Dokezo la Mhariri: Teknolojia ya umeme ni mustakabali wa dunia ya kijani kibichi, na teknolojia ya betri ni msingi wa teknolojia ya umeme na ufunguo wa kuzuia maendeleo makubwa ya teknolojia ya umeme. Teknolojia kuu ya sasa ya betri ni betri za lithiamu-ion, ambazo zina msongamano mzuri wa nishati na ufanisi mkubwa. Hata hivyo, lithiamu ni kipengele adimu chenye gharama kubwa na rasilimali chache. Wakati huo huo, kadri matumizi ya vyanzo vya nishati mbadala yanavyoongezeka, msongamano wa nishati wa betri za lithiamu-ion hautoshi tena. Jinsi ya kujibu? Mayank Jain amechunguza teknolojia kadhaa za betri ambazo zinaweza kutumika katika siku zijazo. Makala ya awali ilichapishwa kwenye vyombo vya habari vyenye kichwa: Mustakabali wa Teknolojia ya Betri
Dunia imejaa nishati, na tunafanya kila tuwezalo kukamata na kutumia vizuri nishati hiyo. Ingawa tumefanya kazi nzuri zaidi katika mpito wa nishati mbadala, hatujapiga hatua kubwa katika kuhifadhi nishati.
Kwa sasa, kiwango cha juu zaidi cha teknolojia ya betri ni betri za lithiamu-ion. Betri hii inaonekana kuwa na msongamano bora wa nishati, ufanisi mkubwa (karibu 99%), na maisha marefu.
Kwa hivyo kuna nini? Kadri nishati mbadala tunayokamata inavyoendelea kuongezeka, msongamano wa nishati wa betri za lithiamu-ion hautoshi tena.
Kwa kuwa tunaweza kuendelea kutoa betri kwa makundi, hii haionekani kuwa jambo kubwa, lakini tatizo ni kwamba lithiamu ni metali adimu, kwa hivyo gharama yake si ndogo. Ingawa gharama za uzalishaji wa betri zinapungua, hitaji la kuhifadhi nishati pia linaongezeka kwa kasi.
Tumefikia hatua ambapo betri ya lithiamu itakapotengenezwa, itakuwa na athari kubwa katika sekta ya nishati.
Uzito mkubwa wa nishati ya mafuta ya visukuku ni ukweli, na hii ni sababu kubwa inayoathiri ambayo inazuia mpito hadi utegemezi kamili wa nishati mbadala. Tunahitaji betri zinazotoa nishati zaidi kuliko uzito wetu.
Jinsi betri za lithiamu-ion zinavyofanya kazi
Utaratibu wa kufanya kazi wa betri za lithiamu ni sawa na betri za kawaida za kemikali za AA au AAA. Zina vituo vya anodi na kathodi, na elektroliti katikati. Tofauti na betri za kawaida, mmenyuko wa kutokwa katika betri ya lithiamu-ion huweza kubadilishwa, kwa hivyo betri inaweza kuchajiwa tena mara kwa mara.
Kathodi (+ terminal) imetengenezwa kwa fosfeti ya chuma ya lithiamu, anodi (-terminal) imetengenezwa kwa grafiti, na grafiti imetengenezwa kwa kaboni. Umeme ni mtiririko tu wa elektroni. Betri hizi hutoa umeme kwa kusogeza ioni za lithiamu kati ya anodi na kathodi.
Inapochajiwa, ioni huhamia kwenye anode, na inapotolewa, ioni hukimbilia kwenye kathodi.
Mwendo huu wa ioni husababisha mwendo wa elektroni kwenye saketi, kwa hivyo mwendo wa ioni za lithiamu na mwendo wa elektroni zinahusiana.
Betri ya anodi ya silicon
Makampuni mengi makubwa ya magari kama BMW yamekuwa yakiwekeza katika utengenezaji wa betri za anodi za silikoni. Kama betri za kawaida za lithiamu-ion, betri hizi hutumia anodi za lithiamu, lakini badala ya anodi zenye msingi wa kaboni, hutumia silikoni.
Kama anodi, silicon ni bora kuliko grafiti kwa sababu inahitaji atomi 4 za kaboni ili kushikilia lithiamu, na atomi 1 ya silicon inaweza kushikilia ioni 4 za lithiamu. Huu ni uboreshaji mkubwa ... na kuifanya silicon kuwa na nguvu mara 3 kuliko grafiti.
Hata hivyo, matumizi ya lithiamu bado ni upanga wenye makali kuwili. Nyenzo hii bado ni ghali, lakini pia ni rahisi kuhamisha vifaa vya uzalishaji hadi kwenye seli za silikoni. Ikiwa betri ni tofauti kabisa, kiwanda kitalazimika kufanyiwa usanidi mpya kabisa, jambo ambalo litasababisha mvuto wa kubadili kupunguzwa kidogo.
Anodi za silicon hutengenezwa kwa kutibu mchanga ili kutoa silicon safi, lakini tatizo kubwa ambalo watafiti wanakabiliwa nalo kwa sasa ni kwamba anodi za silicon huvimba zinapotumika. Hii inaweza kusababisha betri kuharibika haraka sana. Pia ni vigumu kutengeneza anodi kwa wingi.
Betri ya Grafini
Graphene ni aina ya vipande vya kaboni vinavyotumia nyenzo sawa na penseli, lakini inachukua muda mwingi kuunganisha grafiti kwenye vipande. Graphene inasifiwa kwa utendaji wake bora katika matumizi mengi, na betri ni mojawapo.
Baadhi ya makampuni yanafanya kazi kwenye betri za graphene ambazo zinaweza kuchajiwa kikamilifu kwa dakika chache na kutoa kwa kasi mara 33 kuliko betri za lithiamu-ion. Hii ina thamani kubwa kwa magari ya umeme.
Betri ya povu
Kwa sasa, betri za kitamaduni zina pande mbili. Huwekwa kama betri ya lithiamu au kukunjwa kama betri ya kawaida ya AA au lithiamu-ion.
Betri ya povu ni dhana mpya inayohusisha mwendo wa chaji ya umeme katika nafasi ya 3D.
Muundo huu wa pande tatu unaweza kuharakisha muda wa kuchaji na kuongeza msongamano wa nishati, hizi ni sifa muhimu sana za betri. Ikilinganishwa na betri zingine nyingi, betri za povu hazina elektroliti za kioevu zenye madhara.
Betri za povu hutumia elektroliti ngumu badala ya elektroliti za kioevu. Elektroliti hii haiendeshi ioni za lithiamu tu, bali pia huhami vifaa vingine vya kielektroniki.
Anodi inayoshikilia chaji hasi ya betri imetengenezwa kwa shaba yenye povu na kufunikwa na nyenzo inayotumika inayohitajika.
Kisha elektroliti thabiti hutumika kuzunguka anodi.
Hatimaye, kinachoitwa "chanya" hutumika kujaza mapengo ndani ya betri.
Betri ya Oksidi ya Alumini
Betri hizi zina moja ya msongamano mkubwa zaidi wa nishati kuliko betri yoyote. Nishati yake ni yenye nguvu zaidi na nyepesi kuliko betri za sasa za lithiamu-ion. Baadhi ya watu wanadai kwamba betri hizi zinaweza kutoa kilomita 2,000 za magari ya umeme. Wazo hili ni nini? Kwa marejeleo, umbali wa juu zaidi wa kusafiri kwa Tesla ni kama kilomita 600.
Tatizo la betri hizi ni kwamba haziwezi kuchajiwa. Huzalisha hidroksidi ya alumini na kutoa nishati kupitia mmenyuko wa alumini na oksijeni katika elektroliti inayotokana na maji. Matumizi ya betri hutumia alumini kama anodi.
Betri ya sodiamu
Hivi sasa, wanasayansi wa Kijapani wanafanya kazi katika kutengeneza betri zinazotumia sodiamu badala ya lithiamu.
Hili lingekuwa jambo la kuvuruga, kwani betri za sodiamu kinadharia zina ufanisi mara 7 zaidi kuliko betri za lithiamu. Faida nyingine kubwa ni kwamba sodiamu ni kipengele cha sita tajiri zaidi katika akiba ya dunia, ikilinganishwa na lithiamu, ambayo ni kipengele adimu.
Muda wa chapisho: Desemba-02-2019