Shënim i redaktorit: Teknologjia elektrike është e ardhmja e tokës së gjelbër, dhe teknologjia e baterive është themeli i teknologjisë elektrike dhe çelësi për kufizimin e zhvillimit në shkallë të gjerë të teknologjisë elektrike. Teknologjia aktuale kryesore e baterive janë bateritë litium-jon, të cilat kanë dendësi të mirë energjie dhe efikasitet të lartë. Megjithatë, litiumi është një element i rrallë me kosto të lartë dhe burime të kufizuara. Në të njëjtën kohë, ndërsa përdorimi i burimeve të rinovueshme të energjisë rritet, dendësia e energjisë e baterive litium-jon nuk është më e mjaftueshme. Si të përgjigjemi? Mayank Jain ka bërë një vlerësim të disa teknologjive të baterive që mund të përdoren në të ardhmen. Artikulli origjinal u botua në medium me titullin: E ardhmja e Teknologjisë së Baterive
Toka është plot me energji dhe ne po bëjmë gjithçka që mundemi për ta kapur dhe për ta përdorur mirë atë energji. Edhe pse kemi bërë një punë më të mirë në kalimin në energjinë e rinovueshme, nuk kemi bërë shumë përparim në ruajtjen e energjisë.
Aktualisht, standardi më i lartë i teknologjisë së baterive janë bateritë litium-jon. Kjo bateri duket se ka dendësinë më të mirë të energjisë, efikasitet të lartë (rreth 99%) dhe jetëgjatësi të madhe.
Çfarë nuk shkon pra? Ndërsa energjia e rinovueshme që kapim vazhdon të rritet, dendësia e energjisë së baterive litium-jon nuk është më e mjaftueshme.
Meqenëse mund të vazhdojmë të prodhojmë bateri në grupe, kjo nuk duket të jetë ndonjë problem i madh, por problemi është se litiumi është një metal relativisht i rrallë, kështu që kostoja e tij nuk është e ulët. Edhe pse kostot e prodhimit të baterive po bien, nevoja për ruajtjen e energjisë po rritet gjithashtu me shpejtësi.
Kemi arritur në një pikë ku, sapo të prodhohet bateria litium-jon, ajo do të ketë një ndikim të madh në industrinë e energjisë.
Dendësia më e lartë e energjisë së lëndëve djegëse fosile është një fakt, dhe ky është një faktor i madh ndikues që pengon kalimin në një varësi të plotë nga energjia e rinovueshme. Ne kemi nevojë për bateri që lëshojnë më shumë energji sesa pesha jonë.
Si funksionojnë bateritë litium-jon
Mekanizmi i punës së baterive të litiumit është i ngjashëm me bateritë kimike të zakonshme AA ose AAA. Ato kanë terminale anode dhe katodë, dhe një elektrolit midis tyre. Ndryshe nga bateritë e zakonshme, reaksioni i shkarkimit në një bateri litium-jon është i kthyeshëm, kështu që bateria mund të karikohet vazhdimisht.
Katoda (+ terminali) është bërë nga fosfat hekuri litiumi, anoda (terminali -) është bërë nga grafiti dhe grafiti është bërë nga karboni. Elektriciteti është thjesht rrjedha e elektroneve. Këto bateri gjenerojnë energji elektrike duke lëvizur jonet e litiumit midis anodës dhe katodës.
Kur ngarkohen, jonet lëvizin drejt anodës, dhe kur shkarkohen, jonet shkojnë drejt katodës.
Kjo lëvizje e joneve shkakton lëvizjen e elektroneve në qark, kështu që lëvizja e joneve të litiumit dhe lëvizja e elektroneve janë të lidhura.
Bateri anode silikoni
Shumë kompani të mëdha makinash si BMW kanë investuar në zhvillimin e baterive me anodë silikoni. Ashtu si bateritë e zakonshme litium-jon, këto bateri përdorin anoda litiumi, por në vend të anodave me bazë karboni, ato përdorin silikon.
Si anodë, silici është më i mirë se grafiti sepse kërkon 4 atome karboni për të mbajtur litiumin, dhe 1 atom silici mund të mbajë 4 jone litiumi. Ky është një përmirësim i madh… duke e bërë silicin 3 herë më të fortë se grafiti.
Megjithatë, përdorimi i litiumit është ende një shpatë me dy tehe. Ky material është ende i shtrenjtë, por është gjithashtu më i lehtë për të transferuar objektet e prodhimit në qelizat e silikonit. Nëse bateritë janë krejtësisht të ndryshme, fabrika do të duhet të ridizajnohet plotësisht, gjë që do të bëjë që tërheqja e ndërrimit të jetë pak më e ulët.
Anodat e silikonit prodhohen duke trajtuar rërën për të prodhuar silikon të pastër, por problemi më i madh me të cilin përballen studiuesit aktualisht është se anodat e silikonit fryhen kur përdoren. Kjo mund të shkaktojë degradimin shumë të shpejtë të baterisë. Është gjithashtu e vështirë të prodhohen anodat në masë.
Bateri grafene
Grafeni është një lloj fije karboni që përdor të njëjtin material si lapsi, por ngjitja e grafitit në fije kërkon shumë kohë. Grafeni vlerësohet për performancën e tij të shkëlqyer në shumë raste përdorimi, dhe bateritë janë njëra prej tyre.
Disa kompani po punojnë në bateri grafeni që mund të karikohen plotësisht brenda disa minutash dhe të shkarkohen 33 herë më shpejt se bateritë litium-jon. Kjo është me vlerë të madhe për automjetet elektrike.
Bateri me shkumë
Aktualisht, bateritë tradicionale janë dy-dimensionale. Ato ose vendosen mbi njëra-tjetrën si një bateri litiumi ose mbështillen si një bateri tipike AA ose litium-jon.
Bateria prej shkume është një koncept i ri që përfshin lëvizjen e ngarkesës elektrike në hapësirën 3D.
Kjo strukturë 3-dimensionale mund të përshpejtojë kohën e karikimit dhe të rrisë dendësinë e energjisë, cilësi këto jashtëzakonisht të rëndësishme të baterisë. Krahasuar me shumicën e baterive të tjera, bateritë me shkumë nuk kanë elektrolite të lëngshme të dëmshme.
Bateritë me shkumë përdorin elektrolite të ngurta në vend të elektroliteve të lëngshme. Ky elektrolit jo vetëm që përçon jonet e litiumit, por izolon edhe pajisje të tjera elektronike.
Anoda që mban ngarkesën negative të baterisë është bërë nga bakri i shkumëzuar dhe i veshur me materialin aktiv të kërkuar.
Pastaj një elektrolit i ngurtë aplikohet rreth anodës.
Së fundmi, një e ashtuquajtur "pastë pozitive" përdoret për të mbushur boshllëqet brenda baterisë.
Bateria e oksidit të aluminit
Këto bateri kanë një nga dendësitë më të mëdha të energjisë nga çdo bateri tjetër. Energjia e tyre është më e fuqishme dhe më e lehtë se bateritë aktuale litium-jon. Disa njerëz pretendojnë se këto bateri mund të sigurojnë 2,000 kilometra për automjete elektrike. Çfarë është ky koncept? Për referencë, rrezja maksimale e lundrimit të Teslës është rreth 600 kilometra.
Problemi me këto bateri është se ato nuk mund të karikohen. Ato prodhojnë hidroksid alumini dhe çlirojnë energji nëpërmjet reagimit të aluminit dhe oksigjenit në një elektrolit me bazë uji. Përdorimi i baterive konsumon alumin si anodë.
Bateri natriumi
Aktualisht, shkencëtarët japonezë po punojnë për të bërë bateri që përdorin natrium në vend të litiumit.
Kjo do të ishte shqetësuese, pasi bateritë e natriumit janë teorikisht 7 herë më efikase se bateritë e litiumit. Një avantazh tjetër i madh është se natriumi është elementi i gjashtë më i pasur në rezervat e tokës, krahasuar me litiumin, i cili është një element i rrallë.
Koha e postimit: 02 Dhjetor 2019