Redaktørens merknad: Elektrisk teknologi er fremtiden for den grønne jorden, og batteriteknologi er grunnlaget for elektrisk teknologi og nøkkelen til å begrense storskalautviklingen av elektrisk teknologi. Den nåværende vanlige batteriteknologien er litiumionbatterier, som har god energitetthet og høy effektivitet. Litium er imidlertid et sjeldent grunnstoff med høye kostnader og begrensede ressurser. Samtidig, etter hvert som bruken av fornybare energikilder øker, er energitettheten til litiumionbatterier ikke lenger tilstrekkelig. Hvordan skal man reagere? Mayank Jain har gjort en oversikt over noen batteriteknologier som kan bli brukt i fremtiden. Den opprinnelige artikkelen ble publisert på Medium med tittelen: Fremtiden for batteriteknologi
Jorden er full av energi, og vi gjør alt vi kan for å fange og utnytte den energien på en god måte. Selv om vi har gjort en bedre jobb med overgangen til fornybar energi, har vi ikke gjort store fremskritt når det gjelder å lagre energi.
For tiden er litiumionbatterier den høyeste standarden innen batteriteknologi. Dette batteriet ser ut til å ha den beste energitettheten, høy effektivitet (omtrent 99 %) og lang levetid.
Så hva er galt? Etter hvert som den fornybare energien vi fanger opp fortsetter å øke, er ikke energitettheten til litiumionbatterier lenger tilstrekkelig.
Siden vi kan fortsette å produsere batterier i batcher, ser ikke dette ut til å være noe stort problem, men problemet er at litium er et relativt sjeldent metall, så kostnaden er ikke lav. Selv om batteriproduksjonskostnadene faller, øker også behovet for energilagring raskt.
Vi har nådd et punkt der når litiumionbatteriet er produsert, vil det ha en enorm innvirkning på energibransjen.
Den høyere energitettheten til fossilt brensel er et faktum, og dette er en enorm påvirkningsfaktor som hindrer overgangen til en total avhengighet av fornybar energi. Vi trenger batterier som avgir mer energi enn vekten vår.
Hvordan litiumionbatterier fungerer
Virkemåten til litiumbatterier ligner på vanlige AA- eller AAA-kjemiske batterier. De har anode- og katodeterminaler, og en elektrolytt mellom. I motsetning til vanlige batterier er utladningsreaksjonen i et litiumionbatteri reversibel, slik at batteriet kan lades opp gjentatte ganger.
Katoden (+ terminalen) er laget av litiumjernfosfat, anoden (- terminalen) er laget av grafitt, og grafitt er laget av karbon. Elektrisitet er rett og slett strømmen av elektroner. Disse batteriene genererer elektrisitet ved å flytte litiumioner mellom anoden og katoden.
Når de lades, beveger ionene seg til anoden, og når de utlades, løper ionene til katoden.
Denne bevegelsen av ioner forårsaker bevegelse av elektroner i kretsen, så litiumionbevegelse og elektronbevegelse er relatert.
Silisiumanodebatteri
Mange store bilprodusenter som BMW har investert i utviklingen av silisiumanodebatterier. I likhet med vanlige litiumionbatterier bruker disse batteriene litiumanoder, men i stedet for karbonbaserte anoder bruker de silisium.
Som anode er silisium bedre enn grafitt fordi det krever 4 karbonatomer for å holde litium, og 1 silisiumatom kan holde 4 litiumioner. Dette er en stor oppgradering ... som gjør silisium 3 ganger sterkere enn grafitt.
Likevel er bruken av litium fortsatt et tveegget sverd. Dette materialet er fortsatt dyrt, men det er også enklere å overføre produksjonsanlegg til silisiumceller. Hvis batteriene er helt annerledes, må fabrikken redesignes fullstendig, noe som vil føre til at attraktiviteten ved å bytte blir noe redusert.
Silisiumanoder lages ved å behandle sand for å produsere rent silisium, men det største problemet forskere står overfor for tiden er at silisiumanoder sveller opp når de brukes. Dette kan føre til at batteriet brytes ned for raskt. Det er også vanskelig å masseprodusere anoder.
Grafenbatteri
Grafen er en type karbonflak som bruker samme materiale som en blyant, men det koster mye tid å feste grafitt til flakene. Grafen roses for sin utmerkede ytelse i mange bruksområder, og batterier er et av dem.
Noen selskaper jobber med grafenbatterier som kan lades helt opp på få minutter og utlades 33 ganger raskere enn litiumionbatterier. Dette er av stor verdi for elbiler.
Skumbatteri
For tiden er tradisjonelle batterier todimensjonale. De er enten stablet som et litiumbatteri eller rullet sammen som et typisk AA- eller litiumionbatteri.
Skumbatteriet er et nytt konsept som involverer bevegelse av elektrisk ladning i 3D-rom.
Denne tredimensjonale strukturen kan øke ladetiden og energitettheten, noe som er ekstremt viktige egenskaper ved batteriet. Sammenlignet med de fleste andre batterier har skumbatterier ingen skadelige flytende elektrolytter.
Skumbatterier bruker faste elektrolytter i stedet for flytende elektrolytter. Denne elektrolytten leder ikke bare litiumioner, men isolerer også andre elektroniske enheter.
Anoden som holder batteriets negative ladning er laget av skummet kobber og belagt med det nødvendige aktive materialet.
Deretter påføres en fast elektrolytt rundt anoden.
Til slutt brukes en såkalt «positiv pasta» for å fylle hullene inne i batteriet.
Aluminiumoksidbatteri
Disse batteriene har en av de største energitetthetene av alle batterier. Energien er kraftigere og lettere enn dagens litiumionbatterier. Noen hevder at disse batteriene kan levere 2000 kilometer med elektriske kjøretøy. Hva er dette konseptet? Til referanse er Teslas maksimale rekkevidde omtrent 600 kilometer.
Problemet med disse batteriene er at de ikke kan lades. De produserer aluminiumhydroksid og frigjør energi gjennom reaksjonen mellom aluminium og oksygen i en vannbasert elektrolytt. Bruk av batterier forbruker aluminium som anode.
Natriumbatteri
For tiden jobber japanske forskere med å lage batterier som bruker natrium i stedet for litium.
Dette ville være forstyrrende, ettersom natriumbatterier teoretisk sett er 7 ganger mer effektive enn litiumbatterier. En annen stor fordel er at natrium er det sjette rikeste grunnstoffet i jordens reserver, sammenlignet med litium, som er et sjeldent grunnstoff.
Publisert: 02. des. 2019