Dünyayı Değiştirecek Batarya Teknolojileri

Bir dolar için beş yüz mil sürmek ister misin? Akıllı telefonunuzun konsol kalitesinde bilgisayar grafikleri oluşturmasını ve haftada bir kez şarj olmasını mı istiyorsunuz? Hafif Google Glass tarzı giyilebilir kulaklıkları haftalar boyunca şarj etmekten endişe duymadan kullanmak mümkün olmak istiyor?

Tüm bu harika teknoloji uygulamaları daha iyi batarya teknolojisini bekliyor. Batarya teknolojisi diğer teknolojilerden (işlemci hızı ve bilgisayar depolama alanı gibi) daha yavaş büyüyor ve şu anda şaşırtıcı sayıda sektördeki uzun çadır direği. Mevcut lityum-iyon teknolojisi için bazı temel sınırlara ulaştığımıza inanmak için iyi bir neden var ve ufukta birçok heyecan verici teknoloji var. Bugün en umut verici seçeneklerin dördüne bakıyor olacağız..

Daha iyi piller, elektrikli arabaların pratik olmasını sağlar, mobil cihazları şarj kaygısından kurtarmaz ve yepyeni hafif ve uzun ömürlü takılabilir sınıfları sunar. İşte bunu yapacaklar:

3. Çift Karbonlu Bataryalar

İstediğimiz kadar enerji yoğun olmamasının yanı sıra, mevcut lityum-iyon batarya teknolojisinde de ciddi kısıtlamalar var - özellikle şarj süresi, uçuculuk ve bozulma.

Lityum iyon pillerin şarj edilmesi zaman alır - çoğu zaman birkaç saat, en iyi teknolojiyle bile - ve muhtemelen benzinden daha güvenli olsa da, çalışma sırasında ısınırlar (özellikle elektrikli araçlarda kullanılanlar gibi yüksek performanslı piller). Isı dağılımı doğru şekilde yapılmazsa, oluşan kaçak reaksiyonu yangınlara veya hatta bir patlamaya neden olabilir.

İşlerin daha da kötüye gitmesi için, lityum-iyon pillerin şarj-deşarj döngüsü tahrip edicidir: sadece iki yüz elli şarj-deşarj döngüsünden sonra, lityum iyon piller depolama kapasitelerinin yüzde yirmi kadarını yitirmiş olacaktır. Bu, insanların her yıl veya iki yılda bir cihazlarını değiştirdiği akıllı telefonlar gibi pazarlar için iyidir, ancak insanların muhtemelen toksik ve pahalı bir pil bileşenini değiştirmek zorunda kalmadan yıllarca kullanmak isteyecekleri elektrikli araç gibi pazarlar için bir problemdir..

Şimdi, bir şirket “Güç Japonya Artı” şeklinde bir çözümü olduğunu düşünüyor “Çift karbon” Pil. Bu batarya teknolojisi bataryanın anot ve katotunun yerini alır (oldukça inert olan düz karbon ile pozitif ve negatif terminaller, tipik olarak lityum oksit gibi yüksek oranda reaktif bir metalden yapılır). Sonuç, lityum-iyon teknolojisinden çok daha fazla enerji depolamamış, fakat mevcut pillerin diğer sınırlamalarının çoğuna değinen bir pildir..

Çift karbonlu piller, lityum iyon teknolojisinden yirmi kat daha hızlı şarj edilebilir, işlem sırasında ısı üretmez ve ateş alması çok daha az olasıdır. Ayrıca çok daha yavaş bir şekilde bozulurlar (yaklaşık üç bin devir için iyidirler). Karbon kolayca temin edilebilir ve kimyasal olarak zararsız olduğundan, aynı zamanda ucuz, nispeten toksik olmayan ve geri dönüştürülebilir ürünlerdir..

Şirketin Pazarlama Direktörü Chris Craney, pillerin sonunda elektrikli otomobiller için büyük bir anlaşma olacağını düşünüyor: Atlantik’e,

“İddialı iddialarımız var […] Tesla seviyesine tırmanmak isteyen bir [elektrikli araç] şirketi varsa, konuşmak için iyi bir şirket oluruz. […] Cesur olmak gerekirse, mevcut elektrikli taşıt endüstrisi için büyük bir çözüm olduğumuza eminiz.”

Şirket, öncelikle tıbbi cihazlarda kullanılmak üzere bu yıl ilk pil üretimine başlamayı planlıyor..

2. Lityum Hava Pilleri

Pillerin yoğunluğunun arttırılmasına yönelik başka bir yaklaşım, kimyasalı modifiye etmektir, böylece güç üreten reaksiyon, lityum hava pillerinde olduğu gibi dış atmosferden (ve yeniden şarj ederken oksijen üretir) oksijen çeker. Bu teknoloji, IBM tarafından diğerleri arasında, pil teknolojisinin nihai bir kutsal kâsesi olarak takip edilmektedir..

Bataryadaki oksijeni depolamak yerine atmosferik oksijen kullanarak, teorik olarak depolama yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilirsiniz, teorik olarak geleneksel lityum hücrelere kıyasla kırk kat daha fazla yoğunluk artışı sağlayarak, binlerce mil yol alabilen elektrikli arabalara yol açabilir. ücretli olarak. Mevcut prototipler, mevcut lityum-iyon hücrelerini iki katına çıkardı. Bu yoğunluklar, kimyasal bir batarya ile elde edilebileceklerin teorik sınırına yakındır..

Bu pil teknolojisi, bazı yollardan kapalıdır (IBM, 5 ila 15 yıl tahmin eder), ancak birçok şekilde kimyasal pillerin kutsal kâsesini temsil eder - verilen ağırlık için mümkün olan en iyi yoğunluk. Şarj edilebilir lityum hava pilleri, geleneksel pil teknolojisinde duyulmamış bir şey olan enerji yoğunluğu için benzine rakip olabilir. IBM'in araştırma projesi için sayfası şöyle açıklar:

Günümüzde elektrikli otomobiller, mevcut pil teknolojisinde lityum-iyon (LIB) adı verilen tipik olarak sadece 100 mil yol alabiliyor. […] Bunu tanıyan IBM, 2009 yılında Pil yoğunluğunu on kat artıracak ve bu pillerin üretebileceği ve depolayabileceği enerji miktarını önemli ölçüde artıracak yeni bir tür lityum-hava pil teknolojisi geliştirmek için Battery 500 projesini başlattı. Bugün, IBM araştırmacıları, lityum hava pilleri için şarj etme ve şarj etme işleminin temel kimyasını başarıyla göstermiştir..

1. Grafen Ultracapacitors

Batarya performansını arttırmaya yönelik daha spekülatif bir yaklaşım, fikrin 'batarya' kısmını tamamen çıkarmaktır. Akü teknolojisine alternatif, kapasitörler olarak bilinen şeydir: bir rezistansla ayrılmış şarjlı plakalar. Elektrik kondansatörde elektrostatik bir alan olarak depolanabilir ve daha sonra boşaltılabilir (bir kediyi fırlatıp vücudunuzu statik bir yük oluşturmayı ve ardından bir kapı tokmağına boşaltmayı düşünün).

Geleneksel kondansatörler, depolayabilecekleri şarj miktarının yanı sıra, bu şarjı ne kadar yavaş serbest bırakabilecekleri konusunda ciddi sınırlamalara sahiptir. Bununla birlikte, kütleleri ve hacimleri için son derece yüksek yüzey alanlarına sahip olan grafen gibi malzemeler kullanılarak, konvansiyonel pillerle karşılaştırılabilir çok büyük kapasitans ve enerji yoğunluğuna sahip hücreler oluşturmak mümkündür..

Bu 'ultracapacitors' her şarj döngüsünde bozulmaz ve saniyeler içinde şarj edilebilir. Mevcut prototipler, 10.000 şarj döngüsünün üzerindeki kapasitansta azalma göstermez ve geleneksel lityum-iyon pillerle karşılaştırılabilir bir enerji yoğunluğu gösterir. Gelecekteki malzeme bilimi gelişmeleri bu sayıları daha da arttırabilir.

Yakın dönemde, bazı içerdekiler Tesla'nın saniyeler içinde şarj edebilecekleri ve elektrikli arabalarının menzilini şarj başına iki buçuk katına çıkarabilecek bir grafen ultracapacitor geliştirdiğini bildirdi. Elon Musk, daha önce bu fikirden bahsetti:

“Bir öngörüde bulunsaydım, bunun pil değil, süper kapasitör olma ihtimalinin iyi olduğunu düşünüyorum..”

Bu teknolojilerin hepsinin, uzun yıllardır kullandığımız lityum-iyon teknolojisini geçmeye başladıkça, yakın ve uzun vadede bir rolü vardır. Geçiş muhtemelen tamamen zarif olmayacak ya da istediğimiz kadar hızlı olmayacak, ancak on yıllar boyunca dünyayı değiştirecek yeni uygulamalar ve teknolojiler sağlayacak.

Geleceğin enerji teknolojisi ne olacağını düşünüyorsunuz?? Piller, kapasitörler veya başka bir şey mi olacak? Aşağıdaki yorum bölümünde düşüncelerinizi paylaşın!