Lityum iyon piller arızalı ve yükseltilmeleri gerekiyor

İster inanın ister inanmayın, elinizde tuttuğunuz akıllı telefon, 1969'da insanları ayın yüzeyine yerleştirmek için kullanılan NASA'nın bilgi işlem ağından daha güçlüydü ve akıllı telefonunuzla arama yapabilir ve mesaj gönderebilirsiniz. oyun oynama ve video oynatma gibi diğer harika özellikler gibi tam olarak listeleyemediğimiz görüntüleme, yayın ve diğer özellikler, ancak bir akıllı telefondan edindiğiniz tüm özellikler kaybolabilir ve cihaz, güçlü ve şarj edilebilir bir bataryaya sahip değilse işe yaramaz hale gelir. uzun süre dayanabilir, ancak kullanılan teknoloji hala kusurlu ve geliştirilmesi gerekiyor.

Lityum iyon piller

İlk kurşun asitli şarj edilebilir pil 1859'da bir fizikçi tarafından geliştirildi Gaston PlantyVe 1980'de dünyayı geliştirin John Goodnav 1991 yılında Sony tarafından pazarlanan ve cep telefonu pilleri için kullanılan lityum kobalt oksit katot pil ve bu başarı için Godnav, kimyager arkadaşları M. Stanley Whittingham ve Akira Yoshino ile birlikte Ekim ayında Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Lityum iyon piller, lityum oksit katodu (pozitif elektrot) ile anot (negatif elektrot) ve iletken olarak kullanılan elektroliti (ayırıcı) birleştirerek çalışır, pil şarj edilip deşarj olduğunda iyonlar elektrotlar arasında hareket eder ve enerji üretir. pil daha sonra kullanılabilir.

Japonya, Çin ve Güney Kore'deki yalnızca beş şirket dünyadaki lityum iyon pillerin% 62'sini üretiyor. Çin'in akıllı telefon, tablet ve dizüstü bilgisayar satışlarında devam eden küresel büyümeyle birlikte yerli elektrikli araç üretimini agresif bir şekilde zorlamaya başladığı 2015'ten bu yana talep çarpıcı bir şekilde arttı. .

Çin şu anda dünyadaki elektrikli araçların% 60'ını üretiyor ve tuzlu suda bulunan bol miktarda doğal mineral olan ve çoğunlukla Güney Amerika'da, özellikle Bolivya, Şili ve Arjantin'de üretilen lityumun kontrolünü sağlamaya çalışıyor.

Çinli şirket Tianqi Lithium geçen yıl Şili madencilik şirketi Sociedad Química y Minera'daki bir hisse için 4 milyar dolar ödedi ve ona küresel lityum üretiminin yarısından fazlasını etkin bir şekilde kontrol etmesini sağladı ve Tianqi'nin odaklandığı endüstri lityum iyon pil pazarı. Pazar araştırma şirketi Global Market Insights'a göre 33'de 2018 milyar dolardan 73'e kadar 2024 milyar doların üzerine çıkması bekleniyor.

Lityum iyon pillerin dezavantajları

Lityum (beyaz altın olarak adlandırılır), diğer elementlere kıyasla kimyasal olarak aktif bir elementtir ve dünyadaki lityumun çoğunu üreten Güney Amerika'da, beyaz altın tuz yüzeylerinden çıkarılır, ancak kullanılan yöntem, birinde oldukça su tüketir. kobalt için olduğu gibi dünyanın en kurak bölgelerinin çoğu Pillerin üretiminde gerekli olan diğer bir mineral, neredeyse yalnızca Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nde bulunur ve çocukların çıkarılması için emek olarak kullanılması da dahil olmak üzere güvenli olmayan uygulamalarla çıkarılır. kobalt.

Dahası, lityum iyon piller şu anda geri dönüştürülemeyecek kadar pahalıdır, bu da genellikle çöplükte kaldıkları ve Amerikalıların her yıl yaklaşık iki milyar lityum iyon pil attığı anlamına gelir. Yıllarca kullanıldıktan sonra bile şarjlarının% 70'ini koruyabilen elektrikli araç pillerini geri dönüştürün.

Talep artışına rağmen, lityum iyon pillerin güvenlik sorunları ve çevresel hasar gibi başka dezavantajları vardır, çünkü lityum iyon doğası gereği kararsız bir malzemedir ve bu, hasar gördüğünde veya yüksek ısıya maruz kaldığında patlayabileceği anlamına gelir. 195'da Samsung Galaxy Note 2009'nin karşılaştığı önemli sorunlar da dahil olmak üzere 2017 ve 7 yılları arasındaki yangınlar ve patlamalar.

alternatif çözümler

Bazı araştırmacılar ve teknoloji uzmanları, şu ana kadar lityum iyon pillerin bu zorluklarını ve dezavantajlarını ele almaya çalışırken, diğerleri, amonyak, magnezyum ve sodyumun hepsi şu anda geliştirildiği için lityum iyona bir alternatif bulmak için yavaş evrim süreci üzerinde çalışıyorlar ve bunların hepsinin, düşük enerji tutma ve malzeme uçuculuğu gibi dezavantajları vardır.

California, Irvine merkezli bir lityum iyon pil şirketi olan Enevate Corporation'ın pazarlama ve ürünlerden sorumlu başkan yardımcısı Jarvis Toe, "Önümüzdeki on yılda elektrikli otomobil endüstrisi için inanılmaz yetenekler gösteren iki temel pil teknolojisi var" diyor. lityumu depolayabilen aktif bir maddedir ve elektrik iletkenliği yüksektir.

Diğer bir önemli gelişme, şu anda normal bir lityum iyon pilde kullanılan malzemelerin maliyetinin% 20'sini oluşturan kobaltın azaltılması veya ortadan kaldırılmasıdır ve kobalt fiyatı, 20'da metrik ton başına 2016 $ 'dan yaklaşık 80 $' a yükselmiştir. günümüzde, kobaltın kaldırılması maliyeti düşürmenin anahtarıdır Lityum iyon piller, bu nedenle Panasonic ve Tesla kobaltı pillerinden çıkarmak için çalışıyorlar.

"Düşük kobalt veya kobalt içermeyen katot teknolojileri, katotlar günümüzde bir lityum iyon hücresindeki en pahalı bileşen olmaya devam ettiğinden ve anot teknolojileri, daha uygun fiyatlı ve sertifikalı EV'leri daha hızlı elde etmek için EV pillerinin maliyetini düşürmeye devam etmeye yardımcı olabilir. Silicon'a hakim olan, yüksek enerji yoğunlukları ve güvenlik özelliklerinin yanı sıra çok hızlı şarj etme özellikleri sunar. "

Araştırma ekipleri, elektrolitleri doldurabilen "yeniden doldurulabilir" pillere ek olarak, katotların genellikle yapıldığı kobaltın yerini almak için magnezyum krom oksit elektrotların ve altın nanotellerin kullanımını başarıyla araştırdı. Gelecekteki bir yol kenarı elektrik santrali, elektrikli aracınızı yeniden doldurabilir. Şu anda lityum iyon akülü araçlar için büyük bir sorun olan menzil endişesini ortadan kaldıran ihtiyaç olduğunda yeni bir elektrolit.

Pazar araştırma şirketi Gartner'da yarı iletken ve elektronik sektöründen sorumlu olan Bill Ray, bakır köpürtmenin lityum iyonunun beş yıldan daha kısa bir sürede yerini alabileceğini ve üretime yakın olduğunu ve daha büyük bir anot ile şarj edilebileceğini söylüyor. çok hızlı. Elbette tüketicilerin istediği. "

Ford da dahil olmak üzere birçok şirket, bir sıvı elektrolit ayırıcıyı bir katı ile değiştirerek çalışan katı hal pilleri geliştiriyor ve yeni kristal malzemeler, LTPS polikristal silikon ve süperiyonik lityum hidrit iletkeni de dahil olmak üzere bir dizi potansiyel malzeme araştırılıyor. Ve seramik elektrolit.

Geleceğin teknolojileri

Katı maddelerin kullanılması, yangın veya patlama riskini azaltırken daha yüksek kapasiteli bir pil ile sonuçlanabilir, ancak bu malzemeler ana üretimden uzaktır.İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları ve Cenevre Üniversitesi de yeni bir pil prototipi yaratmıştır. 'katı hal' olarak bilinir. Tam anlamıyla, bu pil lityum iyondan daha verimli olma potansiyeline sahiptir, daha büyük yeteneklere sahiptir ve yüksek düzeyde güvenlik sağlar.

"Bir metreden fazla güvenilir kablosuz şarjda ustalaşırsanız, pil teknolojisinin kendisi çok daha az önemli hale gelir." Alman AKASOL şirketinin yüksek performanslı piller CEO'su Sven Schulz, "Katı hal pil sistemleri ile ilgili ilk denemeler yapılsa da, katı hal teknolojisinin şu anda teknoloji ve fiyat açısından dezavantajları var" diyor.

Katı hal pillerin 2030 yılına kadar pazara girmesini bekliyor, ancak lityum iyon pillerin en azından önümüzdeki on yıl boyunca en iyi seçenek olmaya devam edeceğine inanıyor, çünkü lityum iyon teknolojisinin gelişimi devrim niteliğinde bir süreç olmasa da, Yıllık% 2 ila% 5 oranında adım adım iyileştirme Yeni bir deneysel teknoloji ortaya çıkana kadar bu teknolojiye bağlı kalmak yapılacak doğru şeydir.

Uzun vadede, bazı uzmanlar batarya gücünün geleceğine dair tamamen farklı bir görüşe sahipler, Ray, bir garajda, caddede veya şehir otoparkında bir minder aracılığıyla kablosuz veya kapalı indüksiyon şarjının olağan olduğunu söylüyor.

"Şu anda, kablosuz şarj bir kabloyla şarj etmekten daha iyi değil. Bir metrede güvenilir kablosuz şarjı yönetebilirseniz, pil teknolojisinin kendisi çok daha önemsiz hale geliyor. Cihazınız sürekli olarak şarj etmeye güveniyor."

Enerji endüstrisindeki bazıları, Tesla'nın Powerwall'u gibi yerel enerji depolamanın standart hale geleceğini tahmin ediyor, çünkü üniteler orta büyüklükteki bir evi bir gün boyunca çalıştırmaya yetecek kadar 13.5 kilowatt saat elektrik depolayabilen şarj edilebilir lityum iyon piller içeriyor. Daha fazla ev güneş panelleri ve rüzgar türbinleri ile donatıldıkça talep de artıyor ve bu enerjiyi depolamanız gerekiyor.

Son olarak, farklı pil türlerine bağımlılığımız arttıkça, ticari teşvikler yeni, daha güvenilir ve etkili çözümler keşfetme yönünde artacak ve bunun için kimya, fizik, mühendislik ve malzeme bilimlerinde daha fazla deneyim kazanmamız gerekiyor. ve zorlukları ele alan muazzam bir işbirliği dalgasına sahip olmamız çok önemli.Yeni pil teknolojilerinin geliştirilmesi.

المصدر:

orta