باتری های لیتیوم یون معیوب هستند و باید به روز شوند

باور کنید یا نه ، تلفن هوشمندی که در دست دارید قدرت بیشتری نسبت به شبکه محاسباتی ناسا داشت که از آن برای قرار دادن انسان در سطح ماه در سال 1969 استفاده می شد و با تلفن هوشمند خود می توانید تماس بگیرید و پیام نیز ارسال کنید. از جمله ویژگی های شگفت انگیز دیگر مانند بازی کردن و پخش فیلم ، تصویربرداری ، پخش و سایر ویژگی هایی که نمی توانیم به طور کامل لیست کنیم ، اما تمام ویژگی هایی که از طریق تلفن هوشمند دریافت می کنید ممکن است کمرنگ شود و دستگاه در صورت نداشتن باتری قدرتمند و قابل شارژ بی فایده شود که می تواند برای مدت طولانی ادامه یابد ، اما فناوری مورد استفاده هنوز معیوب است و باید توسعه یابد.

باتری های لیتیوم یون

اولین باتری قابل شارژ با اسید سرب در سال 1859 توسط یک فیزیکدان تولید شد گاستون پلنتیو در سال 1980 ، جهان را توسعه دهید جان گودناو باتری کاتد اکسید کبالت لیتیوم ، که در سال 1991 توسط سونی به بازار عرضه شد و برای باتری های تلفن های همراه مورد استفاده قرار گرفت و برای این موفقیت ، گودناو در اکتبر به همراه همکاران شیمی دان M. استنلی ویتینگام و آکیرا یوشینو جایزه نوبل دریافت کرد.

باتری های یون لیتیوم با ترکیب کاتد اکسید لیتیوم (الکترود مثبت) با آند (الکترود منفی) و الکترولیت (جدا کننده) که به عنوان هادی استفاده می شود ، کار می کنند ، هنگامی که باتری شارژ و تخلیه می شود ، یونها بین الکترودها حرکت می کنند و انرژی تولید می کنند سپس باتری می تواند استفاده کند.

فقط پنج شرکت در ژاپن ، چین و کره جنوبی 62 درصد از باتری های لیتیوم یون جهان را تولید می کنند. از سال 2015 که چین شروع به فشار شدید تولید خودروهای برقی داخلی همراه با ادامه رشد جهانی فروش تلفن های هوشمند ، تبلت ها و لپ تاپ ها ، تقاضا به طور چشمگیری افزایش یافته است. .

چین در حال حاضر 60٪ از وسایل نقلیه الکتریکی را در جهان تولید می کند و در تلاش است تا کنترل لیتیوم را که ماده معدنی طبیعی فراوانی است که در آب نمک یافت می شود و بیشتر در آمریکای جنوبی ، به ویژه در بولیوی ، شیلی و آرژانتین تولید می شود ، کنترل کند.

شرکت چینی Tianqi Lithium سال گذشته 4 میلیارد دلار برای سهام شرکت معدنی شیلی Sociedad Química y Minera پرداخت ، و به طور عملی کنترل بیش از نیمی از تولید جهانی لیتیوم را به آن داد و صنعتی که Tianqi بر آن تمرکز دارد بازار باتری های لیتیوم یون است. ، که پیش بینی می شود از نظر اندازه رشد کند. طبق تحقیقات شرکت تحقیقات بازار جهانی بازار از 33 میلیارد دلار در سال 2018 به بیش از 73 میلیارد دلار تا سال 2024.

معایب باتری های لیتیوم یون

لیتیوم (طلای سفید نامیده می شود) یک عنصر شیمیایی فعال در مقایسه با سایر عناصر است و در آمریکای جنوبی که اکثر لیتیوم را در جهان تولید می کند ، طلای سفید از سطح نمک استخراج می شود ، اما روش مورد استفاده در یک مورد بسیار آب بر است یکی دیگر از مواد معدنی مورد نیاز در تولید باتری ، تقریباً به طور انحصاری در جمهوری دموکراتیک کنگو یافت می شود و از طریق روشهای ناامن ، از جمله استفاده از کودکان به عنوان کارگر ، استخراج می شود. کبالت استخراج کنید.

علاوه بر این ، باتری های لیتیوم یون در حال حاضر برای بازیافت بیش از حد گران هستند ، این بدان معنی است که آنها اغلب در محل دفن زباله قرار می گیرند و آمریکایی ها هر ساله حدود دو میلیارد باتری لیتیوم-یون دور می ریزند. با این حال ، پروژه هایی در سوئد و ژاپن وجود دارد که شروع شده اند باتری های وسایل نقلیه الکتریکی را بازیافت کنید که حتی پس از سالها استفاده همچنان می توانند 70٪ از شارژ خود را حفظ کنند.

با وجود افزایش سریع تقاضا برای آنها ، باتری های لیتیوم یون معایب دیگری مانند موارد ایمنی و آسیب های زیست محیطی دارند ، زیرا لیتیوم یون ذاتاً ماده ای ناپایدار است و این بدان معنی است که در صورت آسیب دیدگی یا قرار گرفتن در معرض گرمای زیاد ممکن است منفجر شود. آتش سوزی و انفجار بین سال های 195 و 2009 ، از جمله موارد قابل توجهی که Galaxy Note 2017 سامسونگ در سال 7 با آن روبرو شده است.

راه حل های جایگزین

برخی از محققان و فن آوران در تلاشند تا این چالش ها و معایب باتری های لیتیوم یون را تاکنون برطرف کنند ، در حالی که دیگران در حال کار بر روی روند تکامل آهسته برای یافتن جایگزینی برای یون لیتیوم هستند زیرا آمونیاک ، منیزیم و سدیم همه در حال توسعه هستند و همه آنها دارای اشکالاتی هستند ، از جمله احتباس کم انرژی و نوسانات مواد.

جارویس تو ، معاون اجرایی بازاریابی و محصولات در Enevate Corporation ، یک شرکت باتری لیتیوم یون مستقر در ایروین ، کالیفرنیا ، می گوید: "دو فناوری اولیه باتری وجود دارد که توانایی های شگفت انگیزی را برای صنعت خودروهای الکتریکی در طی دهه آینده نشان می دهد." یک ماده فعال است که می تواند لیتیوم را ذخیره کند و از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار است.

پیشرفت مهم دیگر کاهش یا از بین بردن کبالت است که در حال حاضر 20٪ هزینه مواد مورد استفاده در یک باتری لیتیوم یونی معمولی را به خود اختصاص می دهد و قیمت کبالت از 20،2016 دلار در هر تن در سال 80 به حدود $ رسیده است. امروز XNUMX،XNUMX ، بنابراین حذف کبالت عامل اصلی کاهش هزینه است. باتری های لیتیوم یون ، به همین دلیل پاناسونیک و تسلا در تلاشند کبالت را از باتری های خود حذف کنند.

"فن آوری های کاتدی کم کبالت یا بدون کبالت می توانند به کاهش هزینه باتری های EV کمک کنند تا سریعتر به EV های دارای قیمت مناسب و دارای گواهینامه دسترسی پیدا کنند ، زیرا کاتدها همچنان گرانترین جز cell سلول یونی لیتیوم و فناوری های آند هستند. سیلیکون دارای قابلیت شارژ سریع همراه با تراکم انرژی بالا و ویژگی های ایمنی است. "

تیم های تحقیقاتی با استفاده از الکترودهای اکسید کروم منیزیم و نانوسیم های طلا برای جایگزینی کبالتی که کاتدها معمولاً ساخته شده اند ، علاوه بر باتری های "قابل شارژ مجدد" که می توانند الکترولیت ها را دوباره پر کنند ، کشف کرده اند. یک ایستگاه برق کنار جاده می تواند وسیله نقلیه الکتریکی شما را دوباره پر کند یک الکترولیت جدید در صورت نیاز ، که نگرانی محدوده ای را که در حال حاضر یک مشکل بزرگ برای باتری های یون لیتیوم است برطرف می کند.

بیل ری ، مسئول بخش نیمه هادی و الکترونیکی در شرکت تحقیقات بازار گارتنر ، می گوید که کف سازی مس می تواند در کمتر از پنج سال جایگزین یون لیتیوم شود و نزدیک به تولید و با آند بزرگتر است ، به این معنی که می توان آن را بسیار شارژ کرد سریع. البته آنچه مصرف کنندگان می خواهند. "

چندین شرکت ، از جمله فورد ، در حال تولید باتری های حالت جامد هستند که با جایگزینی جداکننده الکترولیت مایع با یک ماده جامد کار می کنند و طیف وسیعی از مواد بالقوه در حال تحقیق از جمله مواد کریستالی جدید ، سیلیکون پلی کریستالی LTPS و هادی لیتیوم هیدرید سوپریونیک ، و الکترولیت سرامیکی.

فناوری های آینده

استفاده از مواد جامد می تواند به باتری با ظرفیت بالاتر منجر شود در حالی که خطر آتش سوزی یا انفجار را کاهش می دهد ، اگرچه این مواد از تولید جریان اصلی دور هستند. آزمایشگاه های فدرال سوئیس برای علم و صنعت مواد و دانشگاه ژنو نیز نمونه اولیه جدیدی از باتری را ایجاد کرده اند به عنوان "حالت جامد" شناخته می شود. به طور کامل ، این باتری توانایی کارآیی بیشتری نسبت به یون لیتیوم دارد ، از قابلیت های بیشتری برخوردار است و از ایمنی بالایی برخوردار است.

"اگر توانایی شارژ بی سیم قابل اطمینان بیش از یک متر را داشته باشید ، خود فناوری باتری اهمیت بسیار کمتری پیدا می کند." Sven Schulz ، مدیر عامل شرکت آلمانی AKASOL برای باتری های با کارایی بالا می گوید: "اگرچه اولین آزمایشات با سیستم های باتری حالت جامد در حال انجام است ، اما در حال حاضر فناوری حالت جامد از نظر تکنولوژی و قیمت دارای معایبی است."

وی انتظار دارد باتری های حالت جامد تا سال 2030 وارد بازار شود ، اگرچه معتقد است که باتری های لیتیوم یون حداقل تا ده سال آینده بهترین گزینه باقی می مانند زیرا در حالی که توسعه فناوری لیتیوم یون یک فرایند انقلابی نیست ، اما بهبود گام به گام 2٪ تا 5٪.٪ سالانه. پایبندی به این فناوری تا زمان ظهور یک فن آوری جدید تجربی کار درستی است.

در بلند مدت ، برخی از کارشناسان دیدگاه کاملا متفاوتی نسبت به آینده شارژ باتری دارند ، ری می گوید که شارژ القایی بی سیم یا داخلی از طریق بالشتک در گاراژ ، خیابان یا پارکینگ شهر امری عادی است.

"در حال حاضر ، شارژ بی سیم واقعاً بهتر از شارژ با کابل نیست. اگر توانایی شارژ بی سیم قابل اعتماد بیش از یک متر را داشته باشید ، خود فناوری باتری اهمیت بسیار کمتری پیدا می کند. دستگاه شما دائماً به شارژ متکی است."

برخی در صنعت انرژی پیش بینی می کنند که ذخیره انرژی داخلی ، مانند Powerwall تسلا ، استاندارد خواهد شد زیرا این واحدها حاوی باتری های لیتیوم یونی قابل شارژ هستند که می توانند 13.5 کیلووات ساعت برق ذخیره کنند ، برای تأمین انرژی یک خانه متوسط ​​برای یک روز کافی است. با مجهز شدن خانه های بیشتر به صفحه خورشیدی و توربین بادی ، تقاضا افزایش می یابد و شما باید این انرژی را ذخیره کنید.

سرانجام ، با افزایش وابستگی ما به انواع مختلف باتری ، انگیزه تجاری برای کشف راه حل های جدید ، قابل اطمینان تر و موثر افزایش می یابد ، و برای این منظور ما نیاز به تجربه بیشتری در شیمی ، فیزیک ، مهندسی و علوم مواد داریم تا بتوانیم با هم متحد شویم. و بسیار مهم است که ما یک موج مشترک گسترده داشته باشیم که چالش ها را برطرف کند. توسعه فن آوری های جدید باتری.

منبع:

متوسط