Current track

Title

Artist


Evoluții recente în domeniul bateriilor: litiu-ion și dincolo de ele

Written by on iulie 20, 2021

Dacă dispozitivul de la care citiți acest articol nu primește energie de la o priză de perete, cel mai probabil este să utilizeze o baterie litiu-ion (uneori numită baterie Li-ion). Cererea pentru acest tip de baterie a crescut în ultimii ani, deoarece progresele tehnologice fac posibilă reducerea dimensiunii bateriei în timp ce crește cantitatea de energie stocată. În acest articol, ne concentrăm pe bateriile litiu-ion. De ce aceste baterii atrag atât de mult interes? Compania multinațională americană de tehnologie Apple are răspunsul: „Comparativ cu tehnologia tradițională a bateriilor, bateriile litiu-ion se încarcă mai repede, durează mai mult și au o densitate de putere mai mare pentru o durată mai mare de viață a bateriei într-un pachet mai ușor.” Apple adaugă: „Când știi puțin despre modul în care funcționează, pot funcționa mult mai bine pentru tine.” Începem prin a analiza câteva statistici care arată starea industriei bateriilor litiu-ion; apoi, vă explicăm cum funcționează bateriile litiu-ion și vă oferim sfaturi despre cum puteți păstra bateria în dispozitivul dvs. În cele din urmă, trecem prin unele dintre tehnologiile care rivalizează cu bateriile litiu-ion.

Unele statistici

Pentru a vă face o idee despre starea industriei bateriilor litiu-ion, să analizăm câteva statistici rapide:

● Se așteaptă ca cererea de energie a bateriei din întreaga lume să crească de la 184 GWh (Gigawatt ore) în 2018 la peste 2.600 GWh până în 2030. Pentru a vă face o idee despre ce înseamnă aceste cifre în realitate, poate fi necesar să știți că 1GW poate alimenta 110 milioane de LED-uri.

● Cererea de baterii litiu-ion este stimulată de creșterea rapidă a vânzărilor de vehicule electrice, companii precum Tesla vândând 500.000 de vehicule electrice în 2020.

● În 2020, dimensiunea proiectată a pieței bateriilor cu litiu a fost de 35,3 miliarde de dolari; este de așteptat să dubleze această cifră în 2025.

● Deoarece cererea pentru baterii litiu-ion continuă să crească, costul acestor baterii este de așteptat să fie cu 50% mai mic până în 2030.

● În mai 2021, cercetătorii de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate Paulson au raportat că au proiectat o baterie electrică în stare solidă litiu-metal pentru mașină electrică care poate fi încărcată în decurs de 10 până la 20 de minute și poate fi încărcată și descărcată de cel puțin 10.000 de ori.

Un premiu Nobel pentru oamenii de știință din spatele tehnologiei
Ca o indicație a cât de revoluționară este tehnologia bateriei litiu-ion, oamenii de știință care au jucat un rol activ în dezvoltarea tehnologiei au primit Premiul Nobel pentru chimie în 2019. Acești oameni de știință sunt John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham și Akira Yoshino. ScienceDaily.com, o sursă de informații de cercetare tehnică, științifică și medicală, oferă o idee cu privire la motivul pentru care Comitetul Nobel a găsit cei trei oameni de știință care merită premiul. Site-ul web citează Fundația Nobel: „Bateriile litiu-ion ne-au revoluționat viața de când au intrat pe piață în 1991”. Adăugând: „Au pus bazele unei societăți fără fir, fără combustibili fosili și sunt cele mai mari beneficii pentru omenire”. Tehnologia din spatele bateriei litiu-ion La fel ca bateriile tradiționale nereîncărcabile, bateriile litiu-ion stochează energie și o transformă în energie electrică atunci când este necesar. Energia care alimentează un dispozitiv rezultă din fluxul unui curent electric de la capătul negativ la capătul pozitiv al unei baterii. În același mod ca orice altă baterie, o baterie litiu-ion este compusă din celule. Celulele sunt componentele responsabile de generarea energiei. În fiecare celulă, veți găsi trei componente: Electrod pozitiv (+): Un compus chimic cunoscut sub numele de oxid de litiu-cobalt (LiCoO2) sau fosfat de litiu-fier (LiFePO4) este utilizat pentru a produce electrodul pozitiv (catodul). Electrodul pozitiv este atașat la borna pozitivă a bateriei. Electrod negativ (-): Fabricat de obicei din carbon (același material găsit în partea interioară a unui creion), electrodul negativ (anod) este conectat la terminalul negativ. Electrolit: acesta este mineralul care transmite sarcina electrică între catod și anod. În unele baterii, acest material este dizolvat în apă, rezultând mulți oameni care cred că un electrolit este întotdeauna un lichid. Cu toate acestea, există multe cazuri în care electrolitul este solid.
Încărcarea și descărcarea bateriilor litiu-ion
Atunci când o baterie reîncărcabilă litiu-ion se încarcă, cationii monovalenți (ioni care au o sarcină pozitivă) sunt transmise de la catod la anod. Pe măsură ce acești electroni pozitivi se mișcă, catodul câștigă electroni, iar anodul pierde electroni prin procese cunoscute sub numele de reducere și respectiv oxidare. Dispozitivul este complet încărcat atunci când nu sunt lăsați să curgă ioni. Când dispozitivul dumneaviastră este complet încărcat și începeți să-l utilizați, cationii monovalenți se deplasează de la anod la catod. Când telefonul mobil sau laptopul se opresc deoarece bateria este descărcată, înseamnă că nu mai curg ionii de la negativ la terminalul pozitiv.
Păstrarea duratei de viață a unei baterii litiu-ion
Una dintre problemele care provoacă confuzie cu bateriile litiu-ion este modul în care ar trebui să încărcați bateria, astfel încât să îi păstrați durata de viață. Durata de viață a unei baterii litiu-ion este adesea determinată de ciclurile de încărcare. Când dispozitivele mobile care utilizează baterii litiu-ion au devenit populare pentru prima dată, ni s-a spus adesea să așteptăm până când bateria a fost aproape descărcată înainte să o putem încărca. Chiar și în timp ce îl încărcați, în mod normal, veți continua să verificați bateria pentru a vedea dacă este plină, astfel încât să o puteți scoate din încărcător. Acest lucru a fost făcut pentru a preveni încărcarea bateriei peste capacitatea sa. Evoluțiile recente în bateriile litiu-ion și dispozitivele mobile au făcut lucrurile mult mai ușoare. De exemplu, Apple îi sfătuiește pe utilizatori: „Încărcați bateria litiu-ion Apple oricând doriți”.  „Nu este nevoie să îl lăsați să se descarce 100% înainte de reîncărcare”. Apple definește, de asemenea, expresia ciclu de încărcare: „Terminați un ciclu de încărcare atunci când ați utilizat (descărcat) o cantitate care este egală cu 100% din capacitatea bateriei – dar nu neapărat toate dintr-o singură încărcare.” Afirmația de mai sus înseamnă că, dacă bateria este la 50%, un ciclu complet de reîncărcare se va întâmpla numai atunci când ați folosit bateria la 0%, ați reîncărcat bateria la capacitatea maximă și apoi ați folosit-o până când s-a descărcat la 50%, consumând în total 100%. Dacă l-ați încărcat din nou în acest moment, începeți un al doilea ciclu de reîncărcare. Acest lucru este diferit de a spune că un ciclu de reîncărcare este de fiecare dată când așezați telefonul pe încărcător și apoi îl scoateți când este plin.
Sfaturi pentru conservarea unei baterii litiu-ion
Într-un articol publicat de PowerElectronics.com, un site dedicat proiectării energiei, Fran Hoffart oferă câteva sfaturi despre extinderea duratei de viață a unei baterii litiu-ion:
● Reîncărcați bateria în orice moment doriți: amintiți-vă, cu cât o baterie are mai puțină energie, cu atât funcționează mai greu pentru a menține dispozitivul în funcțiune, reducând durata de viață a bateriei.
Evitați încărcarea la o capacitate de 100%: pe măsură ce bateria se încarcă, se încălzește, ceea ce poate avea un efect dăunător asupra duratei sale de viață. Scoaterea bateriei din încărcător la 80% plină înseamnă că petrece mai puțin timp încălzindu-se la încărcare.
● Evitați încărcarea la temperaturi extreme: încărcarea bateriei sub 0 ° C o poate face instabilă și nesigură. Dar o încărcare rapidă? Răspunzând întrebării referitoare la faptul că încărcarea rapidă vă va deteriora bateria, Clifford Colby de la Cnet.com citează opiniile experților. El conchide: „Încărcarea rapidă nu vă va deteriora bateria”. Colby își susține concluzia menționând că faza inițială a unei încărcări rapide „aplică o explozie de tensiune la bateria goală sau aproape golită”, încărcând rapid bateria în minutele inițiale de încărcare. Deoarece bateria este descărcată, poate absorbi cu ușurință explozia de energie fără a suferi daune. În articolul său, Colby răspunde la o altă întrebare obișnuită: vă puteți supraîncărca bateria? El spune că nu vă puteți supraîncărca bateria, deoarece dispozitivele moderne sunt concepute pentru a monitoriza procesul de încărcare și a opri încărcarea după ce bateria este plină.
Tehnologii avansate
Densitatea energiei denotă cantitatea de energie care poate fi stocată într-un spațiu specific dintr-un material. Prin urmare, dacă o baterie mai mică și una mai mare stochează aceeași cantitate de energie, se spune că bateria mai mică are o densitate de energie mai mare decât bateria mai mare. Îmbunătățirea densității de energie este ceea ce un startup numit QuantumScape lucrează din greu pentru a realiza. Pe 8 decembrie 2020, QuantumScape a lansat o declarație care indică faptul că datele pe care le-a colectat de la următoarea generație de baterii în stare solidă litiu-metal „demonstrează o tehnologie cu baterii litiu-metal în stare solidă cu densitate mare de energie care îmbunătățește durata de viață, timpul de încărcare și Siguranță.” Compania susține că bateria sa este „concepută pentru a permite o autonomie cu până la 80% mai mare în comparație cu bateriile litiu-ion actuale”.
Se încarcă de zece ori mai repede
Oamenii de știință de la Departamentul de Electrochimie de la Universitatea din Sankt Petersburg susțin că lucrează la polimeri care conțin nitroxil redox-activ. Într-un articol scris de universitate și publicat de Scitechdaily.com, oamenii de știință susțin că „o baterie fabricată folosind polimerul nostru se va încărca în câteva secunde – de aproximativ zece ori mai rapid decât o baterie tradițională litiu-ion”. Oamenii de știință de la Universitatea din Sankt Petersburg recunosc că bateriile lor s-au confruntat cu o provocare în ceea ce privește capacitatea.
SciTechDaily.com îl citează pe liderul echipei de cercetare care spune: „Cu toate acestea, în acest stadiu, acesta rămâne în urmă în ceea ce privește capacitatea – cu 30 până la 40% mai mic decât în ​​cazul bateriilor litiu-ion”. Bateriile vor avea un rol crucial în viitor Pe măsură ce lumea își dă seama că utilizarea combustibililor fosili ca sursă de energie este nesustenabilă pe termen lung, energia bateriei va juca un rol crucial în tranziția energetică. Dacă vă uitați la eforturile pe care le-am prezentat mai sus; este clar că atât comunitatea academică, cât și industria se ridică la provocarea de a asigura o energie durabilă prin producerea de baterii mai sigure, mai ușoare, mai ieftine și mai durabile pe încărcare, cu o durată de viață la fel de lungă. Sursa: icrfq.com


Reader's opinions

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *