Muharrir eslatmasi: Elektr texnologiyasi yashil Yerning kelajagi bo'lib, batareya texnologiyasi elektr texnologiyasining asosi va elektr texnologiyasining keng ko'lamli rivojlanishini cheklashning kalitidir. Hozirgi kunda asosiy batareya texnologiyasi yaxshi energiya zichligi va yuqori samaradorlikka ega bo'lgan lityum-ion batareyalardir. Biroq, lityum yuqori narxga va cheklangan resurslarga ega noyob elementdir. Shu bilan birga, qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish o'sib borishi bilan lityum-ion batareyalarning energiya zichligi endi yetarli emas. Qanday javob berish kerak? Mayank Jain kelajakda ishlatilishi mumkin bo'lgan ba'zi batareya texnologiyalarini ko'rib chiqdi. Asl maqola mediada "Batareya texnologiyasining kelajagi" sarlavhasi ostida chop etilgan.
Yer energiyaga to'la va biz bu energiyani to'plash va undan samarali foydalanish uchun qo'limizdan kelgan barcha ishni qilyapmiz. Qayta tiklanadigan energiyaga o'tishda yaxshiroq ish qilgan bo'lsak-da, energiyani saqlashda katta yutuqlarga erisha olmadik.
Hozirgi vaqtda batareya texnologiyasining eng yuqori standarti lityum-ion batareyalardir. Ushbu batareya eng yaxshi energiya zichligi, yuqori samaradorlik (taxminan 99%) va uzoq umrga ega ko'rinadi.
Xo'sh, nima bo'ldi? Biz egallab olgan qayta tiklanadigan energiya o'sishda davom etar ekan, lityum-ion batareyalarning energiya zichligi endi yetarli emas.
Batareyalarni partiyalar bilan ishlab chiqarishni davom ettirishimiz mumkinligi sababli, bu katta muammo emasdek tuyuladi, ammo muammo shundaki, lityum nisbatan noyob metall, shuning uchun uning narxi past emas. Batareya ishlab chiqarish xarajatlari pasayib borayotgan bo'lsa-da, energiyani saqlashga ehtiyoj ham tez sur'atlar bilan ortib bormoqda.
Biz lityum-ion batareyasi ishlab chiqarilgandan so'ng, u energetika sanoatiga katta ta'sir ko'rsatadigan nuqtaga yetdik.
Qazilma yoqilg'ilarning yuqori energiya zichligi haqiqatdir va bu qayta tiklanadigan energiyaga to'liq qaramlikka o'tishga to'sqinlik qiluvchi katta ta'sir ko'rsatuvchi omil hisoblanadi. Bizga o'z vaznimizdan ko'ra ko'proq energiya chiqaradigan batareyalar kerak.
Lityum-ion batareyalar qanday ishlaydi
Lityum batareyalarning ishlash mexanizmi oddiy AA yoki AAA kimyoviy batareyalariga o'xshaydi. Ular anod va katod terminallariga, shuningdek, ular orasida elektrolitga ega. Oddiy batareyalardan farqli o'laroq, lityum-ion batareyadagi zaryadsizlanish reaksiyasi qaytariladi, shuning uchun batareyani qayta-qayta zaryadlash mumkin.
Katod (+ terminal) lityum temir fosfatdan, anod (-terminal) grafitdan va grafit ugleroddan yasalgan. Elektr energiyasi shunchaki elektronlar oqimidir. Bu batareyalar lityum ionlarini anod va katod o'rtasida harakatlantirish orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradi.
Zaryadlanganda ionlar anodga o'tadi va zaryadsizlanganda ionlar katodga o'tadi.
Ionlarning bu harakati elektronlarning elektronlar harakatiga sabab bo'ladi, shuning uchun lityum ionlarining harakati va elektronlarning harakati bog'liq.
Silikon anod batareyasi
BMW kabi ko'plab yirik avtomobil kompaniyalari kremniy anodli batareyalarni ishlab chiqishga sarmoya kiritmoqdalar. Oddiy lityum-ion batareyalar singari, bu batareyalar ham lityum anodlardan foydalanadi, ammo uglerodga asoslangan anodlar o'rniga ular kremniydan foydalanadilar.
Anod sifatida kremniy grafitdan yaxshiroq, chunki u lityumni ushlab turish uchun 4 ta uglerod atomini talab qiladi va 1 ta kremniy atomi 4 ta lityum ionini ushlab turishi mumkin. Bu katta yangilanishdir... kremniyni grafitdan 3 baravar kuchliroq qiladi.
Shunga qaramay, lityumdan foydalanish hali ham ikki qirrali qilichdir. Bu material hali ham qimmat, ammo ishlab chiqarish quvvatlarini kremniy batareyalariga o'tkazish ham osonroq. Agar batareyalar butunlay boshqacha bo'lsa, zavodni butunlay qayta loyihalashtirish kerak bo'ladi, bu esa almashtirishning jozibadorligini biroz pasaytiradi.
Kremniy anodlari qumni qayta ishlash orqali sof kremniy ishlab chiqarish orqali tayyorlanadi, ammo tadqiqotchilar hozirda duch kelayotgan eng katta muammo shundaki, kremniy anodlari ishlatilganda shishadi. Bu batareyaning juda tez parchalanishiga olib kelishi mumkin. Anodlarni ommaviy ishlab chiqarish ham qiyin.
Grafen batareyasi
Grafen - bu qalam bilan bir xil materialdan foydalanadigan uglerod parchasi turi, ammo grafitni parchalarga yopishtirish uchun ko'p vaqt talab etiladi. Grafen ko'p hollarda ajoyib ishlashi uchun maqtovga sazovor va batareyalar ulardan biridir.
Ba'zi kompaniyalar lityum-ion batareyalarga qaraganda bir necha daqiqada to'liq zaryadlanadigan va 33 baravar tezroq zaryadsizlanadigan grafen batareyalar ustida ishlamoqda. Bu elektr transport vositalari uchun juda foydali.
Ko'pikli batareya
Hozirgi vaqtda an'anaviy batareyalar ikki o'lchovli bo'lib, ular lityum batareya kabi yig'iladi yoki odatiy AA yoki lityum-ion batareya kabi o'raladi.
Ko'pikli batareya - bu elektr zaryadining 3D fazoda harakatlanishini o'z ichiga olgan yangi kontseptsiya.
Ushbu 3 o'lchovli struktura zaryadlash vaqtini tezlashtirishi va energiya zichligini oshirishi mumkin, bu batareyaning juda muhim xususiyatlari. Ko'pgina boshqa batareyalar bilan solishtirganda, ko'pikli batareyalarda zararli suyuq elektrolitlar yo'q.
Ko'pikli batareyalar suyuq elektrolitlar o'rniga qattiq elektrolitlardan foydalanadi. Bu elektrolit nafaqat lityum ionlarini o'tkazadi, balki boshqa elektron qurilmalarni ham izolyatsiya qiladi.
Batareyaning manfiy zaryadini ushlab turuvchi anod ko'pikli misdan yasalgan va kerakli faol modda bilan qoplangan.
Keyin anod atrofida qattiq elektrolit qo'llaniladi.
Nihoyat, batareya ichidagi bo'shliqlarni to'ldirish uchun "musbat pasta" deb ataladigan narsa ishlatiladi.
Alyuminiy oksidi batareyasi
Bu batareyalar har qanday batareyalar orasida eng katta energiya zichligiga ega. Uning energiyasi hozirgi lityum-ion batareyalarga qaraganda kuchliroq va yengilroq. Ba'zi odamlar bu batareyalar 2000 kilometr elektr transport vositalarini ta'minlay olishini ta'kidlaydilar. Bu kontseptsiya nima? Ma'lumot uchun, Teslaning maksimal kruiz masofasi taxminan 600 kilometrni tashkil qiladi.
Bu batareyalarning muammosi shundaki, ularni zaryadlab bo'lmaydi. Ular alyuminiy gidroksidini ishlab chiqaradi va suvga asoslangan elektrolitda alyuminiy va kislorod reaksiyasi orqali energiya ajratadi. Batareyalardan foydalanish alyuminiyni anod sifatida iste'mol qiladi.
Natriy batareyasi
Hozirda yapon olimlari lityum o'rniga natriydan foydalanadigan batareyalar yaratish ustida ishlamoqda.
Bu buzg'unchi bo'lar edi, chunki natriy batareyalari nazariy jihatdan lityum batareyalariga qaraganda 7 baravar samaraliroq. Yana bir katta afzallik shundaki, natriy noyob element bo'lgan lityumga nisbatan Yer zaxiralari bo'yicha oltinchi eng boy element hisoblanadi.
Joylashtirilgan vaqt: 2019-yil 2-dekabr