Telefoons, elektrische auto's, ruimtestations - voor de werking van al deze apparaten heb je hoogwaardige, krachtige en
Hoe werkt de batterij van de toekomst?
Een internationaal team van wetenschappers onder leiding vanDarren Khan ontwikkelde met medewerking van LG-ingenieurs een krachtige solid-state batterij met een anode van puur silicium. Het werd de batterij van de toekomst genoemd omdat de eigenschappen ervan alle analogen overtreffen.
Om zo'n batterij te maken, hebben de auteurscombineerde twee benaderingen voor de productie van batterijen voor elektrische auto's, zodat de batterij een elektrolyt in vaste toestand en een siliciumanode heeft. De resulterende batterij is getest door een internationaal team en bevestigd dat deze veilig is.
Het kan ook niet alleen in elektrische auto's worden gebruikt, maar ook in elektrische netwerken.
Waarom ontwikkelen wetenschappers voortdurend nieuwe soorten batterijen? Wat is er mis met degene die we tegenwoordig gebruiken?
Meestal gebruiken we lithium-ionbatterijenvind je overal: in telefoons, laptops, camera's. Dergelijke batterijen zijn verre van ideaal: ze kunnen lange tijd en in grote hoeveelheden energie opslaan, maar slijten snel, stellen ook hoge eisen aan de temperatuur tijdens gebruik en zijn niet bestand tegen regelmatige en krachtige trillingen. Dit laatste heeft invloed op de werking in bijvoorbeeld elektrische voertuigen.
Het probleem is dat de kristalstructuurlithium-ionbatterijen worden bij elke laad-ontlaadcyclus vervangen. Dit betekent dat de rangschikking van atomen, die aanvankelijk de vereiste prestaties leverden, anders wordt.
Ook in de accu treedt corrosie op.Elke elektrode is verbonden met een stroomcollector, meestal een metaal zoals koper voor de anode en aluminium voor de kathode. Als dit verbindingselement begint te verslechteren en in te storten, zal ook het oppervlak van de stroomafnemer vervormen. Daarom, als het metaal gecorrodeerd is, kan het elektronen niet efficiënt verplaatsen.
Een ander probleem met moderne batterijen is het materiaalwaarvan ze zijn gemaakt. De meesten gebruiken kobalt - 60% van het kobaltaanbod in de wereld komt uit Congo, dus de marktafhankelijkheid is extreem groot en de mondiale productie kan lijden onder importproblemen.
Als lithium-ionbatterijen niet goed presteren, zullen de nieuwste siliciumanodebatterijen ze dan vervangen?
Ja, maar zo eenvoudig is het niet.Elke technologie heeft zijn nadelen. Tegenwoordig worden siliciumanodebatterijen bijvoorbeeld in Tesla gebruikt. Volgens Elon Musk helpt silicium in accu's van elektrische auto's de actieradius met 6% te vergroten. Ook hebben dergelijke batterijen een relatief hogere specifieke capaciteit - het is ongeveer 3.600 mA * h / g.
Maar er zijn ook problemen:Dit type anode is bijvoorbeeld onstabiel en kan daarom gevaarlijk zijn tijdens bedrijf. Als het in contact komt met een vloeibare elektrolyt, kan silicium energie niet goed opslaan. In dit geval verliest de elektromotor zijn vermogen. Dit is de reden waarom batterijen tegenwoordig niet volledig uit silicium bestaan. Als het percentage klein is, blijft de productiviteitsgroei minimaal.
Welke andere batterijen kunnen in de toekomst in onze apparaten verschijnen?
- Lithium-koolstofbatterij
Mahle ingenieurs samen metbatterijfabrikant Allotrope Energy heeft een nieuwe architectuur gecreëerd voor lithium-koolstofbatterijen op basis van supercondensatoren. De nieuwe batterij is gemaakt van een hogesnelheidsanode gecombineerd met een kathode. Beide delen worden gescheiden door een organische elektrolyt. Het kan supercondensatoren snel opladen en energie opslaan met een hoge dichtheid. De ontwikkelaars wisten er in 90 seconden een elektrische bromfiets mee op te laden.
- Lithiumzwavelbatterij met suiker
De auteurs van een ander wetenschappelijk werk creëerden lithium-zwavelbatterij en gebruikte suiker om het stabieler te maken. Sommige op suiker gebaseerde stoffen kunnen afbraak in geologische sedimenten voorkomen en ook sterke bindingen tussen sulfiden behouden. Als gevolg hiervan vertoonde de batterij met suiker een capaciteit van ongeveer 700 mAh / g en meer dan 1.000 cycli.
- Alkalimetaalchloorbatterij
Onderzoekers aan de Stanford Universityontwikkelde een alkalimetaalchloorbatterij: deze is gebaseerd op de omgekeerde chemische omzetting van natriumchloride (Na/Cl2) of lithiumchloride (Li/Cl2) in chloor. De resulterende cel vertoonde een vrij hoge ontladingscapaciteit - 2 800 mA * h / g van de kathode. Maar na de eerste gebruikscyclus is de capaciteit gehalveerd. Desondanks presteerde de batterij goed.
De batterijen van de toekomst zullen van gemaakt wordengewone en gemakkelijk recycleerbare materialen, en zullen ook energie gaan opslaan met een hoge dichtheid en vrijwel niet-corrosief zijn. Tot nu toe zijn ingenieurs en natuurkundigen er niet in geslaagd de perfecte formule voor een batterij te creëren, maar de behoefte aan efficiënte energieopslag blijft groeien, dus we zullen nog veel meer ongebruikelijke oplossingen in deze richting zien.
Lees verder
Hawking had gelijk, maar soms ook ongelijk: de meest gedurfde ideeën van de wetenschapper
Griepmedicatie kan het virus helpen
Een Chinese hypersonische raket cirkelde rond de hele wereld. Hoe kan dit en wat is er over haar bekend