Nota tal-Editur: It-teknoloġija elettrika hija l-futur tad-dinja ħadra, u t-teknoloġija tal-batteriji hija l-pedament tat-teknoloġija elettrika u ċ-ċavetta biex jiġi ristrett l-iżvilupp fuq skala kbira tat-teknoloġija elettrika. It-teknoloġija tal-batteriji mainstream attwali hija batteriji tal-jone tal-litju, li għandhom densità ta' enerġija tajba u effiċjenza għolja. Madankollu, il-litju huwa element rari bi prezz għoli u riżorsi limitati. Fl-istess ħin, hekk kif l-użu ta' sorsi ta' enerġija rinnovabbli jikber, id-densità tal-enerġija tal-batteriji tal-jone tal-litju m'għadhiex biżżejjed. Kif nirrispondu? Mayank Jain ħa kont ta' xi teknoloġiji tal-batteriji li jistgħu jintużaw fil-futur. L-artiklu oriġinali ġie ppubblikat fuq medium bit-titlu: Il-Futur tat-Teknoloġija tal-Batteriji
Id-dinja hija mimlija enerġija, u qed nagħmlu dak kollu li nistgħu biex naqbdu u nużaw tajjeb dik l-enerġija. Għalkemm għamilna xogħol aħjar fit-tranżizzjoni għall-enerġija rinnovabbli, ma għamilniex ħafna progress fil-ħażna tal-enerġija.
Fil-preżent, l-ogħla standard tat-teknoloġija tal-batteriji huwa l-batteriji tal-jone tal-litju. Din il-batterija tidher li għandha l-aqwa densità tal-enerġija, effiċjenza għolja (madwar 99%), u ħajja twila.
Allura x'inhu ħażin? Hekk kif l-enerġija rinnovabbli li naqbdu tkompli tikber, id-densità tal-enerġija tal-batteriji tal-jone tal-litju m'għadhiex biżżejjed.
Peress li nistgħu nkomplu nipproduċu batteriji f'lottijiet, dan ma jidhirx li huwa xi ħaġa kbira, iżda l-problema hi li l-litju huwa metall relattivament rari, għalhekk l-ispiża tiegħu mhix baxxa. Għalkemm l-ispejjeż tal-produzzjoni tal-batteriji qed jonqsu, il-ħtieġa għall-ħażna tal-enerġija qed tiżdied ukoll b'rata mgħaġġla.
Wasalna f'punt fejn ladarba l-batterija tal-jone tal-litju tiġi manifatturata, se jkollha impatt kbir fuq l-industrija tal-enerġija.
Id-densità ogħla tal-enerġija tal-fjuwils fossili hija fatt, u dan huwa fattur influwenti enormi li jfixkel it-tranżizzjoni għal dipendenza totali fuq l-enerġija rinnovabbli. Għandna bżonn batteriji li jarmu aktar enerġija milli niżnu.
Kif jaħdmu l-batteriji tal-jone tal-litju
Il-mekkaniżmu tax-xogħol tal-batteriji tal-litju huwa simili għal batteriji kimiċi ordinarji AA jew AAA. Għandhom terminali tal-anodu u tal-katodu, u elettrolit bejniethom. B'differenza mill-batteriji ordinarji, ir-reazzjoni ta' skarika f'batterija tal-jone tal-litju hija riversibbli, għalhekk il-batterija tista' tiġi ċċarġjata ripetutament.
Il-katodu (+ terminal) huwa magħmul minn fosfat tal-litju-ħadid, l-anodu (- terminal) huwa magħmul minn grafit, u l-grafita hija magħmula minn karbonju. L-elettriku huwa sempliċement il-fluss tal-elettroni. Dawn il-batteriji jiġġeneraw l-elettriku billi jċaqalqu l-joni tal-litju bejn l-anodu u l-katodu.
Meta jiġu ċċarġjati, il-joni jiċċaqalqu lejn l-anodu, u meta jiġu skarikati, il-joni jiġru lejn il-katodu.
Dan il-moviment tal-joni jikkawża l-moviment tal-elettroni fiċ-ċirkwit, għalhekk il-moviment tal-joni tal-litju u l-moviment tal-elettroni huma relatati.
Batterija tal-anodu tas-silikon
Ħafna kumpaniji kbar tal-karozzi bħal BMW ilhom jinvestu fl-iżvilupp ta' batteriji tas-silikon bl-anodi. Bħall-batteriji ordinarji tal-jone tal-litju, dawn il-batteriji jużaw anodi tal-litju, iżda minflok anodi bbażati fuq il-karbonju, jużaw is-silikon.
Bħala anodu, is-silikon huwa aħjar mill-grafita għax jeħtieġ 4 atomi tal-karbonju biex iżomm il-litju, u atomu wieħed tas-silikon jista' jżomm 4 joni tal-litju. Dan huwa titjib kbir... li jagħmel is-silikon 3 darbiet aktar b'saħħtu mill-grafita.
Madankollu, l-użu tal-litju għadu xafra b'żewġt ixfar. Dan il-materjal għadu jiswa ħafna flus, iżda huwa wkoll aktar faċli li l-faċilitajiet tal-produzzjoni jiġu trasferiti għal ċelloli tas-silikon. Jekk il-batteriji huma kompletament differenti, il-fabbrika jkollha tiġi ddisinjata mill-ġdid kompletament, u dan iwassal biex l-attraenza tal-bdil titnaqqas xi ftit.
L-anodi tas-silikon isiru billi jiġi ttrattat ir-ramel biex jiġi prodott silikon pur, iżda l-akbar problema li qed jiffaċċjaw ir-riċerkaturi bħalissa hija li l-anodi tas-silikon jintefħu meta jintużaw. Dan jista' jikkawża li l-batterija tiddegrada malajr wisq. Huwa wkoll diffiċli li jiġu prodotti l-anodi bil-massa.
Batterija tal-grafene
Il-grafene huwa tip ta’ qxur tal-karbonju li juża l-istess materjal bħal lapes, iżda jieħu ħafna ħin biex il-grafita titwaħħal mal-qxur. Il-grafene huwa mfaħħar għall-prestazzjoni eċċellenti tiegħu f’ħafna każijiet ta’ użu, u l-batteriji huma wieħed minnhom.
Xi kumpaniji qed jaħdmu fuq batteriji tal-grafene li jistgħu jiġu ċċarġjati kompletament fi ftit minuti u jiskarikaw 33 darba aktar malajr mill-batteriji tal-jone tal-litju. Dan huwa ta’ valur kbir għall-vetturi elettriċi.
Batterija tal-fowm
Fil-preżent, il-batteriji tradizzjonali huma bidimensjonali. Jew huma f'munzelli bħal batterija tal-litju jew irrumblati bħal batterija AA jew tal-jone tal-litju tipika.
Il-batterija tal-fowm hija kunċett ġdid li jinvolvi l-moviment ta' ċarġ elettriku fi spazju 3D.
Din l-istruttura tridimensjonali tista' tħaffef il-ħin tal-iċċarġjar u żżid id-densità tal-enerġija, dawn huma kwalitajiet estremament importanti tal-batterija. Meta mqabbla mal-biċċa l-kbira tal-batteriji l-oħra, il-batteriji tal-fowm m'għandhomx elettroliti likwidi ta' ħsara.
Il-batteriji tal-fowm jużaw elettroliti solidi minflok elettroliti likwidi. Dan l-elettrolit mhux biss jikkonduċi joni tal-litju, iżda jiżola wkoll apparati elettroniċi oħra.
L-anodu li jżomm iċ-ċarġ negattiv tal-batterija huwa magħmul minn ram fowmat u miksi bil-materjal attiv meħtieġ.
Imbagħad jiġi applikat elettrolit solidu madwar l-anodu.
Fl-aħħar nett, tintuża l-hekk imsejħa “pejst pożittiv” biex timla l-lakuni ġewwa l-batterija.
Batterija tal-Ossidu tal-Aluminju
Dawn il-batteriji għandhom waħda mill-akbar densitajiet ta' enerġija minn kwalunkwe batterija. L-enerġija tagħhom hija aktar qawwija u eħfef minn dik tal-batteriji tal-jone tal-litju attwali. Xi nies isostnu li dawn il-batteriji jistgħu jipprovdu 2,000 kilometru ta' vetturi elettriċi. X'inhu dan il-kunċett? Bħala referenza, il-firxa massima ta' sewqan ta' Tesla hija ta' madwar 600 kilometru.
Il-problema b'dawn il-batteriji hija li ma jistgħux jiġu ċċarġjati. Jipproduċu idrossidu tal-aluminju u jirrilaxxaw l-enerġija permezz tar-reazzjoni tal-aluminju u l-ossiġnu f'elettrolit ibbażat fuq l-ilma. L-użu tal-batteriji jikkonsma l-aluminju bħala anodu.
Batterija tas-sodju
Bħalissa, xjentisti Ġappuniżi qed jaħdmu fuq il-manifattura ta’ batteriji li jużaw is-sodju minflok il-litju.
Dan ikun ta’ tfixkil, billi l-batteriji tas-sodju teoretikament huma 7 darbiet aktar effiċjenti mill-batteriji tal-litju. Vantaġġ kbir ieħor huwa li s-sodju huwa s-sitt l-aktar element għani fir-riżervi tad-dinja, meta mqabbel mal-litju, li huwa element rari.
Ħin tal-posta: 02 ta' Diċembru 2019