Teknolojia tatu za betri zinazoweza kuwasha siku zijazo

Ulimwengu unahitaji nguvu zaidi, ikiwezekana katika mfumo safi na unaoweza kufanywa upya.Mikakati yetu ya kuhifadhi nishati kwa sasa inaundwa na betri za lithiamu-ioni - katika makali ya teknolojia kama hiyo - lakini tunaweza kutazamia nini katika miaka ijayo?

Hebu tuanze na baadhi ya misingi ya betri.Betri ni pakiti ya seli moja au zaidi, ambayo kila moja ina electrode chanya (cathode), electrode hasi (anode), separator na electrolyte.Kutumia kemikali na nyenzo tofauti kwa haya huathiri sifa za betri - ni nishati ngapi inaweza kuhifadhi na kutoa, ni nguvu ngapi inaweza kutoa au idadi ya mara ambayo inaweza kutolewa na kuchajiwa tena (pia huitwa uwezo wa baiskeli).

Makampuni ya betri yanajaribu mara kwa mara kupata kemia ambazo ni za bei nafuu, mnene, nyepesi na zenye nguvu zaidi.Tulizungumza na Patrick Bernard - Mkurugenzi wa Utafiti wa Saft, ambaye alielezea teknolojia tatu mpya za betri na uwezo wa kubadilisha.

BETRI ZA LITHIUM-ION YA KIZAZI KIPYA

Ni nini?

Katika betri za lithiamu-ion (li-ion), uhifadhi wa nishati na kutolewa hutolewa na harakati ya ioni za lithiamu kutoka kwa chanya hadi electrode hasi na kurudi kupitia elektroliti.Katika teknolojia hii, elektrodi chanya hufanya kama chanzo cha awali cha lithiamu na elektrodi hasi kama mwenyeji wa lithiamu.Kemia kadhaa zimekusanywa chini ya jina la betri za li-ion, kama matokeo ya miongo kadhaa ya uteuzi na uboreshaji karibu na ukamilifu wa nyenzo chanya na hasi hai.Oksidi za metali zisizo na rangi au fosfeti ndizo nyenzo zinazotumika zaidi kama nyenzo chanya za sasa.Grafiti, lakini pia grafiti/silicon au oksidi za lithiati za titani hutumiwa kama nyenzo hasi.

Kwa nyenzo halisi na miundo ya seli, teknolojia ya li-ion inatarajiwa kufikia kikomo cha nishati katika miaka ijayo.Hata hivyo, ugunduzi wa hivi majuzi wa familia mpya za nyenzo amilifu zinazosumbua unapaswa kufungua kikomo cha sasa.Misombo hii ya ubunifu inaweza kuhifadhi lithiamu zaidi katika electrodes chanya na hasi na itaruhusu kwa mara ya kwanza kuchanganya nishati na nguvu.Kwa kuongeza, pamoja na misombo hii mpya, uhaba na umuhimu wa malighafi pia huzingatiwa.

Faida zake ni zipi?

Leo, kati ya teknolojia zote za kisasa za kuhifadhi, teknolojia ya betri ya li-ion inaruhusu kiwango cha juu cha wiani wa nishati.Utendaji kama vile malipo ya haraka au dirisha la uendeshaji wa halijoto (-50°C hadi 125°C) unaweza kusasishwa kwa chaguo kubwa la muundo wa seli na kemia.Zaidi ya hayo, betri za li-ion huonyesha manufaa ya ziada kama vile kutokuchaji kidogo sana na utendakazi wa muda mrefu wa maisha na kuendesha baiskeli, kwa kawaida maelfu ya mizunguko ya kuchaji/kuchaji.

Ni wakati gani tunaweza kutarajia?

Kizazi kipya cha betri za hali ya juu za li-ion zinatarajiwa kutumwa kabla ya kizazi cha kwanza cha betri za hali thabiti.Zitakuwa bora kwa matumizi katika programu kama vile Mifumo ya Kuhifadhi Nishati kwazinazoweza kufanywa upyana usafiri (baharini, reli,angana uhamaji wa barabarani) ambapo nishati ya juu, nguvu nyingi na usalama ni lazima.

BETRI ZA LITHIUM-SALFU

Ni nini?

Katika betri za li-ioni, ioni za lithiamu huhifadhiwa katika nyenzo amilifu zinazofanya kazi kama miundo thabiti ya mwenyeji wakati wa malipo na kutokwa.Katika betri za lithiamu-sulfuri (Li-S), hakuna miundo ya jeshi.Wakati wa kutoa, anode ya lithiamu hutumiwa na sulfuri kubadilishwa kuwa aina mbalimbali za misombo ya kemikali;wakati wa malipo, mchakato wa reverse unafanyika.

Faida zake ni zipi?

Betri ya Li-S hutumia nyenzo amilifu nyepesi sana: salfa katika elektrodi chanya na lithiamu ya metali kama elektrodi hasi.Hii ndiyo sababu msongamano wake wa nishati ya kinadharia ni wa juu sana: mara nne zaidi kuliko ile ya lithiamu-ion.Hiyo inafanya kuwa inafaa kwa tasnia ya anga na anga.

Saft imechagua na kupendelea teknolojia ya Li-S inayoahidi zaidi kulingana na elektroliti ya hali dhabiti.Njia hii ya kiufundi huleta msongamano mkubwa wa nishati, maisha marefu na inashinda shida kuu za Li-S ya kioevu (maisha mafupi, kutokwa kwa juu, ...).

Zaidi ya hayo, teknolojia hii ni ya ziada kwa hali dhabiti ya lithiamu-ioni kutokana na msongamano wake wa juu wa nishati ya mvuto (+30% iko hatarini katika Wh/kg).

Ni wakati gani tunaweza kutarajia?

Vizuizi vikuu vya teknolojia tayari vimeshashindwa na kiwango cha ukomavu kinaendelea haraka sana kuelekea mifano kamili ya kiwango.

Kwa programu zinazohitaji maisha marefu ya betri, teknolojia hii inatarajiwa kufikia soko baada tu ya hali dhabiti ya lithiamu-ion.

BETRI ZA HALI IMARA

Ni nini?

Betri za hali imara zinawakilisha mabadiliko ya dhana katika suala la teknolojia.Katika betri za kisasa za li-ioni, ayoni husogea kutoka elektrodi moja hadi nyingine kupitia elektroliti kioevu (pia huitwa upitishaji wa ionic).Katika betri za hali zote, elektroliti ya kioevu inabadilishwa na kiwanja kigumu ambacho hata hivyo huruhusu ioni za lithiamu kuhamia ndani yake.Dhana hii ni mbali na mpya, lakini katika kipindi cha miaka 10 iliyopita - kutokana na utafiti wa kina duniani kote - familia mpya za elektroliti imara zimegunduliwa na conductivity ya juu sana ya ioni, sawa na elektroliti ya kioevu, kuruhusu kizuizi hiki cha kiteknolojia kushinda.

Leo,SaftJitihada za Utafiti na Maendeleo zinazingatia aina 2 kuu za nyenzo: polima na misombo ya isokaboni, inayolenga maingiliano ya sifa za kemikali ya fizikia kama vile uchakataji, uthabiti, upitishaji ...

Faida zake ni zipi?

Faida kubwa ya kwanza ni uboreshaji mkubwa wa usalama katika viwango vya seli na betri: elektroliti thabiti haziwezi kuwaka inapokanzwa, tofauti na wenzao wa kioevu.Pili, inaruhusu matumizi ya vifaa vya ubunifu, vya juu-voltage, vinavyowezesha betri mnene, nyepesi na maisha bora ya rafu kama matokeo ya kupungua kwa kutokwa kwa kibinafsi.Zaidi ya hayo, katika kiwango cha mfumo, italeta faida za ziada kama vile mechanics iliyorahisishwa na usimamizi wa joto na usalama.

Kwa vile betri zinaweza kuonyesha uwiano wa juu wa nguvu kwa uzito, zinaweza kuwa bora kwa matumizi ya magari ya umeme.

Ni wakati gani tunaweza kutarajia?

Aina kadhaa za betri za serikali dhabiti zinaweza kuja sokoni kadri maendeleo ya kiteknolojia yanavyoendelea.Ya kwanza itakuwa betri za hali dhabiti zilizo na anodi zenye msingi wa grafiti, na kuleta utendakazi bora wa nishati na usalama.Baada ya muda, teknolojia ya betri ya hali dhabiti nyepesi inayotumia anodi ya lithiamu ya metali inapaswa kupatikana kibiashara.