Pin Lithium-ion bị lỗi và cần được nâng cấp

Bạn có tin không, chiếc điện thoại thông minh bạn cầm trên tay còn mạnh hơn cả mạng điện toán của NASA, được sử dụng để đưa con người lên bề mặt mặt trăng vào năm 1969, và với chiếc điện thoại thông minh, bạn cũng có thể gọi điện và gửi tin nhắn. vì các tính năng tuyệt vời khác như chơi trò chơi và phát video Hình ảnh, phát sóng và các tính năng khác mà chúng tôi không thể liệt kê đầy đủ, nhưng tất cả các tính năng mà bạn nhận được thông qua điện thoại thông minh có thể mờ dần và thiết bị trở nên vô dụng nếu nó không có pin mạnh và có thể sạc lại có thể tồn tại trong một thời gian dài, nhưng công nghệ được sử dụng vẫn còn khiếm khuyết và cần được phát triển.

Pin Lithium-ion

Pin sạc axit-chì đầu tiên được phát triển vào năm 1859 bởi một nhà vật lý Gaston PlantyVà vào năm 1980, phát triển thế giới John Goodnav Pin cathode Lithium coban oxit, được Sony tiếp thị và sử dụng cho pin điện thoại di động vào năm 1991, và với thành tựu này, Godnav đã được trao giải Nobel vào tháng XNUMX cùng với các nhà hóa học M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino.

Pin lithium-ion hoạt động bằng cách kết hợp cực âm oxit lithium (điện cực dương) với cực dương (điện cực âm) và chất điện phân (chất phân tách) được sử dụng làm chất dẫn điện, khi pin được sạc và xả, các ion di chuyển giữa các điện cực và tạo ra năng lượng mà pin sau đó có thể sử dụng.

Chỉ có 62 công ty ở Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc sản xuất 2015% lượng pin lithium-ion trên thế giới. Nhu cầu đã tăng đáng kể kể từ năm XNUMX, khi Trung Quốc bắt đầu tích cực đẩy mạnh sản xuất xe điện trong nước cùng với sự tăng trưởng liên tục trên toàn cầu về doanh số bán điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay .

Trung Quốc hiện đang sản xuất 60% xe điện trên thế giới và đang cố gắng đảm bảo kiểm soát lithium, một khoáng chất tự nhiên dồi dào có trong nước mặn và chủ yếu được sản xuất ở Nam Mỹ, cụ thể là ở Bolivia, Chile và Argentina.

Năm ngoái, công ty Tianqi Lithium của Trung Quốc đã trả 4 tỷ USD để mua cổ phần của công ty khai thác mỏ Chile Sociedad Química y Minera, giúp công ty này kiểm soát hiệu quả hơn một nửa sản lượng lithium toàn cầu và ngành công nghiệp mà Tianqi tập trung là thị trường pin lithium-ion , dự kiến ​​sẽ tăng quy mô. Từ 33 tỷ đô la vào năm 2018 lên hơn 73 tỷ đô la vào năm 2024 theo công ty nghiên cứu thị trường Global Market Insights.

Nhược điểm của pin lithium-ion

Lithi (được gọi là vàng trắng) là một nguyên tố hoạt động hóa học so với các nguyên tố khác, và ở Nam Mỹ, nơi sản xuất phần lớn lithi trên thế giới, vàng trắng được chiết xuất từ ​​bề mặt muối, nhưng phương pháp được sử dụng rất tiêu tốn nước trong một của những khu vực khô cằn nhất trên thế giới, đối với coban. Một khoáng chất khác cần thiết để sản xuất pin, hầu như chỉ được tìm thấy ở Cộng hòa Dân chủ Congo và nó được khai thác thông qua các hoạt động không an toàn, bao gồm cả việc sử dụng trẻ em làm lao động chiết xuất coban.

Hơn nữa, pin lithium-ion hiện nay quá đắt để tái chế, có nghĩa là chúng thường bị chôn vùi trong các bãi rác và người Mỹ thải bỏ khoảng hai tỷ pin lithium-ion mỗi năm. Tái chế pin xe điện có thể vẫn giữ được 70% điện năng ngay cả sau nhiều năm sử dụng.

Mặc dù nhu cầu về chúng tăng lên nhanh chóng, nhưng pin lithium-ion có những nhược điểm khác, chẳng hạn như các vấn đề an toàn và tác hại đến môi trường, bởi vì lithium-ion là một vật liệu vốn không ổn định và điều này có nghĩa là nó có thể phát nổ khi bị hỏng hoặc tiếp xúc với nhiệt độ cao. 195 cháy và nổ từ năm 2009 đến năm 2017, bao gồm các vấn đề đáng chú ý mà Samsung Galaxy Note 7 phải đối mặt trong năm 2016.

các giải pháp thay thế

Một số nhà nghiên cứu và nhà công nghệ đang cố gắng giải quyết những thách thức và bất lợi này của pin lithium-ion cho đến nay, trong khi những người khác đang nghiên cứu quá trình phát triển chậm để tìm ra giải pháp thay thế cho lithium-ion vì amoniac, magiê và natri đều đang được phát triển tại thời điểm này và tất cả đều có những mặt hạn chế, bao gồm khả năng duy trì năng lượng thấp và tính dễ bay hơi của vật liệu.

Jarvis Toe, phó giám đốc điều hành bộ phận tiếp thị và sản phẩm tại Enevate Corporation, một công ty sản xuất pin lithium-ion có trụ sở tại Irvine, California cho biết: “Có hai công nghệ pin chính chứng minh khả năng tuyệt vời cho ngành công nghiệp ô tô điện trong thập kỷ tới. là một chất hoạt tính có thể lưu trữ liti, và nó có độ dẫn điện cao.

Một bước phát triển lớn khác là giảm hoặc loại bỏ coban, hiện chiếm 20% chi phí nguyên liệu được sử dụng trong pin lithium-ion thông thường. Giá coban đã tăng từ 20 USD / tấn vào năm 2016 lên khoảng 80 USD hiện nay. Loại bỏ coban là chìa khóa để giảm giá thành. Pin lithium-ion, đó là lý do tại sao Panasonic và Tesla đang nghiên cứu để loại bỏ coban khỏi pin của họ.

"Công nghệ cathode ít coban hoặc không có coban có thể giúp tiếp tục giảm chi phí của pin EV để có được những chiếc EV được chứng nhận với giá cả phải chăng, nhanh hơn, vì catốt tiếp tục là thành phần đắt tiền nhất trong tế bào lithium-ion ngày nay và các công nghệ anode thống trị Silicon cung cấp khả năng sạc rất nhanh cùng với mật độ năng lượng cao và các tính năng an toàn. ”

Các nhóm nghiên cứu đã khám phá thành công việc sử dụng điện cực magiê crom oxit và dây nano vàng để thay thế coban mà cực âm thường được làm, cũng như pin "có thể nạp lại" có thể bổ sung chất điện phân trong tương lai. Một trạm phát điện ven đường trong tương lai có thể nạp đầy năng lượng cho xe điện của bạn với một chất điện phân mới khi Nhu cầu, loại bỏ mối quan tâm về phạm vi hiện đang là vấn đề chính đối với các phương tiện sử dụng pin lithium-ion.

Bill Ray, phụ trách lĩnh vực bán dẫn và điện tử tại công ty nghiên cứu thị trường Gartner, nói rằng chất tạo bọt bằng đồng có thể thay thế ion lithium trong vòng chưa đầy XNUMX năm, và nó sắp được sản xuất, và với một cực dương lớn hơn, có nghĩa là nó có thể được sạc. rất nhanh chóng. Tất nhiên là những gì người tiêu dùng muốn. "

Một số công ty, bao gồm Ford, đang phát triển các loại pin thể rắn hoạt động bằng cách thay thế bộ phân tách chất lỏng điện phân bằng chất rắn và một loạt các vật liệu tiềm năng đang được nghiên cứu bao gồm vật liệu tinh thể mới, silicon đa tinh thể LTPS và dây dẫn lithium hydride siêu bền., Và bình điện phân gốm.

Công nghệ tương lai

Việc sử dụng chất rắn có thể tạo ra pin dung lượng cao hơn đồng thời giảm nguy cơ cháy hoặc nổ, mặc dù những vật liệu này không được sản xuất chính thống. Phòng thí nghiệm Liên bang Thụy Sĩ về Khoa học và Công nghệ Vật liệu và Đại học Geneva cũng đã tạo ra một nguyên mẫu pin mới được gọi là 'trạng thái rắn'. Nói chung, loại pin này có tiềm năng hiệu quả hơn lithium-ion, có khả năng cao hơn và cung cấp mức độ an toàn cao.

"Nếu bạn có thể làm chủ khả năng sạc không dây đáng tin cậy trên một mét, bản thân công nghệ pin sẽ trở nên ít quan trọng hơn nhiều." Sven Schulz, Giám đốc điều hành của công ty Đức AKASOL về pin hiệu suất cao cho biết: “Mặc dù những thử nghiệm đầu tiên đang được tiến hành với hệ thống pin thể rắn, nhưng công nghệ thể rắn hiện có những nhược điểm về công nghệ và giá cả.

Ông hy vọng pin thể rắn sẽ gia nhập thị trường vào năm 2030, mặc dù ông tin rằng pin lithium-ion sẽ vẫn là lựa chọn tốt nhất trong ít nhất mười năm tới bởi vì trong khi sự phát triển của công nghệ lithium-ion không phải là một quá trình mang tính cách mạng, nó là cải tiến từng bước từ 2% đến 5%.% mỗi năm. Tuân thủ công nghệ này cho đến khi xuất hiện một công nghệ thử nghiệm mới là điều nên làm.

Về dài hạn, một số chuyên gia có cái nhìn hoàn toàn khác về tương lai của năng lượng pin, Ray nói rằng sạc cảm ứng không dây hoặc trong nhà thông qua đệm trong nhà để xe, bãi đậu xe đường phố hoặc thành phố là phổ biến.

"Hiện tại, sạc không dây không thực sự tốt hơn so với sạc bằng cáp. Nếu bạn có thể thành thạo tính năng sạc không dây đáng tin cậy trên một mét, bản thân công nghệ pin sẽ trở nên ít quan trọng hơn nhiều. Thiết bị của bạn liên tục dựa vào sạc."

Một số người trong ngành năng lượng dự đoán rằng việc lưu trữ năng lượng trong nước, chẳng hạn như Powerwall của Tesla, sẽ trở thành tiêu chuẩn vì các thiết bị này chứa pin lithium-ion có thể sạc lại có thể lưu trữ 13.5 kilowatt giờ điện, đủ để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà cỡ trung bình trong một ngày. nhu cầu tăng lên khi ngày càng có nhiều ngôi nhà được trang bị các tấm pin mặt trời và tuabin gió, và bạn cần phải tích trữ năng lượng này.

Cuối cùng, khi sự phụ thuộc của chúng ta vào các loại pin khác nhau tăng lên, động cơ thương mại sẽ tăng lên để khám phá các giải pháp mới, đáng tin cậy và hiệu quả hơn, và vì điều này, chúng ta cần có thêm kinh nghiệm về hóa học, vật lý, kỹ thuật và khoa học vật liệu để đoàn kết cùng nhau và điều quan trọng là chúng ta có một làn sóng hợp tác lớn mà địa chỉ những thách thức. Phát triển công nghệ pin mới.

Nguồn:

trung bình