Nenorite baterijų iš akmenų? Ar mūsų laukia nauja revoliucija įkraunamų baterijų srityje? Apie visa tai šiandien.
Visame pasaulyje jau seniai vyksta lenktynės dėl didžiausio įmanomo vadinamosios žaliosios energijos efektyvumo. Atsinaujinantys energijos šaltiniai, neišskiriantys į atmosferą šiltnamio efektą sukeliančių dujų, yra mūsų civilizacijos ateitis, kuria niekas neabejoja. Tai jau ne tik svajonė, bet ir dienos poreikis. Mokslininkai vis dažniau skambina pavojaus varpais, ragina taupyti elektros energiją ir stengtis kuo efektyviau naudoti elektros prietaisus.
Taip pat įdomu: Apžvalga Motorola 40 kraštas: tas pats „viršus už pinigus“
Ličio jonų baterijos nebėra tokios efektyvios
Dauguma įrenginių veikia su baterijomis arba baterijos, nuo senų „Walkman“ grotuvų iki naujausių išmaniųjų telefonų ar elektromobilių, pagrįstų ličio jonų technologijomis (Li-ion). Jie jau daug metų naudojami daugumoje elektros prietaisų ir technologinių prietaisų, nors ir nėra itin taupūs energiją ir ilgaamžiai. Be to, jų šalinimas laikui bėgant tampa tikra mūsų aplinkos ekologinės padėties problema.
Ličio jonų akumuliatoriai dedami beveik visur, nes jie yra pigūs ir pasižymi dideliu našumu. Kadangi per pastarąjį dešimtmetį šių baterijų kaina labai sumažėjo, jos tampa perspektyviausia alternatyva ilgalaikiam naudojimui vien dėl didžiulės jų gausos. Šiandien šios baterijos pasiekė mažą kainą ir padidino energijos tankį ne dėl technologinių proveržių, bet dėl paprasto ir nuolatinio gamybos metodų, įrankių ir efektyvumo inžinerinio optimizavimo.
Tačiau tobulėjant naujiems elektros gamybos metodams ir technologijoms, didėja efektyvių jos saugojimo būdų paklausa. Mažu mastu dėl to problemų nekyla – sprendimas yra įvairių tipų baterijos ir akumuliatoriai, kurie yra toks pat akivaizdus realybės elementas kaip ir pati elektra.
Jie naudojami telefonams maitinti, įvairiems apšvietimams, kadaise jų prireikė naudoti žibintuvėlių ar muzikos grotuvų, nors visa tai dabar yra mūsų išmaniuosiuose telefonuose. Bet kaip sukaupti energiją, reikalingą visam namų ūkiui maitinti? Pasirodo, baterijos gali praversti ir šiuo atveju. Žinoma, kalbame ne apie parduotuvėse parduodamus populiarių „pirštų“ tipo baterijas, o apie visiškai naujus įrenginius, kurie savaime yra jaudinantys inžineriniai pasiekimai.
Jau seniai vykdomi tyrimai, siekiant sukurti naujas baterijas, kurios savo našumu, kaina ir ilgaamžiškumu galėtų konkuruoti su ličio jonų baterijomis.
Daugelis šių naujų technologijų nėra visiškai naujos. Iš esmės jie veikia panašiai kaip ličio jonų baterijos, tačiau naudoja skirtingas medžiagas. Štai keletas įdomiausių technologijų, kurios netrukus gali pakeisti energijos kaupimo sritį, pavyzdžių.
Taip pat skaitykite: 7 šauniausi „ChatGPT“ naudojimo būdai
Kietojo kūno akumuliatoriai
Šio tipo baterijose, skirtingai nuo kitų, naudojami ne skysti ar geliniai elektrolitai, o kietos formos. Tokie elektrolitai dažniausiai būna keramikos, stiklo, polimerų arba sulfitų pavidalo. Kietojo kūno akumuliatoriai yra efektyvesni, nes tiekia daugiau energijos tų pačių matmenų kaip ir ličio jonų baterijos. Jie turi didelį potencialą, ypač elektrinių transporto priemonių varymo srityje.
Kietojo kūno akumuliatorius gali išspręsti daugumą aukščiau išvardytų problemų, susijusių su šiuolaikinėmis ličio jonų baterijomis. Stiklinio kietojo kūno akumuliatoriaus energijos tankis gali būti tris kartus didesnis, naudojant šarminio metalo (ličio, natrio arba kalio) anodą, kuris padidina katodo energijos tankį ir užtikrina ilgą tarnavimo laiką. Kietas elektrolitas laikomas nedegiu arba bent jau atspariu savaiminiam užsidegimui. Kietojo kūno baterijų nedegumas taip pat sumažina perkaitimo riziką, todėl elementus galima sandariau supakuoti, taip padidinant konstrukcijos lankstumą ir tūrinį tankį.
Didelės viltys į šias baterijas siejamos su tuo, kad jos gali tarnauti daug ilgiau. Ir tai yra didelis pliusas šiuolaikiniame pasaulyje.
Tačiau šiuo metu kietojo kūno baterijų technologinis pasirengimas yra žemas, o pagrindiniai tyrimai vis dar vyksta, todėl kyla netikrumo ir susirūpinimo dėl didelių gamybos sąnaudų ir mastelio. Taip pat iššūkis yra įtraukti kietus elektrolitus į procesą, kuris būtų suderinamas su šiuolaikine gamybos praktika, kuris neturėtų turėti įtakos galutinio produkto ilgaamžiškumui ar kainai ir, be to, būtų naudingas, pavyzdžiui, geresnis energijos ir galios tankis, didesnis saugumas, ir didesnis pralaidumas..
Taip pat skaitykite: Išbandžiau ir apklausiau Bing pokalbių robotą
Ličio sieros akumuliatoriai
Ličio sieros (Li-S) akumuliatoriai (nepainioti su „ličio siera“ – šias amžinas baterijas kursto ukrainiečių ginčai) pradėtos kurti ir tyrinėti nuo praėjusio amžiaus 60-ųjų kaip efektyvus prietaisas energijos kaupimas naudojant grįžtamąsias elektrochemines reakcijas. Nepaisant spartaus ličio jonų baterijų (LIB) technologijos vystymosi ir komercializavimo, per ateinančius dešimtmečius ličio jonų baterijų esminius techninius iššūkius nebuvo pasiekta. Todėl 2000-aisiais Li-S baterijos susigrąžino didelį kūrėjų susidomėjimą dėl savo pranašumų – mažos kainos ir didelės teorinės specifinės energijos. Šie rodikliai beveik 3 kartus viršija dabartinių ličio jonų baterijų charakteristikas. Dėl mažos kainos ir didelio sieros (t. y. aktyvaus katodo medžiagos) kiekio ličio-sieros baterijos yra patrauklesnės nei ličio jonų baterijos, atsižvelgiant į tai, kad pastarosiose katodų gamyboje naudojamos svarbios medžiagos, tokios kaip kobaltas ir nikelis.
O ličio sieros baterijose katodas, kuris yra vienas iš dviejų akumuliatoriaus elektrodų, bus pagamintas iš sieros. Šis elementas yra labiau subalansuotas nei tradicinis nikelis ir kobaltas. Tokios baterijos yra efektyvesnės už ličio jonų baterijas. Dėl to akivaizdžiai gali padidėti automobilių, kuriuose jie bus naudojami, diapazonas. Galima teigti, kad didelis šių baterijų privalumas yra tai, kad siera yra nebrangi ir plačiai paplitusi žaliava. Tuo pačiu metu tokių baterijų gamybos procesas yra labai panašus į naudojamą ličio jonų akumuliatorių gamybai, o tai reiškia, kad jų gamybai gali būti naudojami tie patys įrenginiai ir gamybos pajėgumai.
Dar vienas šių tipų baterijų privalumas – jų gamybai reikalingas mažesnis energijos kiekis, beveik 25%. Dėl visų šių savybių ličio sieros akumuliatorių gamyba gali būti labai pelninga.
Vystymosi jau įsibėgėjo. Šioje srityje ypač didelės sėkmės sulaukė bendrovė „Lyten“. Jame jau yra visa LytCell EV baterijos platforma. Bendrovė teigia, kad jos akumuliatorius yra pigesnis ir saugesnis nei šiandieninės ličio jonų baterijos, todėl iki šio dešimtmečio vidurio gali būti naudojamas masinės gamybos elektrinėse transporto priemonėse, pagamintose JAV.
Taip pat įdomu: „Google Bard AI“: viskas, ką reikia žinoti
Geležies-oro baterijos
Šio tipo akumuliatoriai veikia geležies oksidacijos naudojant orą proceso pagrindu. Įkrovimo procese oksiduotos medžiagos vėl paverčiamos geležimi procese, vadinamame atvirkštine oksidacija. Tikimasi, kad geležies-oro baterijos artimiausiu metu išplis, daugiausia dėl to, kad jos leidžia kaupti energiją beveik 25 kartus ilgiau nei ličio jonų baterijos.
Dėl labai didelių tiek geležies, tiek oro atsargų tokios baterijos kainuotų tikrai daug pigiau. Remiantis skaičiavimais, jų kaina gali būti apie 10 kartų mažesnė nei esamų baterijų! Deja, tokios baterijos turi vieną reikšmingą trūkumą – dėl lėto geležies oksidacijos greičio jų įkrovimas gali užtrukti.
Garsiojo Masačusetso technologijos instituto (MIT) bazėje atsiradęs startuolis „Form Energy“ sėkmingai kuria geležies-oro baterijas. „Form Energy“ baterijos, pasak kūrėjų, yra dešimt kartų pigesnės nei ličio, o jose naudojama geležis, kurios pasaulyje apstu. Tuo pačiu metu geležies-oro baterijos gali tarnauti ilgiau nei ličio baterijos ir yra saugesnės, nes nėra degios.
Vienintelis šiuo metu pastebėtas trūkumas yra tas, kad šios baterijos įkraunamos lėtai, todėl jos yra mažiau perspektyvios nei ličio baterijos, pavyzdžiui, nešiojamiesiems kompiuteriams ar išmaniesiems telefonams. Kita vertus, jie yra puikus sprendimas energijos kaupimui nacionalinio elektros tinklo lygmeniu, nes gali užtikrinti 100 valandų energijos kaupimą, daug ilgiau nei ličio baterijos, kurios gali veikti iki šešių valandų. Tokiu būdu jie gali palengvinti didelio masto saulės energijos parkų ir vėjo jėgainių integravimą.
Taip pat įdomu: Bluesky fenomenas: kokia paslauga ir ar tai ilgam?
Baterijos su skalda
Kitas įdomus naujo tipo baterijų pavyzdys yra tie, kurie kaupia šilumą, o ne elektrą. Pavyzdžiui, Izraelio įmonė „Brenmiller Energy“ naudoja alternatyvias medžiagas, tokias kaip uolienos, šiluminei energijai kaupti. Nuo 2012 m. „Brenmiller Energy“ skaldą pirmiausia naudoja gamybai, o vėliau – šilumos energijos kaupimui. Tokios technologijos savo ruožtu gali būti naudojamos įvairiems tikslams, pavyzdžiui, pramonėje.
Įdomu tai, kad idėja naudoti skaldą energijos kaupimui nėra visiškai nauja. NASA, kuriai priklauso daug naujų technologijų, šiluminės energijos kaupimo technologijas išbando nuo praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio. Skirtingai nuo įprastų, Izraelio kompanijos gaminamos baterijos naudoja energiją garui, karštam vandeniui ar karštam orui gaminti. „Brenmiller Energy“ teigia, kad jos gamykla, pavadinta „Tempo“, galės sukaupti iki 35 MWh energijos ir per valandą pagaminti iki 14 tonų garo.
Tai labai svarbu Izraelio ekonomikai, kur iki 45 procentų visų su energija susijusių emisijų kyla iš pramoninio šildymo sektoriaus. Šiuo projektu siekiama pakeisti tradiciniu iškastiniu kuru veikiančius garo katilus.
Naujos realybės reikalauja naujų sprendimų. Naujų tipų baterijų atsiradimas prisidės prie technologijų plėtros energijos taupymo srityje. Galbūt po kelerių metų nešiojamojo kompiuterio ar išmaniojo telefono nebereikės kasdien krauti, nes vienu įkrovimu jis veiks mėnesį, o gal net metus. O tuo pačiu naujo tipo akumuliatorius ne tik taupys energiją, bet ir prisidės prie aplinkos tausojimo.
Taip pat įdomu: