Ang mga baterya ng lithium-ion ay may depekto at kailangang ma-upgrade

Maniwala ka o hindi, ang smartphone na hawak mo sa iyong kamay ay mas malakas kaysa sa computing network ng NASA, na ginamit upang mailagay ang mga tao sa ibabaw ng buwan noong 1969, at sa iyong smartphone maaari ka ring tumawag at magpadala ng mga mensahe din tulad ng iba pang mga kamangha-manghang tampok tulad ng paglalaro ng mga laro at pag-play ng mga video sa Imaging, pag-broadcast at iba pang mga tampok na hindi namin ganap na nakalista, ngunit ang lahat ng mga tampok na nadaanan mo sa isang smartphone ay maaaring mawala at ang aparato ay maging walang silbi kung wala itong isang malakas at rechargeable na baterya iyon ay maaaring tumagal ng mahabang panahon, ngunit ang teknolohiyang ginamit ay may depekto pa rin at kailangang paunlarin.

Mga baterya ng lithium-ion

Ang unang lead-acid rechargeable na baterya ay binuo noong 1859 ng isang pisiko Gaston PlantyAt noong 1980, paunlarin ang mundo John Goodnav Ang baterya ng lithium cobalt oxide cathode, na ibinebenta ng Sony at ginamit para sa mga baterya ng cell phone noong 1991, at para sa nakamit na ito, iginawad kay Godnav ang Nobel Prize noong Oktubre kasama ang mga kapwa chemist na sina M. Stanley Whittingham at Akira Yoshino.

Ang mga baterya ng lithium ion ay gumagana sa pamamagitan ng pagsasama ng lithium oxide cathode (positibong elektrod) sa anode (negatibong elektrod) at ang electrolyte (separator) na ginamit bilang isang konduktor, kapag ang baterya ay sisingilin at pinalabas, ang mga ions ay lumilipat sa pagitan ng mga electrode at bumuo ng enerhiya na maaari nang magamit ang baterya.

Limang mga kumpanya lamang sa Japan, China at South Korea ang gumagawa ng 62% ng mga baterya ng lithium-ion sa buong mundo. Ang pangangailangan ay lumago nang malaki mula pa noong 2015, nang sinimulan ng agresibo ng China ang produksyon ng de-kuryenteng de-kuryenteng sasakyan kasabay ng patuloy na paglago ng mundo ng mga benta ng mga smartphone, tablet at laptop .

Kasalukuyang gumagawa ang China ng 60% ng mga de-koryenteng sasakyan sa buong mundo, at sinusubukang i-secure ang kontrol ng lithium, na kung saan ay isang likas na likas na mineral na matatagpuan sa salt water at karamihan ay ginawa sa Timog Amerika, partikular sa Bolivia, Chile at Argentina.

Ang kompanyang Tsino na Tianqi Lithium noong nakaraang taon ay nagbayad ng $ 4 bilyon para sa isang pusta sa kumpanya ng pagmimina ng Chile na Sociedad Química y Minera, na mabisang nagbibigay dito ng kontrol sa kalahati ng pandaigdigang paggawa ng lithium, at ang industriya na pinagtutuunan ng pansin ng Tianqi ay ang merkado ng baterya ng lithium-ion , na inaasahang lalago sa laki. Mula sa $ 33 bilyon sa 2018 hanggang sa higit sa $ 73 bilyon sa pamamagitan ng 2024 ayon sa firm sa pananaliksik sa merkado na Global Market Insights.

Mga disadvantages ng mga baterya ng lithium-ion

Ang lithium (tinatawag na puting ginto) ay isang sangkap na aktibo sa kemikal kumpara sa iba pang mga elemento, at sa Timog Amerika, na gumagawa ng karamihan ng lithium sa mundo, ang puting ginto ay nakuha mula sa mga ibabaw ng asin, ngunit ang pamamaraang ginamit ay lubos na nakakain ng tubig sa isa ng pinaka-tigang na mga rehiyon sa mundo, tulad ng para sa kobalt. Ang isa pang mineral na kinakailangan sa paggawa ng mga baterya, ay halos eksklusibong matatagpuan sa Demokratikong Republika ng Congo, at ito ay minahan sa pamamagitan ng hindi ligtas na mga kasanayan, kabilang ang paggamit ng mga bata bilang paggawa sa kunin ang kobalt.

Bukod dito, ang mga baterya ng lithium-ion ay kasalukuyang napakamahal upang mai-recycle, na nangangahulugang madalas itong napupunta sa mga landfill, at ang mga Amerikano ay nagtatapon ng halos dalawang bilyong lithium-ion na baterya bawat taon. Gayunpaman, may mga proyekto sa Sweden at Japan na nagsimula I-recycle ang mga baterya ng de-kuryenteng sasakyan na maaari pa ring mapanatili ang 70% ng kanilang singil kahit na maraming taon nang ginagamit.

Sa kabila ng mabilis na pagtaas ng demand para sa kanila, ang mga baterya ng lithium-ion ay may iba pang mga kawalan, tulad ng mga isyu sa kaligtasan at pinsala sa kapaligiran, dahil ang lithium-ion ay isang likas na hindi matatag na materyal at nangangahulugan ito na maaari itong sumabog kapag nasira o nahantad sa mataas na init. 195 sunog at pagsabog sa pagitan ng 2009 at 2017, kabilang ang mga kapansin-pansin na isyu na kinakaharap ng Samsung Galaxy Note 7 noong 2016.

mga alternatibong solusyon

Sinusubukan ng ilang mga mananaliksik at technologist na tugunan ang mga hamon at kawalan ng mga baterya ng lithium-ion sa ngayon, habang ang iba ay nagtatrabaho sa mabagal na proseso ng ebolusyon upang makahanap ng isang kahalili sa lithium-ion tulad ng amonya, magnesiyo, at sosa na lahat ay binuo ngayon. at lahat sila ay may kanilang mga drawbacks, kabilang ang mababang pagpapanatili ng enerhiya at materyal na pabagu-bago ng isip.

"Mayroong dalawang pangunahing teknolohiya ng baterya na nagpapakita ng kamangha-manghang mga kakayahan para sa industriya ng de-kuryenteng kotse sa susunod na dekada," sabi ni Jarvis Toe, executive vice president ng marketing at mga produkto sa Enevate Corporation, isang kumpanya ng baterya ng lithium-ion na nakabase sa Irvine, California. Ito ay isang aktibong sangkap na maaaring mag-imbak ng lithium, at mayroon itong isang mataas na kondaktibiti sa kuryente.

Ang isa pang pangunahing pag-unlad ay ang pagbawas o pag-aalis ng kobalt, na kasalukuyang account para sa 20% ng gastos ng mga materyales na ginamit sa isang regular na baterya ng lithium-ion, at ang presyo ng kobalt ay tumaas mula sa $ 20 bawat metrikong tonelada noong 2016 hanggang sa $ $ 80 ngayon, kaya't ang pag-alis ng cobalt ay ang susi sa pagbaba ng gastos. Ang mga baterya ng lithium-ion, kung kaya't nagtatrabaho ang Panasonic at Tesla na alisin ang kobalt mula sa kanilang mga baterya.

"Ang mga teknolohiyang low-cobalt o cobalt-cathode na teknolohiya ay maaaring makatulong na patuloy na mabawasan ang gastos ng mga EV baterya upang makakuha ng abot-kayang, sertipikadong EV nang mas mabilis, dahil ang mga cathode ay patuloy na pinakamahal na sangkap sa loob ng isang lithium-ion cell ngayon, at ang mga teknolohiya ng anode na mangibabaw ang Silicon ay nag-aalok ng napakabilis na mga kakayahan sa pagsingil kasama ang mataas na mga density ng enerhiya at mga tampok sa kaligtasan. "

Matagumpay na natuklasan ng mga pangkat ng pagsasaliksik ang paggamit ng mga electronics ng magnesium chromium oxide at mga ginowires na ginto upang mapalitan ang kobalt na karaniwang gawa sa mga cathode, bilang karagdagan sa mga "refillable" na baterya na maaaring maglagay muli ng mga electrolyte. isang bagong electrolyte kapag Ang pangangailangan, na inaalis ang saklaw na pag-aalala na kasalukuyang isang pangunahing problema para sa mga baterya ng lithium-ion.

Si Bill Ray, na namamahala sa sektor ng semiconductor at electronics sa market research firm na Gartner, ay nagsabi na ang foam foaming ay maaaring palitan ang lithium ion sa mas mababa sa limang taon, at malapit ito sa produksyon at may isang mas malaking anode, na nangangahulugang maaari itong singilin. mabilis. Syempre kung ano ang gusto ng mga mamimili. "

Maraming mga kumpanya, kasama ang Ford, ay nagkakaroon ng mga solidong estado na baterya na gumagana sa pamamagitan ng pagpapalit ng isang likidong separat ng electrolyte ng isang solid, at isang hanay ng mga potensyal na materyales ang sinasaliksik kasama ang mga bagong materyales na mala-kristal, LTPS polycrystalline silicon, at ang superionic lithium hydride conductor., At ang ceramic electrolyte.

Mga teknolohiya sa hinaharap

Ang paggamit ng mga solido ay maaaring magresulta sa isang mas mataas na baterya na may kapasidad habang binabawasan ang peligro ng sunog o pagsabog, bagaman ang mga materyales na ito ay malayo sa pangunahing paggawa. Ang Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology at ang University of Geneva ay lumikha din ng isang bagong prototype ng baterya kilala bilang 'solid state'. Sa kabuuan, ang baterya na ito ay may potensyal na maging mas mahusay kaysa sa lithium-ion, may higit na mga kakayahan, at nagbibigay ng mataas na antas ng kaligtasan.

"Kung maaari mong pangasiwaan ang maaasahang wireless na pagsingil ng higit sa isang metro, ang teknolohiya ng baterya mismo ay magiging mas hindi gaanong mahalaga." "Bagaman may mga unang pagsubok na isinasagawa sa mga solid-state na system ng baterya, ang solidong estado na teknolohiya ay kasalukuyang may mga kakulangan sa mga tuntunin ng teknolohiya at presyo," sabi ni Sven Schulz, CEO ng kumpanyang Aleman na AKASOL para sa mga baterya na may mahusay na pagganap.

Inaasahan niya na ang mga baterya na solidong estado ay papasok sa merkado sa pamamagitan ng 2030, bagaman naniniwala siya na ang mga baterya ng lithium-ion ay mananatiling pinakamahusay na pagpipilian para sa hindi bababa sa susunod na sampung taon dahil habang ang pag-unlad ng lithium-ion na teknolohiya ay hindi isang rebolusyonaryong proseso, ito ay pagpapabuti ng hakbang-hakbang ng 2% hanggang 5%.% Taun-taon. Ang pagsunod sa teknolohiyang ito hanggang sa paglitaw ng isang bagong pang-eksperimentong teknolohiya ay tamang gawin.

Sa pangmatagalan, ang ilang mga dalubhasa ay may ganap na magkakaibang pananaw sa hinaharap ng lakas ng baterya, sinabi ni Ray na ang pagsingil sa wireless o panloob na induction sa pamamagitan ng isang unan sa isang garahe, kalye, o paradahan ng lungsod ay karaniwang lugar.

"Sa ngayon, ang wireless singil ay hindi talaga mas mahusay kaysa sa singilin gamit ang isang cable. Kung maaari mong makabisado ang maaasahang wireless na pagsingil ng higit sa isang metro, ang teknolohiya ng baterya mismo ay magiging mas hindi gaanong mahalaga. Ang iyong aparato ay patuloy na umaasa sa pagsingil."

Ang ilan sa industriya ng enerhiya ay hinulaan na ang pag-iimbak ng enerhiya sa domestic, tulad ng Tesla's Powerwall, ay magiging pamantayan dahil ang mga yunit ay naglalaman ng mga rechargeable na lithium-ion na baterya na maaaring mag-imbak ng 13.5 kilowatt na oras ng kuryente, sapat na upang mapalakas ang isang medium-size na tahanan sa isang araw. Iyon lumalaki ang pangangailangan habang maraming mga bahay ang nilagyan ng mga solar panel at wind turbine, at kailangan mong iimbak ang enerhiya na ito.

Sa wakas, habang dumarami ang ating pagtitiwala sa iba't ibang uri ng baterya, tataas ang pampasigla na pang-komersyo upang tuklasin ang mga bago, mas maaasahan at mabisang solusyon, at para dito kailangan nating makakuha ng mas maraming karanasan sa kimika, pisika, inhinyeriya at agham ng materyal upang magkaisa at napakahalaga na magkaroon kami ng napakalaking magkakasamang alon na tumutugon sa mga hamon. Pag-unlad ng mga bagong teknolohiya ng baterya.

Pinagmulan:

medium