Napomena urednika: Električna tehnologija je budućnost zelene Zemlje, a tehnologija baterija temelj je električne tehnologije i ključ za ograničavanje velikog razvoja električne tehnologije. Trenutna glavna tehnologija baterija su litij-ionske baterije, koje imaju dobru gustoću energije i visoku učinkovitost. Međutim, litij je rijedak element s visokom cijenom i ograničenim resursima. Istovremeno, kako raste upotreba obnovljivih izvora energije, gustoća energije litij-ionskih baterija više nije dovoljna. Kako odgovoriti? Mayank Jain je analizirao neke tehnologije baterija koje bi se mogle koristiti u budućnosti. Izvorni članak objavljen je na Mediumu pod naslovom: Budućnost tehnologije baterija
Zemlja je puna energije, a mi činimo sve što možemo kako bismo tu energiju uhvatili i dobro iskoristili. Iako smo bolje odradili posao u prijelazu na obnovljive izvore energije, nismo postigli veliki napredak u skladištenju energije.
Trenutno, najviši standard tehnologije baterija su litij-ionske baterije. Čini se da ove baterije imaju najbolju gustoću energije, visoku učinkovitost (oko 99%) i dugi vijek trajanja.
Pa što nije u redu? Kako obnovljiva energija koju prikupljamo nastavlja rasti, gustoća energije litij-ionskih baterija više nije dovoljna.
Budući da možemo nastaviti proizvoditi baterije u serijama, to se ne čini velikim problemom, ali problem je što je litij relativno rijedak metal, pa njegova cijena nije niska. Iako troškovi proizvodnje baterija padaju, potreba za pohranom energije također brzo raste.
Došli smo do točke u kojoj će, nakon što se proizvede litij-ionska baterija, imati ogroman utjecaj na energetsku industriju.
Veća gustoća energije fosilnih goriva je činjenica i to je ogroman utjecajni faktor koji ometa prijelaz na potpunu ovisnost o obnovljivim izvorima energije. Trebaju nam baterije koje emitiraju više energije od naše težine.
Kako rade litij-ionske baterije
Mehanizam rada litijevih baterija sličan je običnim AA ili AAA kemijskim baterijama. Imaju anodne i katodne terminale te elektrolit između njih. Za razliku od običnih baterija, reakcija pražnjenja u litij-ionskoj bateriji je reverzibilna, pa se baterija može više puta puniti.
Katoda (+ terminal) je napravljena od litijevog željeznog fosfata, anoda (-terminal) je napravljena od grafita, a grafit je napravljen od ugljika. Električna energija je samo protok elektrona. Ove baterije generiraju električnu energiju pomicanjem litijevih iona između anode i katode.
Kada se nabije, ioni se kreću prema anodi, a kada se isprazne, ioni se kreću prema katodi.
To kretanje iona uzrokuje kretanje elektrona u strujnom krugu, pa su kretanje litijevih iona i kretanje elektrona povezani.
Silikonska anodna baterija
Mnoge velike automobilske tvrtke poput BMW-a ulažu u razvoj silicijskih anodnih baterija. Poput običnih litij-ionskih baterija, ove baterije koriste litijeve anode, ali umjesto anoda na bazi ugljika koriste silicij.
Kao anoda, silicij je bolji od grafita jer su mu potrebna 4 atoma ugljika za držanje litija, a 1 atom silicija može držati 4 litijeva iona. Ovo je veliko poboljšanje... što silicij čini 3 puta jačim od grafita.
Ipak, korištenje litija i dalje je mač s dvije oštrice. Ovaj materijal je i dalje skup, ali je i lakše prenijeti proizvodne pogone na silicijske ćelije. Ako su baterije potpuno drugačije, tvornica će se morati potpuno redizajnirati, što će uzrokovati da se atraktivnost prelaska malo smanji.
Silicijske anode se izrađuju obradom pijeska kako bi se dobio čisti silicij, ali najveći problem s kojim se istraživači trenutno suočavaju jest to što se silicijske anode bubre tijekom upotrebe. To može uzrokovati prebrzu degradaciju baterije. Također je teško masovno proizvoditi anode.
Grafenska baterija
Grafen je vrsta ugljičnih pahuljica koje se izrađuju od istog materijala kao i olovka, ali pričvršćivanje grafita na pahuljice zahtijeva puno vremena. Grafen je hvaljen zbog svojih izvrsnih performansi u mnogim slučajevima upotrebe, a baterije su jedna od njih.
Neke tvrtke rade na grafenskim baterijama koje se mogu potpuno napuniti za nekoliko minuta i isprazniti 33 puta brže od litij-ionskih baterija. To je od velike vrijednosti za električna vozila.
Pjenasta baterija
Trenutno su tradicionalne baterije dvodimenzionalne. Ili su složene poput litijeve baterije ili smotane poput tipične AA ili litij-ionske baterije.
Pjenasta baterija je novi koncept koji uključuje kretanje električnog naboja u 3D prostoru.
Ova trodimenzionalna struktura može ubrzati vrijeme punjenja i povećati gustoću energije, što su izuzetno važne osobine baterije. U usporedbi s većinom drugih baterija, pjenaste baterije nemaju štetne tekuće elektrolite.
Pjenaste baterije koriste krute elektrolite umjesto tekućih elektrolita. Ovaj elektrolit ne samo da provodi litijeve ione, već i izolira druge elektroničke uređaje.
Anoda koja drži negativni naboj baterije izrađena je od pjenastog bakra i obložena potrebnim aktivnim materijalom.
Zatim se oko anode nanosi čvrsti elektrolit.
Konačno, takozvana "pozitivna pasta" se koristi za popunjavanje praznina unutar baterije.
Baterija od aluminijevog oksida
Ove baterije imaju jednu od najvećih gustoća energije od svih baterija. Njihova energija je snažnija i lakša od trenutnih litij-ionskih baterija. Neki ljudi tvrde da ove baterije mogu osigurati 2000 kilometara električnih vozila. Što je ovaj koncept? Za referencu, maksimalni domet Tesle je oko 600 kilometara.
Problem s ovim baterijama je što se ne mogu puniti. One proizvode aluminijev hidroksid i oslobađaju energiju reakcijom aluminija i kisika u elektrolitu na bazi vode. Korištenje baterija troši aluminij kao anodu.
Natrijeva baterija
Trenutno japanski znanstvenici rade na izradi baterija koje koriste natrij umjesto litija.
To bi bilo revolucionarno, jer su natrijeve baterije teoretski 7 puta učinkovitije od litijevih baterija. Još jedna ogromna prednost je što je natrij šesti najbogatiji element u zemljinim rezervama, u usporedbi s litijem, koji je rijedak element.
Vrijeme objave: 02.12.2019.