Viltu ekki rafhlöður úr steinum? Stöndum við frammi fyrir nýrri byltingu á sviði endurhlaðanlegra rafhlaðna? Um allt þetta í dag.
Um allan heim hefur lengi verið kapphlaup um að ná sem mestri hagkvæmni svokallaðrar grænnar orku. Endurnýjanlegir orkugjafar sem losa ekki gróðurhúsalofttegundir út í andrúmsloftið eru framtíð siðmenningar okkar, sem enginn efast um. Þetta er ekki lengur bara draumur, heldur þörf dagsins. Vísindamenn láta sífellt meira í sér heyra og hvetja okkur til að spara rafmagn og reyna að nota raftæki eins vel og hægt er.
Einnig áhugavert: Upprifjun Motorola Edge 40: sami „toppur fyrir peningana“
Flest tæki ganga fyrir rafhlöðum eða rafhlöður, allt frá gömlum Walkman spilurum til nýjustu snjallsíma eða rafbíla, byggða á litíumjónatækni (Li-ion). Þau hafa verið notuð í mörg ár í flest raftæki og tæknitæki, þó þau séu ekki mjög orkusparandi og endingargóð. Að auki verður förgun þeirra með tímanum raunverulegt vandamál fyrir vistfræðilegar aðstæður umhverfisins.
Lithium-ion rafhlöður eru settar nánast alls staðar, vegna þess að þær eru ódýrar og hafa mikla afköst. Þar sem kostnaður við þessar rafhlöður hefur lækkað umtalsvert undanfarinn áratug, eru þær að verða hagkvæmasti valkosturinn til langtímanotkunar, einfaldlega vegna þess hversu mikið þær eru. Í dag hafa þessar rafhlöður náð litlum tilkostnaði og aukinni orkuþéttleika, ekki með tæknilegum byltingum, heldur með einfaldri og viðvarandi hagræðingu verkfræðinnar á framleiðsluaðferðum, verkfærum og skilvirkni.
Hins vegar, með þróun nýrra aðferða og tækni við raforkuframleiðslu, eykst eftirspurn eftir skilvirkum aðferðum við geymslu þess. Í litlum mæli eru engin vandamál með þetta - lausnin er ýmsar gerðir af rafhlöðum og rafgeymum, sem eru jafn augljós þáttur í raunveruleikanum og rafmagnið sjálft.
Þau eru notuð til að knýja síma, ýmis konar lýsingu, þau voru einu sinni nauðsynleg til að nota vasaljós eða tónlistarspilara, þó allt sé þetta nú í snjallsímunum okkar. En hvernig geymir þú orkuna sem þarf til að knýja heilt heimili? Það kemur í ljós að rafhlöður geta komið sér vel í þessu tilfelli líka. Auðvitað er ekki verið að tala um rafhlöður af þeirri tegund vinsælu „fingra“ sem fást í verslunum heldur alveg ný tæki, sem eru spennandi verkfræðileg afrek í sjálfu sér.
Rannsóknir hafa staðið yfir í nokkuð langan tíma til að þróa nýjar rafhlöður sem geta keppt við litíumjónarafhlöður hvað varðar afköst, kostnað og endingu.
Margar þessara nýju tækni eru ekki alveg nýjar. Í meginatriðum virka þær svipað og litíumjónarafhlöður, en nota mismunandi efni. Hér eru nokkur af áhugaverðustu dæmunum um tækni sem gæti brátt gjörbylt sviði orkugeymslu.
Lestu líka: 7 svalasta notkun ChatGPT
Þessi tegund af rafhlöðum, ólíkt öðrum, notar ekki vökva eða hlaup raflausn, heldur fast form. Slík raflausn eru venjulega í formi keramik, gler, fjölliða eða súlfít. Solid-state rafhlöður eru skilvirkari vegna þess að þær veita meiri orku fyrir sömu stærðir og litíumjóna hliðstæða þeirra. Þeir hafa mikla möguleika, sérstaklega á sviði rafknúinna ökutækja.
Solid-state rafhlaða hefur möguleika á að leysa flest vandamálin sem talin eru upp hér að ofan með litíumjónarafhlöðum nútímans. Föst rafhlaða úr gleri getur haft þrisvar sinnum meiri orkuþéttleika með því að nota alkalímálm (litíum, natríum eða kalíum) rafskaut, sem eykur orkuþéttleika bakskautsins og veitir langan líftíma. Raflausn í föstu formi er talin óeldfim eða að minnsta kosti ónæm fyrir sjálfkveikju. Óeldfimt eðli rafhlaðna í föstu formi dregur einnig úr hættu á ofhitnun, sem gerir klefum kleift að pakka þéttara saman og eykur þannig sveigjanleika í hönnun og rúmþyngd.
Miklar vonir við þessar rafhlöður tengjast því að þær geta endað mun lengur. Og þetta er stór plús í heiminum í dag.
Hins vegar eru rafhlöður í föstu formi eins og er á lágu stigi tækniviðbúnaðar og grunnrannsóknir eru enn í gangi, sem valda óvissu og áhyggjum sem tengjast háum framleiðslukostnaði og sveigjanleika. Áskorunin er einnig að koma á föstu raflausnum inn í ferli sem er samhæft við nútíma framleiðsluhætti, sem ætti ekki að hafa áhrif á endingu eða kostnað endanlegrar vöru, á sama tíma og bæta ávinningi eins og betri orku og aflþéttleika, aukið öryggi og meiri afköst. . . .
Lestu líka: Ég prófaði og tók viðtal við spjallbot Bing
Litíum-brennisteins (Li-S) rafhlöður (ekki rugla saman við "litíum-brennisteini" - þessar eilífu rafhlöður eru knúnar áfram af deilum Úkraínumanna) byrjaði að þróa og rannsaka síðan á sjöunda áratug síðustu aldar sem áhrifaríkt tæki fyrir geymir orku með því að nota afturkræf rafefnafræðileg viðbrögð. Þrátt fyrir hraða þróun og markaðssetningu litíumjónarafhlöðu (LIB) tækni hefur engin bylting náðst til að leysa mikilvægar tæknilegar áskoranir sem litíumjónarafhlöður standa frammi fyrir á næstu áratugum. Þess vegna, á 60, náðu Li-S rafhlöður aftur verulegum áhuga frá þróunaraðilum vegna kosta þeirra - lítill kostnaður og hár fræðileg sértæk orka. Þessar vísbendingar eru næstum 2000 sinnum hærri en eiginleikar núverandi litíumjónarafhlöður. Lágur kostnaður og hátt innihald brennisteins (þ.e. virkt bakskautsefni) gerir litíum-brennisteinsrafhlöður meira aðlaðandi en litíumjónarafhlöður, í ljósi þess að þær síðarnefndu nota mikilvæg efni eins og kóbalt og nikkel í bakskautframleiðslu.
Og í litíum-brennisteinsrafhlöðum verður bakskautið, sem er annað af tveimur rafskautum rafhlöðunnar, úr brennisteini. Þetta frumefni er meira jafnvægi en hefðbundið nikkel og kóbalt. Slíkar rafhlöður eru skilvirkari en litíumjónarafhlöður. Þetta getur augljóslega leitt til lengri drægni þeirra bíla sem þeir verða notaðir í. Við getum sagt að stóri kosturinn við þessar rafhlöður sé sá að brennisteinn er ódýrt og útbreitt hráefni. Á sama tíma er framleiðsluferli slíkra rafhlaðna mjög svipað því sem notað er við framleiðslu á litíumjónarafhlöðum, sem þýðir að hægt er að nota sömu tæki og framleiðslugetu við framleiðslu þeirra.
Annar kostur þessara tegunda af rafhlöðum er minni orka sem þarf til framleiðslu þeirra, um tæp 25%. Allir þessir eiginleikar geta gert framleiðslu á litíum-brennisteins rafhlöðum mjög arðbæra.
Þróunin er þegar í fullum gangi. Fyrirtækið Lyten hefur náð sérstaklega miklum árangri á þessu sviði. Það er nú þegar með heilan LytCell EV rafhlöðuvettvang. Fyrirtækið segir að rafhlaðan sé ódýrari og öruggari en litíumjónarafhlöður í dag og gæti verið notuð í fjöldaframleidd rafbíla sem smíðuð eru í Bandaríkjunum um miðjan þennan áratug.
Einnig áhugavert: Google Bard AI: Allt sem þú þarft að vita
Þessi tegund af rafhlöðum virkar á grundvelli oxunarferlis járns með því að nota loft. Í endurhleðsluferlinu er oxuðum efnum breytt aftur í járn í ferli sem kallast öfug oxun. Búist er við að járn-loft rafhlöður verði útbreiddar í náinni framtíð, aðallega vegna þess að þær leyfa orkugeymslu næstum 25 sinnum lengur en litíumjónarafhlöður.
Vegna mjög mikillar forða bæði járns og lofts myndu slíkar rafhlöður vissulega kosta mun minna. Samkvæmt áætlunum getur verð þeirra verið lægra en núverandi rafhlöður um það bil 10 sinnum! Því miður hafa slíkar rafhlöður einn verulegan galla - vegna hægs hraða járnoxunar getur hleðsla þeirra tekið langan tíma.
Sprotafyrirtækið Form Energy, sem varð til á grundvelli hinnar frægu Massachusetts Institute of Technology (MIT), er að þróa járn-loft rafhlöður með góðum árangri. Form Energy rafhlöður, að sögn þróunaraðila, eru tíu sinnum ódýrari en litíum, og þær nota járn, sem er mikið í heiminum. Jafnframt geta járn-loft rafhlöður enst lengur en litíum rafhlöður og eru einnig öruggari vegna þess að þær eru ekki eldfimar.
Eini gallinn sem sést er í augnablikinu er að þessar rafhlöður eru hægar í hleðslu, sem gerir þær að óvænlegri kostur en litíum rafhlöður, til dæmis þegar um fartölvur eða snjallsíma er að ræða. Aftur á móti eru þær frábær lausn fyrir orkugeymslu á vettvangi raforkukerfisins, þar sem þær geta veitt 100 klukkustunda orkugeymslu, mun lengur en litíum rafhlöður, sem geta varað í allt að sex klukkustundir. Þannig geta þeir auðveldað samþættingu stórra sólargarða og vindorkuvera.
Einnig áhugavert: Bluesky fyrirbærið: hvers konar þjónusta og er hún í langan tíma?
Annað áhugavert dæmi um nýja tegund af rafhlöðum eru þær sem geyma hita í stað rafmagns. Til dæmis vinnur ísraelska fyrirtækið Brenmiller Energy að því að nota önnur efni, eins og steina, til að geyma varmaorku. Síðan 2012 hefur Brenmiller Energy notað mulið stein fyrst til framleiðslu og síðan til varmaorkugeymslu. Slík tækni er aftur á móti hægt að nota í ýmsum tilgangi, til dæmis í iðnaði.
Athyglisvert er að hugmyndin um að nota mulið stein til orkugeymslu er ekki alveg ný. NASA, sem hefur marga nýja tækni til sóma, hefur verið að prófa geymslutækni fyrir varmaorku síðan á áttunda áratug síðustu aldar. Ólíkt þeim hefðbundnu nota rafhlöðurnar sem framleiddar eru af ísraelska fyrirtækinu orku til að framleiða gufu, heitt vatn eða heitt loft. Brenmiller Energy segir verksmiðju sína, sem nefnist Tempo, geta geymt allt að 35 MWst af orku og framleiði allt að 14 tonn af gufu á klukkustund.
Þetta er mjög mikilvægt fyrir ísraelska hagkerfið, þar sem allt að 45 prósent af allri orkutengdri losun kemur frá iðnaðarhitunargeiranum. Þetta verkefni er að skipta um gufukatla sem ganga fyrir hefðbundnu jarðefnaeldsneyti.
Nýr veruleiki krefst nýrra lausna. Útlit nýrra tegunda rafhlöðu mun stuðla að þróun tækni á sviði orkusparnaðar. Kannski eftir nokkur ár þarf ekki lengur að hlaða fartölvuna þína eða snjallsímann á hverjum degi, því það mun virka í mánuð, eða jafnvel ár, á einni hleðslu. Og á sama tíma mun nýja gerð rafhlöðunnar ekki aðeins spara orku, heldur einnig stuðla að varðveislu umhverfisins.
Einnig áhugavert:
Skildu eftir skilaboð