Pčelarstvo Punjive baterije, rukovanje i mjere opreza
Sadržaj:
Na svijetu ima više mobilnih telefona nego ljudi. Gotovo svi od njih pokreću se punjive litij-ionske baterije, koje su najvažnija komponenta koja omogućuje prijenosnu elektroničku revoluciju u posljednjih nekoliko desetljeća. Nijedan od tih uređaja ne bi bio privlačan korisnicima ako nisu imali dovoljno snage da izdrže barem nekoliko sati, a da nisu posebno teški.
Litij-ionske baterije su također korisne u većim primjenama, kao što su električna vozila i sustavi za skladištenje energije pametne mreže. I inovacije istraživača u znanosti o materijalima, koje nastoje poboljšati litij-ionske baterije, utiru put za još više baterija s još boljim performansama. Već postoji potreba za izradom baterija velikog kapaciteta koje se neće zapaliti ili eksplodirati. I mnogi su sanjali o manjim, lakšim baterijama koje se pune za nekoliko minuta - ili čak sekundi - a ipak pohranjuju dovoljno energije za napajanje uređaja danima.
Međutim, istraživači poput mene razmišljaju još avanturističkije. Automobili i sustavi za skladištenje rešetki bili bi još bolji ako bi se mogli isprazniti i napuniti nekoliko desetaka tisuća puta tijekom mnogih godina, pa čak i desetljeća. Osoblje za održavanje i kupci voljeli bi baterije koje bi mogle sami nadzirati i slati upozorenja ako su oštećeni ili više ne funkcioniraju pri vrhunskim performansama - ili su se čak mogli popraviti. I ne može biti previše za sanjanje o dvostrukim namjenskim baterijama integriranim u strukturu predmeta, pomažući oblikovati oblik pametnog telefona, automobila ili zgrade, a istovremeno pokreće njegove funkcije.
Sve to može postati moguće jer moje istraživanje i drugi pomažu znanstvenicima i inženjerima da postanu još vještiji u kontroli i upravljanju stvarima na razini pojedinačnih atoma.
Materijali u nastajanju
Napredak u skladištenju energije uglavnom će se oslanjati na kontinuirani razvoj znanosti o materijalima, pomicanje granica performansi postojećih baterijskih materijala i razvoj potpuno novih struktura i kompozicija baterija.
Industrija baterija već radi na smanjenju troškova litij-ionskih baterija, uključujući uklanjanje skupog kobalta iz njihovih pozitivnih elektroda, nazvanih katode. To bi također smanjilo ljudske troškove tih baterija, jer mnogi rudnici u Kongu, vodeći svjetski izvor kobalta, koriste djecu kako bi obavljali teški fizički rad.
Vidi također: Ovaj pola baterije, Half Hidrična ćelija može biti ukupna igra izmjenjivač
Istraživači pronalaze načine kako zamijeniti materijale koji sadrže kobalt katodama napravljenim uglavnom od nikla. Na kraju, oni mogu zamijeniti nikal manganom. Svaki od tih metala je jeftiniji, obilniji i sigurniji za rad od svog prethodnika. Ali oni dolaze s kompromisom, jer imaju kemijska svojstva koja skraćuju životni vijek njihovih baterija.
Istraživači su također u potrazi za zamjenom litij iona koji shuttle između dvije elektrode s iona i elektrolita koji mogu biti jeftiniji i potencijalno sigurnije, kao što su one na temelju natrija, magnezija, cinka ili aluminija.
Moja istraživačka skupina razmatra mogućnosti korištenja dvodimenzionalnih materijala, bitno ekstremno tankih listova tvari s korisnim elektroničkim svojstvima. Grafen je možda najpoznatiji od njih - list ugljika debljine samo jednog atoma. Želimo vidjeti može li slaganje slojeva različitih dvodimenzionalnih materijala, a zatim infiltracija u vodu s vodom ili drugim vodljivim tekućinama, biti ključne komponente baterija koje se brzo pune.
Gledajući unutar baterije
Ne samo da novi materijali proširuju svijet inovacija baterija: nova oprema i metode također istraživačima omogućuju da lakše vide ono što se događa unutar baterija nego što je to bilo prije moguće.
U prošlosti, istraživači su pokretali bateriju kroz određeni proces pražnjenja ili broj ciklusa, a zatim su izvadili materijal iz baterije i pregledali ga nakon činjenice. Tek tada bi znanstvenici mogli saznati koje su se kemijske promjene dogodile tijekom procesa i zaključiti kako je baterija stvarno funkcionirala i što je utjecalo na njegovu učinkovitost.
Ali sada, istraživači mogu gledati materijale baterija dok prolaze kroz proces skladištenja energije, analizirajući čak i njihovu atomsku strukturu i sastav u stvarnom vremenu. Možemo koristiti sofisticirane spektroskopske tehnike, kao što su rendgenske tehnike dostupne s tipom akceleratora čestica zvanim sinkrotron - kao i elektronski mikroskopi i skenirane sonde - kako bismo gledali kako se ioni kreću i fizičke strukture mijenjaju kako se energija pohranjuje i oslobađa iz materijala u bateriji.
Vidi također: Kako baterija proboj može dovesti do električnih automobila koji se naplaćuju u sekundi
Te metode omogućuju istraživačima poput mene zamisliti nove strukture i materijale baterija, napraviti ih i vidjeti koliko dobro - ili ne - rade. Na taj način moći ćemo zadržati revoluciju materijala za baterije.
Ovaj članak je izvorno objavljen na konverzaciji Veronice Augustyn. Pročitajte izvorni članak ovdje.
Tesla Powerwall: Zašto je solarna baterija teško dobiti za kuće
Kupci koji žele kupiti akumulatore za svoj sustav solarne energije u velikoj su mjeri tražili Tesla Powerwall, ali samo mali dio tvrtki zapravo nudi proizvod. To je prema istraživanju više od 870 američkih solarnih instalatera.
Kako vidjeti večerašnji žetveni mjesec Svibanj ili svibanj neće imati pomrčinu Mjeseca
U skladu s čudnošću 2016, ovogodišnji Harvest Moon je nepredvidljiv i bizaran.
Novi Tesla baterija Patent pokazuje kako tvrtka je inovativan u sigurnosti baterija
Tesla je objavio novi patent uoči sljedećeg tjedna, otkrivajući napore tvrtke da poboljša sigurnost baterija. Čini se da su nove promjene osmišljene kako bi spriječile pogođenu ćeliju baterije da utječe na one pored nje, iako je nejasno gdje će biti implementirane.