Tala ng editor: Ang teknolohiyang elektrikal ang kinabukasan ng berdeng mundo, at ang teknolohiya ng baterya ang pundasyon ng teknolohiyang elektrikal at ang susi sa paghihigpit sa malawakang pag-unlad ng teknolohiyang elektrikal. Ang kasalukuyang pangunahing teknolohiya ng baterya ay ang mga bateryang lithium-ion, na may mahusay na densidad ng enerhiya at mataas na kahusayan. Gayunpaman, ang lithium ay isang bihirang elemento na may mataas na gastos at limitadong mga mapagkukunan. Kasabay nito, habang lumalaki ang paggamit ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya, ang densidad ng enerhiya ng mga bateryang lithium-ion ay hindi na sapat. Paano tumugon? Sinuri ni Mayank Jain ang ilang mga teknolohiya ng baterya na maaaring gamitin sa hinaharap. Ang orihinal na artikulo ay inilathala sa medium na may pamagat na: Ang Kinabukasan ng Teknolohiya ng Baterya
Ang mundo ay puno ng enerhiya, at ginagawa natin ang lahat ng ating makakaya upang makuha at magamit nang maayos ang enerhiyang iyon. Bagama't mas mahusay ang ating nagawa sa paglipat sa renewable energy, wala pa tayong gaanong nagagawang pag-unlad sa pag-iimbak ng enerhiya.
Sa kasalukuyan, ang pinakamataas na pamantayan ng teknolohiya ng baterya ay ang mga bateryang lithium-ion. Ang bateryang ito ay tila may pinakamahusay na densidad ng enerhiya, mataas na kahusayan (mga 99%), at mahabang buhay.
Kaya ano ang problema? Habang patuloy na lumalaki ang nakukunan nating renewable energy, hindi na sapat ang energy density ng mga lithium-ion batteries.
Dahil maaari tayong patuloy na gumawa ng mga baterya nang maramihan, tila hindi ito isang malaking problema, ngunit ang problema ay ang lithium ay isang medyo bihirang metal, kaya hindi mababa ang halaga nito. Bagama't bumababa ang mga gastos sa produksyon ng baterya, ang pangangailangan para sa imbakan ng enerhiya ay mabilis ding tumataas.
Narating na natin ang punto kung saan kapag naigawa na ang lithium ion battery, magkakaroon na ito ng malaking epekto sa industriya ng enerhiya.
Ang mas mataas na densidad ng enerhiya ng mga fossil fuel ay isang katotohanan, at ito ay isang malaking salik na nakakaimpluwensya na humahadlang sa paglipat sa ganap na pagdepende sa renewable energy. Kailangan natin ng mga baterya na naglalabas ng mas maraming enerhiya kaysa sa ating timbang.
Paano gumagana ang mga baterya ng lithium-ion
Ang mekanismo ng paggana ng mga bateryang lithium ay katulad ng mga ordinaryong bateryang kemikal na AA o AAA. Mayroon silang mga terminal na anode at cathode, at isang electrolyte sa pagitan. Hindi tulad ng mga ordinaryong baterya, ang reaksyon ng paglabas sa isang bateryang lithium-ion ay nababaligtad, kaya ang baterya ay maaaring paulit-ulit na ma-recharge.
Ang cathode (+ terminal) ay gawa sa lithium iron phosphate, ang anode (-terminal) ay gawa sa graphite, at ang graphite ay gawa sa carbon. Ang kuryente ay ang daloy lamang ng mga electron. Ang mga bateryang ito ay bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng paggalaw ng mga lithium ion sa pagitan ng anode at cathode.
Kapag naka-charge, ang mga ion ay lumilipat sa anode, at kapag pinalabas, ang mga ion ay tumatakbo patungo sa cathode.
Ang paggalaw na ito ng mga ion ay nagdudulot ng paggalaw ng mga electron sa circuit, kaya magkaugnay ang paggalaw ng lithium ion at ang paggalaw ng electron.
Baterya ng silikon anode
Maraming malalaking kompanya ng sasakyan tulad ng BMW ang namumuhunan sa pagpapaunlad ng mga bateryang silicon anode. Tulad ng mga ordinaryong bateryang lithium-ion, ang mga bateryang ito ay gumagamit ng mga lithium anode, ngunit sa halip na mga carbon-based anode, silicon ang ginagamit nila.
Bilang isang anode, ang silicon ay mas mainam kaysa sa graphite dahil nangangailangan ito ng 4 na carbon atoms upang humawak ng lithium, at ang 1 silicon atom ay kayang humawak ng 4 na lithium ions. Ito ay isang malaking pag-upgrade... na ginagawang 3 beses na mas malakas ang silicon kaysa sa graphite.
Gayunpaman, ang paggamit ng lithium ay isang tabak na may dalawang talim pa rin. Mahal pa rin ang materyal na ito, ngunit mas madali ring ilipat ang mga pasilidad ng produksyon sa mga silicon cell. Kung ang mga baterya ay ganap na naiiba, ang pabrika ay kailangang ganap na muling idisenyo, na magiging sanhi ng bahagyang pagbawas ng pagiging kaakit-akit ng paglipat.
Ang mga silicon anode ay ginagawa sa pamamagitan ng pagproseso ng buhangin upang makagawa ng purong silicon, ngunit ang pinakamalaking problemang kinakaharap ng mga mananaliksik sa kasalukuyan ay ang pamamaga ng mga silicon anode kapag ginamit. Maaari itong maging sanhi ng mabilis na pagkasira ng baterya. Mahirap din ang paggawa ng mga anode nang maramihan.
Baterya ng graphene
Ang graphene ay isang uri ng carbon flake na gumagamit ng parehong materyal gaya ng lapis, ngunit matagal ang pagkabit ng graphite sa mga flake. Pinupuri ang graphene dahil sa mahusay nitong pagganap sa maraming pagkakataon ng paggamit, at isa na rito ang mga baterya.
Ang ilang mga kumpanya ay gumagawa ng mga bateryang graphene na maaaring ganap na ma-charge sa loob ng ilang minuto at mag-discharge nang 33 beses na mas mabilis kaysa sa mga bateryang lithium-ion. Malaking tulong ito para sa mga de-kuryenteng sasakyan.
Baterya ng bula
Sa kasalukuyan, ang mga tradisyunal na baterya ay two-dimensional. Ang mga ito ay maaaring naka-stack tulad ng lithium battery o naka-roll tulad ng karaniwang AA o lithium-ion battery.
Ang foam battery ay isang bagong konsepto na nagsasangkot ng paggalaw ng electric charge sa 3D space.
Ang 3-dimensional na istrukturang ito ay maaaring mapabilis ang oras ng pag-charge at mapataas ang densidad ng enerhiya, ito ang mga napakahalagang katangian ng baterya. Kung ikukumpara sa karamihan ng ibang mga baterya, ang mga foam na baterya ay walang mapaminsalang likidong electrolyte.
Ang mga bateryang foam ay gumagamit ng mga solidong electrolyte sa halip na mga likidong electrolyte. Ang electrolyte na ito ay hindi lamang nagsasagawa ng mga lithium ion, kundi nag-iinsulate rin ng iba pang mga elektronikong aparato.
Ang anode na humahawak ng negatibong karga ng baterya ay gawa sa foamed copper at pinahiran ng kinakailangang aktibong materyal.
Pagkatapos ay inilalapat ang isang solidong electrolyte sa paligid ng anode.
Panghuli, ang tinatawag na "positive paste" ay ginagamit upang punan ang mga puwang sa loob ng baterya.
Baterya ng Aluminyo Oksido
Ang mga bateryang ito ay may isa sa pinakamalaking densidad ng enerhiya kumpara sa anumang baterya. Ang enerhiya nito ay mas malakas at mas magaan kaysa sa kasalukuyang mga bateryang lithium-ion. May mga nagsasabing ang mga bateryang ito ay kayang magbigay ng 2,000 kilometro ng mga de-kuryenteng sasakyan. Ano ang konseptong ito? Bilang sanggunian, ang pinakamataas na cruising range ng Tesla ay humigit-kumulang 600 kilometro.
Ang problema sa mga bateryang ito ay hindi sila maaaring i-charge. Gumagawa ang mga ito ng aluminum hydroxide at naglalabas ng enerhiya sa pamamagitan ng reaksyon ng aluminum at oxygen sa isang electrolyte na nakabase sa tubig. Ang paggamit ng mga baterya ay kumokonsumo ng aluminum bilang anode.
Baterya ng sodium
Sa kasalukuyan, ang mga siyentipikong Hapones ay nagtatrabaho sa paggawa ng mga baterya na gumagamit ng sodium sa halip na lithium.
Magiging nakakagambala ito, dahil ang mga bateryang sodium ay teoretikal na 7 beses na mas mahusay kaysa sa mga bateryang lithium. Isa pang malaking bentahe ay ang sodium ang pang-anim na pinakamayamang elemento sa mga reserba ng mundo, kumpara sa lithium, na isang bihirang elemento.
Oras ng pag-post: Disyembre 02, 2019