Tehnologii de baterie care vor schimba lumea

Vrei să conduci cinci sute de kilometri pentru un dolar? Doriți telefonului dvs. smartphone să reproducă grafica grafică a consolei și să se reîncarce o dată pe săptămână? Vrei să poți folosi lenjerii obișnuiți cu stil din sticlă ușoară Google pentru câteva săptămâni fără să te îngrijorezi să le încuiiezi?

Toate aceste aplicații de tehnologie extraordinară așteaptă o tehnologie mai bună a acumulatorilor. Tehnologia acumulatorilor a crescut mai încet decât alte tehnologii (cum ar fi viteza procesorului și stocarea pe computer) și este acum un pol de cort lung într-un număr uluitor de industrii. Există motive întemeiate să credem că atingem câteva limite fundamentale ale tehnologiei litiu-ion actuale și că există o serie de tehnologii interesante la orizont. Astăzi vom examina patru dintre cele mai promițătoare opțiuni.

Bateriile mai bune sunt folosite pentru a face mașinile electrice practice, dispozitivele mobile de la încărcarea anxietății, și să permită întregi noi clase de purtători ușori și de lungă durată. Iată cum o vor face:

3. Baterii cu dioxid de carbon

Pe langa faptul ca nu sunt la fel de energice cum am fi dorit, exista alte limitari grave la tehnologia existenta a bateriei litiu-ion - in special timpul de incarcare, volatilitatea si degradarea.

Bateriile litiu-ion necesită timp pentru încărcare - deseori câteva ore, chiar și cu cea mai bună tehnologie - și, probabil, mai sigure decât benzina, se încălzesc în timpul funcționării (baterii deosebit de performante, cum ar fi cele utilizate în vehiculele electrice). Dacă disiparea căldurii nu este gestionată corect, reacția runaway rezultată poate provoca incendii sau chiar o explozie.

Pentru a face lucrurile mai grave, ciclul de încărcare-descărcare a bateriilor litiu-ion este distructiv: după doar două sute cincizeci de cicluri de descărcare, bateriile litiu-ion vor pierde deja aproximativ douăzeci la sută din capacitatea lor de stocare. Acest lucru este bine pentru piețele cum ar fi telefoanele inteligente, unde oamenii își înlocuiesc dispozitivele în fiecare an sau două, dar este o problemă pentru piețele cum ar fi vehiculul electric pe care oamenii ar dori probabil să îl folosească de ani de zile fără a înlocui o componentă toxică și scumpă a bateriei.

Acum, a sunat o companie “Power Japan Plus” crede că are o soluție, sub forma unui a “dual-carbon” baterie. Această tehnologie a acumulatorului înlocuiește anodul și catodul bateriei (terminalele pozitive și negative, de obicei făcute dintr-un metal foarte reactiv ca oxidul de litiu) cu carbon simplu, care este destul de inert. Rezultatul este o baterie care nu stochează dramatic mai multă energie decât tehnologia litiu-ion, dar se adresează multor altor limite ale bateriilor curente.

Dual-carbon bateriile se pot încărca douăzeci de ori mai repede decât tehnologia litiu-ion, nu produc căldură în timpul funcționării, și sunt mult mai puțin probabil să se aprindă. De asemenea, ele se degradează mult mai lent (sunt bune pentru aproximativ trei mii de cicluri). Deoarece carbonul este ușor disponibil și chimic inofensiv, este, de asemenea, ieftin, relativ netoxic și reciclabil.

Chris Craney, directorul de marketing al companiei, crede că bateriile vor fi în cele din urmă o afacere importantă pentru mașinile electrice: vorbind cu Atlanticul, a spus el,

“Avem pretenții ambițioase [...] Dacă există o companie [electrică] care dorește să urce la nivelul Teslei, am fi o companie bună cu care să vorbim. [...] Pentru a fi îndrăzneț, suntem convinși că suntem o soluție majoră pentru industria curentă a vehiculelor electrice.”

Compania intenționează să producă în acest an o serie de baterii inițiale, destinate în principal echipamentelor medicale.

2. Baterii cu litiu-aer

O altă abordare a creșterii densității bateriilor este modificarea chimiei astfel încât reacția generatoare de putere să atragă oxigenul din atmosfera exterioară (și produce oxigen în timpul reîncărcării), ca în cazul bateriilor cu litiu-aer. Această tehnologie este urmărită de IBM, printre altele, ca un eventual grail sfânt al tehnologiei acumulatorilor.

Folosind oxigenul atmosferic în loc să depozitați oxigenul în baterie, puteți crește drastic densitatea de stocare, teoretic oferind câștiguri de densitate de până la patruzeci de ori, comparativ cu celulele litiului convenționale, ceea ce duce la mașini electrice care pot călători de mii de kilometri pe o taxă. Prototipurile existente au lovit celulele litiu-ion actuale cu un factor dublu. Aceste densități se apropie de limita teoretică pentru ceea ce poate fi realizat printr-o baterie chimică.

Această tehnologie a acumulatorului este în afara căilor de atac (IBM estimează între 5 și 15 ani), dar în multe feluri reprezintă graalul sfânt al bateriilor chimice - cea mai bună densitate posibilă pentru o anumită greutate dată. Bateriile reîncărcabile cu litiu-aer pot rivaliza benzina pentru densitatea energetică, ceva nemaiauzit în tehnologia convențională a bateriilor. Pagina IBM pentru proiectul de cercetare îl descrie astfel:

Vehiculele electrice de astăzi pot călători în mod obișnuit la numai 100 de mile pe tehnologia bateriei actuale, numită litiu-ion (LIB). [...] Recunoscând acest lucru, IBM a demarat proiectul Battery 500 în 2009 pentru a dezvolta un nou tip de tehnologie de baterie cu litiu-aer care se așteaptă să sporească densitatea de energie de zece ori, sporind dramatic cantitatea de energie pe care aceste baterii le poate genera și stoca. Astăzi, cercetătorii IBM au demonstrat cu succes chimia fundamentală a procesului de încărcare și reîncărcare pentru bateriile cu litiu-aer.

1. Graphene Ultracapacitoare

O altă abordare mai speculativă a îmbunătățirii performanțelor acumulatorilor este de a scoate din plin partea "baterie" a ideii. O alternativă la tehnologia bateriilor este ceea ce se numește condensatori: plăci încărcate, separate de un rezistor. Electricitatea poate fi stocată în condensator ca un câmp electrostatic și apoi descărcată ulterior (gândiți-vă să construiți o încărcătură statică pe corpul dvs. făcând o pisică și apoi descărcând corpul într-o ușă).

Conductoarele convenționale au limite serioase pentru cantitatea de încărcătură pe care o pot stoca, precum și pentru cât de lent pot elibera acea încărcătură. Cu toate acestea, prin utilizarea de materiale cum ar fi grafen, care au suprafețe enorme de suprafață pentru masa și volumul lor, este posibil să se creeze celule cu capacitate enormă și densități de energie comparabile cu bateriile convenționale.

Acești "ultracapacitori" nu s-ar degrada la fiecare ciclu de încărcare și ar putea fi încărcați în câteva secunde. Prototipurile existente nu indică o reducere a capacității peste 10.000 de cicluri de încărcare și ar demonstra o densitate a energiei comparabile cu bateriile tradiționale cu litiu-ion. Viitoarele îmbunătățiri ale științei materialelor ar putea conduce la creșterea numărului acestor numere.

Pe termen scurt, unii dintre cei implicați declară că Tesla dezvoltă un ultracapacitor de grafen care ar putea să perceapă taxe în câteva secunde și să dubleze gama de mașini electrice la 500 de kilometri per încărcare. Elon Musk, la rândul său, a menționat ideea înainte:

“Dacă aș face o predicție, cred că există o șansă bună să nu fie baterii, ci super-condensatori.”

Toate aceste tehnologii joacă un rol, pe termen scurt și lung, pe măsură ce începem să trecem peste tehnologia litiu-ion pe care o folosim de zeci de ani. Tranziția, probabil, nu va fi în întregime grațioasă sau la fel de rapidă cum ne-ar plăcea, dar va permite noi aplicații și tehnologii care vor schimba lumea timp de câteva decenii.

Ce credeți că va fi tehnologia energetică a viitorului? Vor fi baterii, condensatoare sau altceva? Împărtășiți-vă gândurile în secțiunea de comentarii de mai jos!

Explorați mai multe despre: tehnologia auto, durata de viață a bateriei.