiten ari dira lanean.
Hori kaltegarria litzateke, sodiozko bateriak teorian litiozko bateriak baino 7 aldiz eraginkorragoak baitira. Beste abantaila handi bat da sodioa dela Lurreko erreserbetan seigarren elementu aberatsena, litioarekin alderatuta, elementu arraroa baita.
Argitaratze data: 2019ko abenduak 2