Напомена уредника: Електрична технологија је будућност зелене планете, а технологија батерија је темељ електричне технологије и кључ за ограничавање развоја електричне технологије у великим размерама. Тренутна главна технологија батерија су литијум-јонске батерије, које имају добру густину енергије и високу ефикасност. Међутим, литијум је редак елемент са високом ценом и ограниченим ресурсима. Истовремено, како употреба обновљивих извора енергије расте, густина енергије литијум-јонских батерија више није довољна. Како одговорити? Мајанк Џаин је направио преглед неких технологија батерија које би могле бити коришћене у будућности. Оригинални чланак је објављен на медијуму под насловом: Будућност технологије батерија
Земља је пуна енергије, и ми чинимо све што можемо да ту енергију ухватимо и добро искористимо. Иако смо боље урадили посао у преласку на обновљиве изворе енергије, нисмо постигли велики напредак у складиштењу енергије.
Тренутно, највиши стандард технологије батерија су литијум-јонске батерије. Чини се да ова батерија има најбољу густину енергије, високу ефикасност (око 99%) и дуг век трајања.
Па шта није у реду? Како обновљива енергија коју користимо наставља да расте, густина енергије литијум-јонских батерија више није довољна.
Пошто можемо да наставимо да производимо батерије у серијама, ово не делује као велика ствар, али проблем је што је литијум релативно редак метал, тако да његова цена није ниска. Иако трошкови производње батерија опадају, потреба за складиштењем енергије такође брзо расте.
Дошли смо до тачке у којој ће, када се литијум-јонска батерија произведе, имати огроман утицај на енергетску индустрију.
Већа густина енергије фосилних горива је чињеница, и то је огроман фактор утицаја који омета прелазак на потпуну зависност од обновљивих извора енергије. Потребне су нам батерије које емитују више енергије него што је наша тежина.
Како раде литијум-јонске батерије
Механизам рада литијумских батерија је сличан обичним АА или ААА хемијским батеријама. Имају анодни и катодни терминал и електролит између њих. За разлику од обичних батерија, реакција пражњења у литијум-јонској батерији је реверзибилна, тако да се батерија може више пута пунити.
Катода (+ терминал) је направљена од литијум гвожђе фосфата, анода (-терминал) је направљена од графита, а графит је направљен од угљеника. Електрична енергија је само ток електрона. Ове батерије генеришу електрицитет померањем литијумових јона између аноде и катоде.
Када се напуне, јони се крећу ка аноди, а када се испражне, јони се крећу ка катоди.
Ово кретање јона узрокује кретање електрона у колу, тако да су кретање литијумових јона и кретање електрона повезани.
Силицијумска анодна батерија
Многе велике аутомобилске компаније попут BMW-а улажу у развој силицијумских анодних батерија. Као и обичне литијум-јонске батерије, ове батерије користе литијумске аноде, али уместо анода на бази угљеника, користе силицијум.
Као анода, силицијум је бољи од графита јер су му потребна 4 атома угљеника да би држао литијум, а 1 атом силицијума може да држи 4 литијумова јона. Ово је велико побољшање... чини силицијум 3 пута јачим од графита.
Ипак, употреба литијума је и даље мач са две оштрице. Овај материјал је и даље скуп, али је и лакше пренети производне погоне на силицијумске ћелије. Ако су батерије потпуно другачије, фабрика ће морати бити потпуно редизајнирана, што ће узроковати да се атрактивност преласка мало смањи.
Силицијумске аноде се праве третирањем песка да би се добио чисти силицијум, али највећи проблем са којим се истраживачи тренутно суочавају јесте то што силицијумске аноде бубре током употребе. То може довести до пребрзе деградације батерије. Такође је тешко масовно производити аноде.
Графенска батерија
Графен је врста угљеничних љуспица које се праве од истог материјала као и оловка, али је потребно доста времена да се графит причврсти за љуспице. Графен је хваљен због својих одличних перформанси у многим случајевима употребе, а батерије су једна од њих.
Неке компаније раде на графенским батеријама које се могу потпуно напунити за неколико минута и празнити 33 пута брже од литијум-јонских батерија. Ово је од велике вредности за електрична возила.
Пенаста батерија
Тренутно, традиционалне батерије су дводимензионалне. Оне су или сложене као литијумске батерије или смотане као типичне АА или литијум-јонске батерије.
Пенаста батерија је нови концепт који укључује кретање електричног набоја у тродимензионалном простору.
Ова тродимензионална структура може убрзати време пуњења и повећати густину енергије, што су изузетно важне особине батерије. У поређењу са већином других батерија, пенасте батерије немају штетне течне електролите.
Пенасте батерије користе чврсте електролите уместо течних електролита. Овај електролит не само да проводи литијумске јоне, већ и изолује друге електронске уређаје.
Анода која држи негативни наелектрисање батерије направљена је од пенастог бакра и обложена је потребним активним материјалом.
Затим се око аноде наноси чврсти електролит.
Коначно, такозвана „позитивна паста“ се користи за попуњавање празнина унутар батерије.
Алуминијум оксидна батерија
Ове батерије имају једну од највећих густина енергије од свих батерија. Њихова енергија је снажнија и лакша од тренутних литијум-јонских батерија. Неки људи тврде да ове батерије могу да обезбеде 2.000 километара електричних возила. Шта је овај концепт? За поређење, максимални домет Тесле је око 600 километара.
Проблем са овим батеријама је што се не могу пунити. Оне производе алуминијум хидроксид и ослобађају енергију реакцијом алуминијума и кисеоника у електролиту на бази воде. Употреба батерија троши алуминијум као аноду.
Натријумска батерија
Тренутно, јапански научници раде на прављењу батерија које користе натријум уместо литијума.
Ово би било револуционарно, јер су натријумске батерије теоретски 7 пута ефикасније од литијумских батерија. Још једна огромна предност је што је натријум шести најбогатији елемент у резервама Земље, у поређењу са литијумом, који је редак елемент.
Време објаве: 02.12.2019.