Редактор искәрмәсе: Электр технологиясе - яшел җирнең киләчәге, ә батарея технологиясе - электр технологиясенең нигезе һәм электр технологияләренең киң күләмле үсешен чикләү ачкычы. Хәзерге вакытта төп батарея технологиясе - яхшы энергия тыгызлыгына һәм югары нәтиҗәлелеккә ия булган литий-ион батареялары. Ләкин литий - югары бәяле һәм чикләнгән ресурсларлы сирәк элемент. Шул ук вакытта, яңартыла торган энергия чыганакларын куллану арткан саен, литий-ион батареяларының энергия тыгызлыгы җитәрлек түгел. Ничек җавап бирергә? Майанк Джайн киләчәктә кулланылырга мөмкин булган кайбер батарея технологияләрен бәяләде. Оригиналь мәкалә "Батарея технологиясенең киләчәге" дигән исем астында медиумда бастырылган.
Җир энергия белән тулы, һәм без бу энергияне туплау һәм аны файдалы куллану өчен кулдан килгәннең барысын да эшлибез. Яңартыла торган энергиягә күчүдә без яхшырак эш башкарсак та, энергияне саклауда зур алга китешкә ирешмәдек.
Хәзерге вакытта батарея технологиясенең иң югары стандарты - литий-ионлы батареялар. Бу батарея иң яхшы энергия тыгызлыгына, югары нәтиҗәлелеккә (якынча 99%) һәм озын гомерлелеккә ия булып күренә.
Димәк, нәрсә начар? Без алган яңартыла торган энергия күләме үсә барган саен, литий-ион батареяларының энергия тыгызлыгы җитәрлек түгел.
Батареяларны партияләп җитештерүне дәвам итә алганлыктан, бу зур проблема түгел кебек, ләкин проблема шунда ки, литий чагыштырмача сирәк очрый торган металл, шуңа күрә аның бәясе түбән түгел. Батарея җитештерү чыгымнары кими барса да, энергия саклауга ихтыяҗ да тиз арта.
Без литий-ион батареясы җитештерелгәннән соң, аның энергетика тармагына зур йогынты ясаячак ноктага җиттек.
Казылма ягулыкларның югарырак энергия тыгызлыгы - бу факт, һәм бу яңартыла торган энергиягә тулысынча бәйлелеккә күчүгә комачаулый торган зур йогынты ясаучы фактор. Безгә үз авырлыгыбыздан күбрәк энергия чыгара торган батареялар кирәк.
Литий-ион батареялары ничек эшли
Литий батареяларының эш механизмы гадәти AA яки AAA химик батареяларына охшаган. Аларның анод һәм катод терминаллары, һәм алар арасында электролит бар. Гадәти батареялардан аермалы буларак, литий-ион батареясындагы разряд реакциясе кире кайтарыла, шуңа күрә батареяны кат-кат зарядларга мөмкин.
Катод (+ терминал) литий тимер фосфатыннан, анод (-терминал) графиттан, ә графит углеродтан ясалган. Электр энергиясе - ул электроннар агымы гына. Бу батареялар литий ионнарын анод һәм катод арасында күчереп электр энергиясе җитештерә.
Зарядка куелганда, ионнар анодка күчә, ә разрядка куелганда, ионнар катодка таба бара.
Ионнарның бу хәрәкәте схемада электроннарның хәрәкәтенә китерә, шуңа күрә литий ионнары хәрәкәте һәм электроннар хәрәкәте бәйле.
Кремний анод аккумуляторы
BMW кебек күп кенә зур автомобиль компанияләре кремний анодлы батареялар эшләүгә инвестицияләр салалар. Гадәти литий-ионлы батареялар кебек үк, бу батареялар литий анодларын кулланалар, ләкин углеродлы анодлар урынына алар кремний кулланалар.
Анод буларак, кремний графиттан яхшырак, чөнки аңа литийны тоту өчен 4 углерод атомы кирәк, ә 1 кремний атомы 4 литий ионын тота ала. Бу зур яңарту... кремнийны графиттан 3 тапкыр ныграк итә.
Шуңа да карамастан, литий куллану әле дә ике яклы кылыч кебек. Бу материал һаман да кыйммәт, ләкин җитештерү корылмаларын кремний элементларына күчерү дә җиңелрәк. Әгәр батареялар бөтенләй башка булса, заводны тулысынча яңадан эшләргә туры киләчәк, бу исә күчүнең җәлеп итүчәнлеген бераз киметәчәк.
Кремний анодлары комны эшкәртеп, саф кремний алу юлы белән ясала, ләкин хәзерге вакытта тикшеренүчеләр очрашкан иң зур проблема - кремний анодлары кулланылганда шешенүе. Бу батареяның бик тиз таркалуына китерергә мөмкин. Анодларны күпләп җитештерү дә авыр.
Графен батареясы
Графен - карандаш кебек үк материалны кулланган углерод кабырчыгы төре, ләкин графитны кабырчыкларга беркетү күп вакыт таләп итә. Графен күп куллану очракларында бик яхшы эшләве өчен мактала, һәм батареялар шуларның берсе.
Кайбер компанияләр литий-ионлы батареяларга караганда 33 тапкыр тизрәк зарядлана торган һәм берничә минут эчендә тулысынча зарядлана торган графен батареялары өстендә эшлиләр. Бу электромобильләр өчен бик файдалы.
күбек батареясы
Хәзерге вакытта традицион батареялар ике үлчәмле. Алар я литий батареясы кебек өеп куела, я гадәти AA яки литий-ион батареясы кебек төрелә.
Күбек батареясы - электр корылмасының 3D киңлектә хәрәкәтен үз эченә алган яңа концепция.
Бу өч үлчәмле структура зарядка вакытын тизләтә һәм энергия тыгызлыгын арттыра ала, болар батареяның бик мөһим сыйфатлары. Күпчелек башка батареялар белән чагыштырганда, күбекле батареяларда зарарлы сыек электролитлар юк.
Күбекле батареялар сыек электролитлар урынына каты электролитлар кулланалар. Бу электролит литий ионнарын гына үткәрми, ә башка электрон җайланмаларны да изоляцияли.
Батареяның тискәре зарядын тота торган анод күбекләнгән бакырдан ясалган һәм кирәкле актив матдә белән капланган.
Аннары анод тирәли каты электролит кулланыла.
Ниһаять, батарея эчендәге бушлыкларны тутыру өчен "позитив паста" кулланыла.
Алюминий оксиды аккумуляторы
Бу батареяларның энергия тыгызлыгы теләсә нинди батареялар арасында иң зурларының берсенә ия. Аның энергиясе хәзерге литий-ион батареяларына караганда көчлерәк һәм җиңелрәк. Кайбер кешеләр бу батареяларның 2000 километр электромобиль йөртә алуын раслыйлар. Бу нинди концепция? Белешмә өчен, Tesla-ның максималь круиз диапазоны якынча 600 километр.
Бу батареяларның проблемасы шунда ки, аларны зарядлап булмый. Алар алюминий гидроксидын җитештерәләр һәм су нигезендәге электролитта алюминий һәм кислород реакциясе аша энергия бүлеп чыгаралар. Батареялар куллану алюминийны анод буларак куллана.
Натрий батареясы
Хәзерге вакытта япон галимнәре литий урынына натрий куллана торган батареялар ясау өстендә эшлиләр.
Бу бик нык үзгәреш китерер иде, чөнки натрий батареялары теоретик яктан литий батареяларына караганда 7 тапкыр нәтиҗәлерәк. Тагын бер зур өстенлек - натрий җир запасларында алтынчы урында тора, литий сирәк очрый торган элемент белән чагыштырганда.
Бастырылган вакыты: 2019 елның 2 декабре