Nota editor: Teknologi elektrik adalah masa depan bumi hijau, dan teknologi bateri adalah asas teknologi elektrik dan kunci untuk menyekat pembangunan teknologi elektrik berskala besar. Teknologi bateri arus perdana semasa ialah bateri litium-ion, yang mempunyai ketumpatan tenaga yang baik dan kecekapan yang tinggi. Walau bagaimanapun, litium adalah unsur yang jarang berlaku dengan kos yang tinggi dan sumber yang terhad. Pada masa yang sama, apabila penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui meningkat, ketumpatan tenaga bateri litium-ion tidak lagi mencukupi. bagaimana untuk bertindak balas? Mayank Jain telah menilai beberapa teknologi bateri yang mungkin digunakan pada masa hadapan. Artikel asal diterbitkan di media dengan tajuk: Masa Depan Teknologi Bateri
Bumi ini penuh dengan tenaga, dan kita sedang melakukan segala yang termampu untuk menangkap dan menggunakan tenaga tersebut dengan baik. Walaupun kita telah melakukan kerja yang lebih baik dalam peralihan kepada tenaga boleh diperbaharui, kita tidak mencapai banyak kemajuan dalam menyimpan tenaga.
Pada masa ini, piawaian teknologi bateri tertinggi ialah bateri litium-ion. Bateri ini nampaknya mempunyai ketumpatan tenaga terbaik, kecekapan tinggi (kira-kira 99%), dan jangka hayat yang panjang.
Jadi apa yang salah? Memandangkan tenaga boleh diperbaharui yang kita peroleh terus meningkat, ketumpatan tenaga bateri litium-ion tidak lagi mencukupi.
Memandangkan kita boleh terus menghasilkan bateri secara kelompok, ini nampaknya bukan masalah besar, tetapi masalahnya ialah litium merupakan logam yang agak jarang ditemui, jadi kosnya tidak rendah. Walaupun kos pengeluaran bateri semakin menurun, keperluan untuk penyimpanan tenaga juga meningkat dengan pesat.
Kita telah sampai ke tahap di mana sebaik sahaja bateri litium ion dihasilkan, ia akan memberi impak yang besar kepada industri tenaga.
Ketumpatan tenaga bahan api fosil yang lebih tinggi adalah satu fakta, dan ini merupakan faktor pengaruh besar yang menghalang peralihan kepada kebergantungan sepenuhnya kepada tenaga boleh diperbaharui. Kita memerlukan bateri yang mengeluarkan lebih banyak tenaga daripada berat badan kita.
Cara bateri litium-ion berfungsi
Mekanisme kerja bateri litium adalah serupa dengan bateri kimia AA atau AAA biasa. Ia mempunyai terminal anod dan katod, dan elektrolit di antaranya. Tidak seperti bateri biasa, tindak balas nyahcas dalam bateri litium-ion boleh diterbalikkan, jadi bateri boleh dicas semula berulang kali.
Katod (+ terminal) diperbuat daripada litium besi fosfat, anod (-terminal) diperbuat daripada grafit, dan grafit diperbuat daripada karbon. Elektrik hanyalah aliran elektron. Bateri ini menjana elektrik dengan menggerakkan ion litium antara anod dan katod.
Apabila dicas, ion bergerak ke anod, dan apabila dinyahcas, ion bergerak ke katod.
Pergerakan ion ini menyebabkan pergerakan elektron dalam litar, jadi pergerakan ion litium dan pergerakan elektron adalah berkaitan.
Bateri anod silikon
Banyak syarikat kereta besar seperti BMW telah melabur dalam pembangunan bateri anod silikon. Seperti bateri litium-ion biasa, bateri ini menggunakan anod litium, tetapi ia menggunakan silikon dan bukannya anod berasaskan karbon.
Sebagai anod, silikon adalah lebih baik daripada grafit kerana ia memerlukan 4 atom karbon untuk memegang litium, dan 1 atom silikon boleh memegang 4 ion litium. Ini merupakan peningkatan besar... menjadikan silikon 3 kali lebih kuat daripada grafit.
Walau bagaimanapun, penggunaan litium masih merupakan pedang bermata dua. Bahan ini masih mahal, tetapi ia juga lebih mudah untuk memindahkan kemudahan pengeluaran ke sel silikon. Jika baterinya sama sekali berbeza, kilang perlu direka bentuk semula sepenuhnya, yang akan menyebabkan daya tarikan penukaran sedikit berkurangan.
Anod silikon dihasilkan dengan merawat pasir untuk menghasilkan silikon tulen, tetapi masalah terbesar yang dihadapi oleh penyelidik pada masa ini ialah anod silikon mengembang apabila digunakan. Ini boleh menyebabkan bateri rosak terlalu cepat. Ia juga sukar untuk menghasilkan anod secara besar-besaran.
Bateri grafena
Grafena ialah sejenis kepingan karbon yang menggunakan bahan yang sama seperti pensel, tetapi ia memerlukan banyak masa untuk melekatkan grafit pada kepingan tersebut. Grafena dipuji kerana prestasinya yang cemerlang dalam banyak kes penggunaan, dan bateri adalah salah satunya.
Sesetengah syarikat sedang mengusahakan bateri grafena yang boleh dicas penuh dalam beberapa minit dan dinyahcas pada 33 kali lebih pantas daripada bateri litium-ion. Ini sangat bernilai untuk kenderaan elektrik.
Bateri buih
Pada masa ini, bateri tradisional adalah dua dimensi. Ia sama ada disusun seperti bateri litium atau digulung seperti bateri AA atau litium-ion biasa.
Bateri buih merupakan konsep baharu yang melibatkan pergerakan cas elektrik dalam ruang 3D.
Struktur 3 dimensi ini boleh mempercepatkan masa pengecasan dan meningkatkan ketumpatan tenaga, ini adalah kualiti bateri yang sangat penting. Berbanding dengan kebanyakan bateri lain, bateri buih tidak mempunyai elektrolit cecair yang berbahaya.
Bateri buih menggunakan elektrolit pepejal dan bukannya elektrolit cecair. Elektrolit ini bukan sahaja mengalirkan ion litium, tetapi juga menebat peranti elektronik lain.
Anod yang memegang cas negatif bateri diperbuat daripada kuprum berbuih dan disalut dengan bahan aktif yang diperlukan.
Elektrolit pepejal kemudiannya digunakan di sekeliling anod.
Akhir sekali, apa yang dipanggil "pes positif" digunakan untuk mengisi ruang di dalam bateri.
Bateri Aluminium Oksida
Bateri ini mempunyai salah satu ketumpatan tenaga terbesar berbanding mana-mana bateri. Tenaganya lebih berkuasa dan lebih ringan daripada bateri litium-ion semasa. Sesetengah orang mendakwa bahawa bateri ini boleh menyediakan kenderaan elektrik sejauh 2,000 kilometer. Apakah konsep ini? Sebagai rujukan, jarak pelayaran maksimum Tesla adalah kira-kira 600 kilometer.
Masalah dengan bateri ini ialah ia tidak boleh dicas. Ia menghasilkan aluminium hidroksida dan membebaskan tenaga melalui tindak balas aluminium dan oksigen dalam elektrolit berasaskan air. Penggunaan bateri menggunakan aluminium sebagai anod.
Bateri natrium
Pada masa ini, saintis Jepun sedang berusaha membuat bateri yang menggunakan natrium dan bukannya litium.
Ini akan mengganggu, kerana bateri natrium secara teorinya 7 kali lebih cekap daripada bateri litium. Satu lagi kelebihan besar ialah natrium merupakan unsur keenam terkaya dalam rizab bumi, berbanding litium, yang merupakan unsur yang jarang ditemui.
Masa siaran: 02 Dis-2019