ბატარეის სამი ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია მომავალი გააძლიეროს

მსოფლიოს სჭირდება მეტი ძალა, სასურველია სუფთა და განახლებადი ფორმით.ჩვენი ენერგიის დაზოგვის სტრატეგიები ამჟამად ჩამოყალიბებულია ლითიუმ-იონური ბატარეებით - ასეთი ტექნოლოგიის უახლესი ზღვარზე - მაგრამ რას შეიძლება ველოდოთ მომავალ წლებში?

დავიწყოთ ბატარეის რამდენიმე საფუძვლებით.ბატარეა არის ერთი ან მეტი უჯრედის შეკვრა, რომელთაგან თითოეულს აქვს დადებითი ელექტროდი (კათოდი), უარყოფითი ელექტროდი (ანოდი), გამყოფი და ელექტროლიტი.ამისთვის სხვადასხვა ქიმიკატებისა და მასალების გამოყენება გავლენას ახდენს ბატარეის თვისებებზე - რამდენ ენერგიას შეუძლია შეინახოს და გამოუშვას, რა სიმძლავრის მიწოდება შეუძლია ან რამდენჯერ შეიძლება მისი განმუხტვა და დატენვა (ასევე უწოდებენ ველოსიპედის სიმძლავრეს).

ბატარეის კომპანიები მუდმივად ატარებენ ექსპერიმენტებს, რათა იპოვონ ქიმია, რომელიც უფრო იაფი, მკვრივი, მსუბუქი და ძლიერია.ჩვენ ვესაუბრეთ პატრიკ ბერნარდს - Saft Research-ის დირექტორს, რომელმაც ახსნა სამი ახალი ბატარეის ტექნოლოგია ტრანსფორმაციული პოტენციალით.

ახალი თაობის ლითიუმ-იონური ბატარეები

Რა არის ეს?

ლითიუმ-იონურ (ლიტიუმ-იონურ) ბატარეებში ენერგიის შენახვა და განთავისუფლება უზრუნველყოფილია ლითიუმის იონების გადაადგილებით დადებითიდან უარყოფით ელექტროდამდე ელექტროლიტის მეშვეობით.ამ ტექნოლოგიაში, დადებითი ელექტროდი მოქმედებს როგორც ლითიუმის საწყისი წყარო, ხოლო უარყოფითი ელექტროდი, როგორც ლითიუმის მასპინძელი.რამდენიმე ქიმია თავმოყრილია ლითიუმ-იონური ბატარეების სახელწოდებით, ათწლეულების შერჩევისა და ოპტიმიზაციის შედეგად, დადებითი და უარყოფითი აქტიური მასალების სრულყოფასთან ახლოს.ლითიირებული ლითონის ოქსიდები ან ფოსფატები ყველაზე გავრცელებული მასალაა, რომელიც გამოიყენება როგორც ამჟამინდელი დადებითი მასალები.უარყოფით მასალად გამოიყენება გრაფიტი, მაგრამ ასევე გრაფიტი/სილიციუმი ან ლითიირებული ტიტანის ოქსიდები.

რეალური მასალებითა და უჯრედების დიზაინით, ლი-იონის ტექნოლოგია სავარაუდოდ მიაღწევს ენერგიის ლიმიტს მომდევნო წლებში.მიუხედავად ამისა, დამღუპველი აქტიური მასალების ახალი ოჯახების ბოლოდროინდელმა აღმოჩენებმა უნდა გახსნას არსებული საზღვრები.ამ ინოვაციურ ნაერთებს შეუძლიათ მეტი ლითიუმის შენახვა დადებით და უარყოფით ელექტროდებში და პირველად საშუალებას მისცემს გააერთიანონ ენერგია და ძალა.გარდა ამისა, ამ ახალ ნაერთებთან ერთად მხედველობაში მიიღება ნედლეულის სიმცირე და კრიტიკულობა.

რა არის მისი უპირატესობები?

დღეს, ყველა თანამედროვე შენახვის ტექნოლოგიას შორის, ლითიუმ-იონური ბატარეის ტექნოლოგია იძლევა ენერგიის სიმკვრივის უმაღლეს დონეს.ისეთი ფუნქციები, როგორიცაა სწრაფი დატენვა ან ტემპერატურის ოპერაციული ფანჯარა (-50°C-დან 125°C-მდე) შეიძლება დაზუსტდეს უჯრედის დიზაინისა და ქიმიის დიდი არჩევანით.გარდა ამისა, ლითიუმ-იონური ბატარეები აჩვენებენ დამატებით უპირატესობებს, როგორიცაა ძალიან დაბალი თვითგამორთვა და ძალიან ხანგრძლივი სიცოცხლისა და ველოსიპედის შესრულება, როგორც წესი, ათასობით დატენვის/განმუხტვის ციკლი.

როდის შეიძლება ველოდოთ მას?

ახალი თაობის მოწინავე ლითიუმ-იონური ბატარეები სავარაუდოდ განლაგდება პირველი თაობის მყარი მდგომარეობის ბატარეებამდე.ისინი იდეალური იქნება ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ენერგიის შენახვის სისტემებიგანახლებადიდა ტრანსპორტი (საზღვაორკინიგზა,ავიაციადა გზის გარეთ მობილურობა) სადაც მაღალი ენერგია, მაღალი სიმძლავრე და უსაფრთხოება სავალდებულოა.

ლითიუმ-გოგირდის ბატარეები

Რა არის ეს?

ლითიუმის იონურ ბატარეებში ლითიუმის იონები ინახება აქტიურ მასალებში, რომლებიც მოქმედებენ როგორც სტაბილური მასპინძელი სტრუქტურები დამუხტვისა და გამორთვის დროს.ლითიუმ-გოგირდის (Li-S) ბატარეებში არ არსებობს მასპინძელი სტრუქტურები.განმუხტვისას ლითიუმის ანოდი მოიხმარება და გოგირდი გარდაიქმნება სხვადასხვა ქიმიურ ნაერთად;დატენვის დროს ხდება საპირისპირო პროცესი.

რა არის მისი უპირატესობები?

Li-S ბატარეა იყენებს ძალიან მსუბუქ აქტიურ მასალებს: გოგირდს დადებით ელექტროდში და მეტალის ლითიუმს, როგორც უარყოფით ელექტროდს.სწორედ ამიტომ არის მისი თეორიული ენერგიის სიმკვრივე არაჩვეულებრივად მაღალი: ოთხჯერ მეტი ლითიუმ-იონის სიმკვრივეზე.ეს ხდის მას კარგ მორგებას საავიაციო და კოსმოსური ინდუსტრიებისთვის.

Saft-მა შეარჩია და უპირატესობა მიანიჭა ყველაზე პერსპექტიულ Li-S ტექნოლოგიას, რომელიც დაფუძნებულია მყარი მდგომარეობის ელექტროლიტზე.ამ ტექნიკურ გზას მოაქვს ენერგიის ძალიან მაღალი სიმკვრივე, ხანგრძლივი სიცოცხლე და გადალახავს თხევადზე დაფუძნებული Li-S-ის ძირითად ნაკლოვანებებს (შეზღუდული სიცოცხლე, მაღალი თვითგამორთვა, ...).

გარდა ამისა, ეს ტექნოლოგია ავსებს მყარი მდგომარეობის ლითიუმ-იონს მისი უმაღლესი გრავიმეტრიული ენერგიის სიმკვრივის წყალობით (+30% სასწორი Wh/kg).

როდის შეიძლება ველოდოთ მას?

ძირითადი ტექნოლოგიური ბარიერები უკვე გადალახულია და სიმწიფის დონე ძალიან სწრაფად პროგრესირებს სრულმასშტაბიანი პროტოტიპებისკენ.

აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ ბატარეის ხანგრძლივ მუშაობას, ეს ტექნოლოგია, სავარაუდოდ, მიაღწევს ბაზარზე მხოლოდ მყარი მდგომარეობის ლითიუმ-იონის შემდეგ.

მყარი მდგომარეობის ბატარეები

Რა არის ეს?

მყარი მდგომარეობის ბატარეები წარმოადგენენ პარადიგმის ცვლილებას ტექნოლოგიის თვალსაზრისით.თანამედროვე li-ion ბატარეებში, იონები გადადიან ერთი ელექტროდიდან მეორეზე თხევადი ელექტროლიტის გავლით (ასევე უწოდებენ იონურ გამტარობას).მთლიანად მყარი მდგომარეობის ბატარეებში თხევადი ელექტროლიტი იცვლება მყარი ნაერთით, რომელიც, მიუხედავად ამისა, საშუალებას აძლევს ლითიუმის იონებს გადაადგილდეს მასში.ეს კონცეფცია შორს არის სიახლისგან, მაგრამ ბოლო 10 წლის განმავლობაში - მსოფლიო მასშტაბით ინტენსიური კვლევის წყალობით - აღმოჩენილია მყარი ელექტროლიტების ახალი ოჯახები ძალიან მაღალი იონური გამტარობით, თხევადი ელექტროლიტის მსგავსი, რაც ამ კონკრეტული ტექნოლოგიური ბარიერის გადალახვის საშუალებას იძლევა.

დღეს,საფტიკვლევისა და განვითარების ძალისხმევა ფოკუსირებულია მასალის 2 ძირითად ტიპზე: პოლიმერები და არაორგანული ნაერთები, რომლებიც მიზნად ისახავს ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების სინერგიას, როგორიცაა დამუშავება, სტაბილურობა, გამტარობა…

რა არის მისი უპირატესობები?

პირველი უზარმაზარი უპირატესობა არის უსაფრთხოების შესამჩნევი გაუმჯობესება უჯრედისა და ბატარეის დონეზე: მყარი ელექტროლიტები არ არის აალებადი გაცხელებისას, განსხვავებით მათი თხევადი კოლეგებისგან.მეორეც, ის იძლევა ინოვაციური, მაღალი ძაბვის მაღალი სიმძლავრის მასალების გამოყენებას, რაც უზრუნველყოფს უფრო მკვრივ, მსუბუქ ბატარეებს უკეთესი შენახვის ვადა შემცირებული თვითგამორთვის შედეგად.უფრო მეტიც, სისტემის დონეზე, მას მოუტანს დამატებითი უპირატესობები, როგორიცაა გამარტივებული მექანიკა, ასევე თერმული და უსაფრთხოების მართვა.

იმის გამო, რომ ბატარეებს შეუძლიათ გამოიჩინონ მაღალი სიმძლავრე-წონის თანაფარდობა, ისინი შეიძლება იყოს იდეალური ელექტრო მანქანებში გამოსაყენებლად.

როდის შეიძლება ველოდოთ მას?

ტექნოლოგიური პროგრესის გაგრძელებისას, სავარაუდოდ, ბაზარზე გამოვა რამდენიმე სახის სრულიად მყარი ბატარეები.პირველი იქნება მყარი მდგომარეობის ბატარეები გრაფიტზე დაფუძნებული ანოდებით, რაც გააუმჯობესებს ენერგოეფექტურობას და უსაფრთხოებას.დროთა განმავლობაში, უფრო მსუბუქი მყარი ბატარეის ტექნოლოგიები მეტალის ლითიუმის ანოდის გამოყენებით კომერციულად ხელმისაწვდომი გახდება.