Забелешка на уредникот: Електричната технологија е иднината на зелената земја, а технологијата на батерии е основа на електричната технологија и клуч за ограничување на развојот на електричната технологија во голем обем. Моменталната мејнстрим технологија на батерии се литиум-јонските батерии, кои имаат добра густина на енергија и висока ефикасност. Сепак, литиумот е редок елемент со висока цена и ограничени ресурси. Во исто време, како што расте употребата на обновливи извори на енергија, густината на енергија на литиум-јонските батерии повеќе не е доволна. Како да се одговори? Мајанк Џаин направи преглед на некои технологии за батерии што можат да се користат во иднина. Оригиналната статија е објавена на medium со наслов: Иднината на технологијата на батериите
Земјата е полна со енергија, а ние правиме сè што можеме за да ја искористиме и добро да ја искористиме таа енергија. Иако направивме подобра работа во транзицијата кон обновлива енергија, не постигнавме голем напредок во складирањето на енергија.
Во моментов, највисок стандард на технологија на батерии се литиум-јонските батерии. Се чини дека оваа батерија има најдобра густина на енергија, висока ефикасност (околу 99%) и долг век на траење.
Па што не е во ред? Како што обновливата енергија што ја користиме продолжува да расте, густината на енергијата на литиум-јонските батерии повеќе не е доволна.
Бидејќи можеме да продолжиме да произведуваме батерии во серии, ова не изгледа како голема работа, но проблемот е што литиумот е релативно редок метал, па затоа неговата цена не е ниска. Иако трошоците за производство на батерии опаѓаат, потребата за складирање на енергија исто така брзо се зголемува.
Стигнавме до точка каде што откако ќе се произведе литиум-јонската батерија, таа ќе има огромно влијание врз енергетската индустрија.
Повисоката густина на енергија на фосилните горива е факт, и ова е огромен фактор на влијание што го попречува преминот кон целосна зависност од обновлива енергија. Ни требаат батерии што емитуваат повеќе енергија од нашата тежина.
Како функционираат литиум-јонските батерии
Механизмот на работа на литиумските батерии е сличен на обичните AA или AAA хемиски батерии. Тие имаат анодни и катодни терминали, како и електролит помеѓу нив. За разлика од обичните батерии, реакцијата на празнење кај литиум-јонската батерија е реверзибилна, така што батеријата може да се полни постојано.
Катодата (+ терминал) е направена од литиум железо фосфат, анодата (-терминал) е направена од графит, а графитот е направен од јаглерод. Електричната енергија е само проток на електрони. Овие батерии генерираат електрична енергија со движење на литиумски јони помеѓу анодата и катодата.
Кога се наполнети, јоните се движат кон анодата, а кога се празнат, јоните одат кон катодата.
Ова движење на јони предизвикува движење на електрони во колото, па затоа движењето на литиумските јони и движењето на електроните се поврзани.
Силиконска анодна батерија
Многу големи автомобилски компании како BMW инвестираат во развој на силиконски анодни батерии. Како и обичните литиум-јонски батерии, овие батерии користат литиумски аноди, но наместо аноди на база на јаглерод, тие користат силициум.
Како анода, силициумот е подобар од графитот бидејќи му се потребни 4 атоми на јаглерод за да задржи литиум, а 1 атом на силициум може да задржи 4 јони на литиум. Ова е големо подобрување… што го прави силициумот 3 пати појак од графитот.
Сепак, употребата на литиум е сè уште меч со две острици. Овој материјал е сè уште скап, но исто така е полесно да се префрлат производствените капацитети на силиконски ќелии. Ако батериите се сосема различни, фабриката ќе мора целосно да се редизајнира, што ќе предизвика малку да се намали привлечноста на префрлањето.
Силициумските аноди се прават со третирање на песок за да се произведе чист силициум, но најголемиот проблем со кој се соочуваат истражувачите во моментов е тоа што силициумските аноди отекуваат кога се користат. Ова може да предизвика пребрзо деградирање на батеријата. Исто така, тешко е масовно да се произведуваат аноди.
Графенска батерија
Графенот е вид на јаглеродни снегулки што користи ист материјал како молив, но за прицврстување на графитот на снегулките е потребно многу време. Графенот е пофален за неговите одлични перформанси во многу случаи на употреба, а батериите се еден од нив.
Некои компании работат на графенски батерии кои можат целосно да се наполнат за неколку минути и да се празнат 33 пати побрзо од литиум-јонските батерии. Ова е од голема вредност за електричните возила.
Батерија од пена
Во моментов, традиционалните батерии се дводимензионални. Тие се или наредени еден врз друг како литиумска батерија или се свиткани како типична AA или литиум-јонска батерија.
Пенастата батерија е нов концепт што вклучува движење на електричен полнеж во 3Д простор.
Оваа тродимензионална структура може да го забрза времето на полнење и да ја зголеми густината на енергијата, што се исклучително важни квалитети на батеријата. Во споредба со повеќето други батерии, батериите од пена немаат штетни течни електролити.
Пенастите батерии користат цврсти електролити наместо течни електролити. Овој електролит не само што спроведува литиумски јони, туку и изолира други електронски уреди.
Анодата што го задржува негативниот полнеж на батеријата е направена од пенест бакар и обложена со потребниот активен материјал.
Потоа околу анодата се нанесува цврст електролит.
Конечно, таканаречената „позитивна паста“ се користи за пополнување на празнините во батеријата.
Батерија од алуминиум оксид
Овие батерии имаат една од најголемите густини на енергија од која било друга батерија. Нивната енергија е помоќна и полесна од сегашните литиум-јонски батерии. Некои луѓе тврдат дека овие батерии можат да обезбедат 2.000 километри електрични возила. Што е овој концепт? За споредба, максималниот дострел на крстарење на Tesla е околу 600 километри.
Проблемот со овие батерии е што не можат да се полнат. Тие произведуваат алуминиум хидроксид и ослободуваат енергија преку реакција на алуминиум и кислород во електролит на база на вода. Употребата на батерии троши алуминиум како анода.
Натриумска батерија
Моментално, јапонските научници работат на производство на батерии што користат натриум наместо литиум.
Ова би било револуционерно, бидејќи натриумовите батерии се теоретски 7 пати поефикасни од литиумските батерии. Друга огромна предност е што натриумот е шестиот најбогат елемент во резервите на Земјата, во споредба со литиумот, кој е редок елемент.
Време на објавување: 02.12.2019