Geloof het of niet, de smartphone die je in je hand houdt, was krachtiger dan het computernetwerk van NASA, dat in 1969 werd gebruikt om mensen op het oppervlak van de maan te zetten, en met je smartphone kun je ook bellen en berichten verzenden net als andere geweldige functies zoals het spelen van games en het afspelen van video's Beeldvorming, uitzending en andere functies die we niet volledig kunnen noemen, maar alle functies die u via een smartphone krijgt, kunnen vervagen en het apparaat wordt onbruikbaar als het geen krachtige en oplaadbare batterij heeft dat kan lang meegaan, maar de gebruikte technologie is nog defect en moet nog worden ontwikkeld.
Lithium-ion batterijen
De eerste oplaadbare loodzuurbatterij werd in 1859 ontwikkeld door een natuurkundige Gaston PlantyEn ontwikkel in 1980 de wereld John Goodnav Lithium-kobaltoxide-kathodebatterij, die door Sony op de markt werd gebracht en in 1991 werd gebruikt voor batterijen voor mobiele telefoons, en voor deze prestatie ontving Godnav in oktober de Nobelprijs samen met collega-chemici M. Stanley Whittingham en Akira Yoshino.
Lithium-ionbatterijen werken door de lithiumoxide-kathode (positieve elektrode) te combineren met de anode (negatieve elektrode) en de elektrolyt (scheider) die als geleider wordt gebruikt, wanneer de batterij wordt opgeladen en ontladen, bewegen de ionen tussen de elektroden en genereren ze energie die de batterij kan dan gebruiken.
Slechts vijf bedrijven in Japan, China en Zuid-Korea produceren 62% van 's werelds lithium-ionbatterijen. De vraag is dramatisch gestegen sinds 2015, toen China agressief begon met het stimuleren van de binnenlandse productie van elektrische voertuigen, samen met de aanhoudende wereldwijde groei van de verkoop van smartphones, tablets en laptops .
China produceert momenteel 60% van alle elektrische voertuigen in de wereld en probeert controle te krijgen over lithium, een natuurlijk mineraal dat overvloedig aanwezig is in zout water en voornamelijk wordt geproduceerd in Zuid-Amerika, met name in Bolivia, Chili en Argentinië.
Het Chinese bedrijf Tianqi Lithium betaalde vorig jaar $ 4 miljard voor een belang in het Chileense mijnbedrijf Sociedad Química y Minera, waardoor het in feite de controle kreeg over de helft van de wereldwijde productie van lithium, en de industrie waarop Tianqi zich richt, is de markt voor lithium-ionbatterijen. , die naar verwachting in omvang zal groeien. Van $ 33 miljard in 2018 tot meer dan $ 73 miljard in 2024 volgens marktonderzoeksbureau Global Market Insights.
Nadelen van lithium-ionbatterijen
Lithium (witgoud genoemd) is een chemisch actief element in vergelijking met andere elementen, en in Zuid-Amerika, dat het grootste deel van het lithium ter wereld produceert, wordt witgoud gewonnen uit zoutoppervlakken, maar de gebruikte methode verbruikt in één keer veel water. van de meest droge gebieden ter wereld, wat kobalt betreft. Een ander mineraal dat nodig is bij de productie van batterijen, wordt bijna uitsluitend gevonden in de Democratische Republiek Congo, en het wordt gewonnen door onveilige praktijken, waaronder het gebruik van kinderen als extract kobalt.
Bovendien zijn lithium-ionbatterijen momenteel te duur om te worden gerecycled, wat betekent dat ze vaak op stortplaatsen terechtkomen en Amerikanen elk jaar ongeveer twee miljard lithium-ionbatterijen verwijderen. Er zijn echter projecten in Zweden en Japan die zijn begonnen. Recycleer accu's van elektrische voertuigen die zelfs na jarenlang gebruik nog 70% van hun lading kunnen behouden.
Ondanks de snel stijgende vraag ernaar, hebben lithium-ionbatterijen andere nadelen, zoals veiligheidsproblemen en milieuschade, omdat lithium-ion een inherent onstabiel materiaal is en dit betekent dat het kan ontploffen wanneer het wordt beschadigd of wordt blootgesteld aan hoge temperaturen. branden en explosies tussen 195 en 2009, waaronder opmerkelijke problemen waarmee de Samsung Galaxy Note 2017 in 7 werd geconfronteerd.
alternatieve oplossingen
Sommige onderzoekers en technologen proberen tot nu toe deze uitdagingen en nadelen van lithium-ionbatterijen aan te pakken, terwijl anderen werken aan het langzame evolutieproces om een alternatief voor lithium-ion te vinden, aangezien ammoniak, magnesium en natrium momenteel allemaal in ontwikkeling zijn. en ze hebben allemaal hun nadelen, waaronder lage energiebehoud en materiële vluchtigheid.
"Er zijn twee primaire batterijtechnologieën die de komende tien jaar geweldige mogelijkheden voor de elektrische auto-industrie demonstreren", zegt Jarvis Toe, executive vice president marketing en producten bij Enevate Corporation, een lithium-ionbatterijbedrijf gevestigd in Irvine, Californië. is een werkzame stof die lithium kan opslaan en heeft een hoge elektrische geleidbaarheid.
Een andere belangrijke ontwikkeling is de vermindering of eliminatie van kobalt, dat momenteel goed is voor 20% van de kosten van de materialen die worden gebruikt in een gewone lithium-ionbatterij, en de prijs van kobalt is gestegen van $ 20 per ton in 2016 tot ongeveer $ $ 80 vandaag, dus het verwijderen van kobalt is de sleutel tot het verlagen van de kosten Lithium-ionbatterijen, daarom werken Panasonic en Tesla eraan om het kobalt uit hun batterijen te verwijderen.
"Low-cobalt of kobaltvrije kathodetechnologieën kunnen helpen om de kosten van EV-batterijen te blijven verlagen om sneller betaalbare, gecertificeerde EV's te krijgen, aangezien kathodes tegenwoordig nog steeds het duurste onderdeel van een lithium-ioncel zijn, en de anodetechnologieën die domineren de Silicon biedt zeer snelle oplaadmogelijkheden samen met hoge energiedichtheden en veiligheidsvoorzieningen. "
Onderzoeksteams hebben met succes het gebruik van magnesiumchroomoxide-elektroden en gouden nanodraden onderzocht ter vervanging van het kobalt waar kathodes gewoonlijk van zijn gemaakt, naast 'hervulbare' batterijen die elektrolyten kunnen aanvullen. Een toekomstige elektriciteitscentrale langs de weg kan uw elektrische voertuig bijvullen met een nieuwe elektrolyt wanneer de behoefte, die de bezorgdheid over het bereik wegneemt die momenteel een groot probleem is voor lithium-ionbatterijen.
Bill Ray, verantwoordelijk voor de halfgeleider- en elektronicasector bij marktonderzoeksbureau Gartner, zegt dat koperschuimen lithiumionen in minder dan vijf jaar kunnen vervangen, en het is dicht bij de productie en met een grotere anode, wat betekent dat het zeer kan worden opgeladen. snel. Natuurlijk wat consumenten willen. "
Verschillende bedrijven, waaronder Ford, ontwikkelen vastestofbatterijen die werken door een vloeibare elektrolytscheider te vervangen door een vaste stof, en er wordt onderzoek gedaan naar een reeks potentiële materialen, waaronder nieuwe kristallijne materialen, LTPS polykristallijn silicium en de superionische lithiumhydride-geleider., En de keramische elektrolyt.
Toekomstige technologieën
Het gebruik van vaste stoffen kan resulteren in een batterij met een hogere capaciteit terwijl het risico op brand of explosie wordt verminderd, hoewel deze materialen verre van de reguliere productie zijn. De Zwitserse federale laboratoria voor materiaalkunde en technologie en de Universiteit van Genève hebben ook een nieuw prototype van een batterij gemaakt. bekend als de 'solid state'. In zijn geheel heeft deze batterij het potentieel om efficiënter te zijn dan lithium-ion, heeft hij meer mogelijkheden en biedt hij een hoog veiligheidsniveau.
"Als je betrouwbaar draadloos opladen over een meter onder de knie kunt krijgen, wordt de batterijtechnologie zelf veel minder belangrijk." "Hoewel er eerste proeven gaande zijn met solid-state batterijsystemen, heeft solid-state technologie momenteel nadelen op het gebied van technologie en prijs", zegt Sven Schulz, CEO van het Duitse bedrijf AKASOL voor hoogwaardige batterijen.
Hij verwacht dat solid-state batterijen tegen 2030 op de markt zullen komen, hoewel hij gelooft dat lithium-ion-batterijen in ieder geval de komende tien jaar de beste optie zullen blijven, want hoewel de ontwikkeling van lithium-ion-technologie geen revolutionair proces is, is het dat wel. stap voor stap verbeteren met 2% tot 5%.% Jaarlijks Het is de juiste keuze om deze technologie aan te houden tot de opkomst van een nieuwe experimentele technologie.
Op de lange termijn hebben sommige experts een totaal andere kijk op de toekomst van batterijvermogen, Ray zegt dat draadloos of inductieladen binnenshuis via een kussen in een garage, straat of stadsparking heel gewoon is.
"Op dit moment is draadloos opladen niet echt beter dan opladen met een kabel. Als je betrouwbaar draadloos opladen meer dan een meter onder de knie kunt krijgen, wordt de batterijtechnologie zelf veel minder belangrijk. Je apparaat is constant afhankelijk van opladen."
Sommigen in de energiesector voorspellen dat huishoudelijke energieopslag, zoals Tesla's Powerwall, standaard zal worden, aangezien de units oplaadbare lithium-ionbatterijen bevatten die 13.5 kilowattuur elektriciteit kunnen opslaan, genoeg om een middelgroot huis een dag van stroom te voorzien. de vraag groeit naarmate meer woningen worden uitgerust met zonnepanelen en windturbines, en je moet deze energie opslaan.
Ten slotte, naarmate onze afhankelijkheid van verschillende soorten batterijen toeneemt, zal de commerciële prikkel toenemen om nieuwe, betrouwbaardere en effectievere oplossingen te verkennen, en hiervoor moeten we meer ervaring opdoen in scheikunde, natuurkunde, engineering en materiaalkunde om ons te verenigen. en het is cruciaal dat we een enorme samenwerkingsgolf hebben die de uitdagingen aanpakt.Ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologieën.
Bron:
21 opmerkingen