Тастан жасалған батареяларды қаламайсыз ба? Қайта зарядталатын батареялар саласында бізде жаңа революция күтіп тұр ма? Осының барлығы туралы бүгін.
Бүкіл әлемде жасыл энергия деп аталатын максималды тиімділікке қол жеткізу үшін жарыс бұрыннан бар. Атмосфераға парниктік газдар шығармайтын жаңартылатын энергия көздері – біздің өркениетіміздің болашағы, оған ешкім күмән келтірмейді. Бұл енді арман емес, бүгінгі күннің қажеттілігі. Ғалымдар электр қуатын үнемдеп, электр құрылғыларын барынша тиімді пайдалануға шақырып, дабыл қағуда.
Сондай-ақ қызықты: Қарау Motorola 40 жиегі: дәл сол «ақшаға арналған топ»
Көптеген құрылғылар батареялармен жұмыс істейді немесе батареялар, ескі Walkman ойнатқыштарынан бастап литий-иондық технологияларға (Li-ion) негізделген соңғы смартфондарға немесе электромобильдерге дейін. Олар көп жылдар бойы электр құрылғылары мен технологиялық құрылғылардың көпшілігінде қолданылған, бірақ олар энергияны үнемдейтін және берік емес. Сонымен қатар, уақыт өте келе оларды кәдеге жарату біздің қоршаған ортаның экологиялық жағдайы үшін нақты проблемаға айналады.
Литий-ионды батареялар барлық жерде дерлік орналастырылған, себебі олар арзан және жоғары өнімділікке ие. Соңғы онжылдықта бұл аккумуляторлардың құны айтарлықтай төмендегендіктен, олардың көптігінің арқасында олар ұзақ мерзімді пайдалану үшін ең қолайлы баламаға айналды. Бүгінгі күні бұл аккумуляторлар технологиялық жетістіктер арқылы емес, өндіріс әдістерін, құралдарын және тиімділігін қарапайым және тұрақты инженерлік оңтайландыру арқылы төмен бағаға және жоғары энергия тығыздығына қол жеткізді.
Дегенмен, электр энергиясын өндірудің жаңа әдістері мен технологияларының дамуымен оны сақтаудың тиімді әдістеріне сұраныс артуда. Кішігірім масштабта бұл мәселеде ешқандай проблемалар жоқ - шешім - электр энергиясының өзі сияқты шындықтың айқын элементі болып табылатын батареялар мен аккумуляторлардың әртүрлі түрлері.
Олар телефондарды, әртүрлі жарықтандыру түрлерін қуаттандыру үшін пайдаланылады, олар бір кездері фонарьларды немесе музыкалық ойнатқыштарды пайдалану үшін қажет болды, бірақ олардың барлығы қазір смартфондарда. Бірақ сіз бүкіл үй шаруашылығын қуаттандыруға қажетті энергияны қалай сақтайсыз? Бұл жағдайда да аккумуляторлар көмектесе алады екен. Әрине, біз дүкендерде сатылатын танымал «саусақтардың» типті батареялары туралы емес, өз бетінше қызықты инженерлік жетістіктер болып табылатын мүлдем жаңа құрылғылар туралы айтып отырмыз.
Литий-ионды аккумуляторлармен өнімділігі, құны және ұзақ мерзімділігі бойынша бәсекеге түсе алатын жаңа батареяларды жасау үшін ұзақ уақыт бойы зерттеулер жүргізілуде.
Бұл жаңа технологиялардың көпшілігі мүлдем жаңа емес. Негізінде олар литий-ионды батареяларға ұқсас жұмыс істейді, бірақ әртүрлі материалдарды пайдаланады. Міне, энергияны сақтау саласында жақында төңкеріс жасай алатын технологиялардың ең қызықты мысалдары.
Сондай-ақ оқыңыз: ChatGPT-тің 7 ең керемет пайдалануы
Аккумулятордың бұл түрі, басқалардан айырмашылығы, сұйық немесе гельдік электролиттерді пайдаланбайды, бірақ қатты пішіндер. Мұндай электролиттер әдетте керамика, шыны, полимерлер немесе сульфиттер түрінде болады. Қатты күйдегі батареялар тиімдірек, себебі олар литий-иондық әріптестері сияқты өлшемдерге көбірек қуат береді. Олардың, әсіресе, электромобильдерді қуаттандыру саласында үлкен әлеуеті бар.
Қатты күйдегі батареяның бүгінгі литий-ионды батареялармен жоғарыда аталған мәселелердің көпшілігін шешуге мүмкіндігі бар. Шыны қатты күйдегі батарея катодтың энергия тығыздығын арттыратын және ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз ететін сілтілі металды (литий, натрий немесе калий) анодты пайдалану арқылы энергия тығыздығынан үш есе көп болуы мүмкін. Қатты электролит жанғыш емес немесе кем дегенде өздігінен тұтануға төзімді деп саналады. Қатты күйдегі батареялардың жанбайтын табиғаты қызып кету қаупін азайтады, бұл ұяшықтарды тығызырақ орауға мүмкіндік береді, осылайша дизайн икемділігі мен көлемді тығыздықты арттырады.
Бұл аккумуляторларға үлкен үміт олардың әлдеқайда ұзағырақ жұмыс істей алатындығына байланысты. Және бұл қазіргі әлемде үлкен плюс.
Дегенмен, қатты күйдегі батареялар қазіргі уақытта технологиялық дайындықтың төмен деңгейінде және іргелі зерттеулер әлі де жалғасуда, бұл өндірістің жоғары құны мен ауқымдылығына қатысты белгісіздік пен алаңдаушылық тудырады. Міндет сонымен қатар қатты электролиттерді заманауи өндірістік тәжірибелермен үйлесетін, соңғы өнімнің ұзақ мерзімділігіне немесе құнына әсер етпеуі керек процесске енгізу және оған қоса, жақсырақ энергия мен қуат тығыздығы, қауіпсіздікті арттыру, және жоғары өткізу қабілеті ..
Сондай-ақ оқыңыз: Мен Bing чат-ботын сынап көрдім және сұхбат бердім
Литий-күкіртті (Li-S) аккумуляторлар («литий-күкіртпен» шатастырмау керек - бұл мәңгілік батареялар украиндықтардың дауларына байланысты) өткен ғасырдың 60-жылдарынан бастап тиімді құрылғы ретінде әзірленіп, зерттеле бастады. қайтымды электрохимиялық реакциялар арқылы энергияны сақтау. Литий-ионды аккумуляторлар (LIB) технологиясының қарқынды дамуы мен коммерциялануына қарамастан, таяу онжылдықтарда литий-ионды аккумуляторлар алдында тұрған маңызды техникалық мәселелерді шешу үшін ешқандай жетістікке қол жеткізілмеді. Сондықтан, 2000 жылдары Li-S батареялары өздерінің артықшылықтарына байланысты әзірлеушілер тарапынан айтарлықтай қызығушылықты қайтарды - төмен құны және жоғары теориялық меншікті энергия. Бұл көрсеткіштер қазіргі литий-иондық батареялардың сипаттамаларынан 3 есе дерлік жоғары. Төмен құны мен күкірттің жоғары мөлшері (яғни белсенді катодты материал) литий-ионды батареяларға қарағанда литий-күкіртті аккумуляторларды тартымды етеді, өйткені соңғылары катод өндірісінде кобальт пен никель сияқты маңызды материалдарды пайдаланады.
Ал литий-күкіртті аккумуляторларда аккумулятордағы екі электродтың бірі болып табылатын катод күкірттен жасалады. Бұл элемент дәстүрлі никель мен кобальтқа қарағанда теңдестірілген. Мұндай батареялар литий-ионды батареяларға қарағанда тиімдірек. Бұл, әрине, олар қолданылатын автомобильдердің кең ауқымына әкелуі мүмкін. Бұл аккумуляторлардың үлкен артықшылығы күкірттің арзан әрі кең таралған шикізат екендігінде деп айта аламыз. Сонымен қатар, мұндай аккумуляторларды өндіру процесі литий-иондық аккумуляторларды өндіру үшін қолданылатын процесске өте ұқсас, яғни оларды өндіру үшін бірдей құрылғылар мен өндірістік қуаттарды пайдалануға болады.
Батареялардың осы түрлерінің тағы бір артықшылығы - оларды өндіруге қажетті энергияның аз мөлшері, дерлік 25%. Барлық осы мүмкіндіктер литий-күкіртті аккумуляторларды өндіруді өте тиімді ете алады.
Әзірлеулер қазірдің өзінде қарқынды жүріп жатыр. Lyten компаниясы бұл салада ерекше табысқа жетті. Онда қазірдің өзінде толық LytCell EV батарея платформасы бар. Компания оның аккумуляторы қазіргі литий-иондық аккумуляторларға қарағанда арзанырақ және қауіпсіз және осы онжылдықтың ортасында АҚШ-та жасалған жаппай өндірілген электр көліктерінде қолданылуы мүмкін дейді.
Сондай-ақ қызықты: Google Bard AI: білуіңіз керек барлық нәрсе
Аккумулятордың бұл түрі ауаны пайдаланып темірдің тотығу процесі негізінде жұмыс істейді. Қайта зарядтау процесінде тотыққан заттар кері тотығу деп аталатын процесте қайтадан темірге айналады. Темір-ауа батареялары жақын болашақта кең таралады деп күтілуде, өйткені олар литий-ионды батареяларға қарағанда энергияны шамамен 25 есе ұзақ сақтауға мүмкіндік береді.
Темірдің де, ауаның да өте үлкен қорларына байланысты мұндай аккумуляторлар, әрине, әлдеқайда арзан болады. Есептеулер бойынша, олардың бағасы бар батареялардан шамамен 10 есе төмен болуы мүмкін! Өкінішке орай, мұндай батареялардың бір маңызды кемшілігі бар - темірдің тотығуының баяу жылдамдығына байланысты оларды зарядтау ұзақ уақытқа созылуы мүмкін.
Әйгілі Массачусетс технологиялық институтының (MIT) негізінде пайда болған Form Energy стартапы темір-ауа батареяларын сәтті дамытуда. Form Energy аккумуляторлары, әзірлеушілердің пікірінше, литийден он есе арзан және олар әлемде көп кездесетін темірді пайдаланады. Сонымен қатар, темір-ауа батареялары литий батареяларына қарағанда ұзағырақ жұмыс істей алады және олар жанғыш емес болғандықтан қауіпсіз.
Қазіргі уақытта байқалатын жалғыз кемшілік - бұл батареялардың зарядталуы баяу, бұл оларды литий батареяларына қарағанда, мысалы, ноутбуктер немесе смартфондар жағдайында өміршең емес. Екінші жағынан, олар ұлттық электр желісі деңгейінде энергияны сақтаудың тамаша шешімі болып табылады, өйткені олар алты сағатқа дейін жұмыс істей алатын литий батареяларына қарағанда 100 сағаттық энергияны сақтауды қамтамасыз ете алады. Осылайша олар кең ауқымды күн парктері мен жел электр станцияларының интеграциясын жеңілдете алады.
Сондай-ақ қызықты: Bluesky феномені: қандай қызмет түрі және ол ұзақ уақыт бойы?
Аккумулятордың жаңа түрінің тағы бір қызықты мысалы - электр қуатының орнына жылуды сақтайтын батареялар. Мысалы, израильдік Brenmiller Energy компаниясы жылу энергиясын сақтау үшін тау жыныстары сияқты балама материалдарды пайдаланумен айналысады. 2012 жылдан бастап Brenmiller Energy қиыршық тасты алдымен генерациялау үшін, содан кейін жылу энергиясын сақтау үшін пайдаланады. Мұндай технологиялар, өз кезегінде, әртүрлі мақсаттарда, мысалы, өнеркәсіпте қолданылуы мүмкін.
Бір қызығы, энергияны сақтау үшін қиыршық тасты пайдалану идеясы мүлдем жаңа емес. Көптеген жаңа технологиялары бар NASA өткен ғасырдың жетпісінші жылдарынан бері жылу энергиясын сақтау технологияларын сынап келеді. Кәдімгі батареялардан айырмашылығы, израильдік компания шығаратын батареялар бу, ыстық су немесе ыстық ауа шығару үшін энергияны пайдаланады. Brenmiller Energy өзінің Tempo деп аталатын зауыты сағатына 35 тоннаға дейін бу шығара отырып, 14 МВт/сағ қуат сақтай алатынын айтады.
Бұл энергиямен байланысты барлық шығарындылардың 45% өнеркәсіптік жылу секторынан келетін Израиль экономикасы үшін өте маңызды. Бұл жоба дәстүрлі қазба отынмен жұмыс істейтін бу қазандықтарын ауыстыру болып табылады.
Жаңа шындық жаңа шешімдерді талап етеді. Батареялардың жаңа түрлерінің пайда болуы энергия үнемдеу саласындағы технологиялардың дамуына ықпал етеді. Мүмкін, бірнеше жылдан кейін ноутбук немесе смартфонды күн сайын зарядтау қажет болмайды, өйткені ол бір зарядта бір ай немесе тіпті бір жыл жұмыс істейді. Сонымен қатар, жаңа үлгідегі аккумулятор энергияны үнемдеп қана қоймай, қоршаған ортаны сақтауға септігін тигізеді.
Сондай-ақ қызықты:
пікір қалдыру