Publicerade 3 kommenttia

Framtidens batterier

batterier i framtidens byte av li-ion

Framtida batterier tjänar lovande oöverträffad prestanda. Har du någonsin undrat varför ditt uppladdningsbara batteri är bara litiumjon eller litiumpolymer? Hur kan jag utveckla batterier?

I synnerhet litiumjonbatterier har burit batteriindustrin sedan de kom in på marknaden på 1990-talet. Sedan dess har utvecklingen av batterier huvudsakligen baserats på förbättring av litiumjonbatterier, men det faktiska utvecklingshoppet har gjort det möjligt för sig själv att vänta nästan 30 år. Det handlar inte om bristande företagande, utan om de stränga krav som marknaden ställer. Tillkännagivanden av nya innovationer kommer varje vecka, men de flesta är ekonomiskt olönsamma eller för instabila för utbredd användning.

Var är elbilen 1000 km på vägen? – Utmaningar för batteriförberedelser

Enbart teknisk innovation kommer inte att räcka om batteriet inte kan göras tillräckligt prisvärt för att producera. För att lyckas på marknaden måste batterierna klara strikta säkerhetskriterier och ge tillräcklig kapacitet/hållbarhetsförhållande till priset.

Productization av batterier

Vid bedömning av ett batteris funktionalitet och användbarhet kommer fokus att ligga på åtta områden där hela batteriet måste uppfylla de kriterier som krävs. Dessa områden är:

1) Kapacitet.

Ju längre batteriet har ström efter laddning, desto bättre.  Denna aspekt illustreras av batteriets strömbrytare Ah. Ju större Ah är, ju längre batteriet kommer att generera ström. Kapaciteten ökas vanligtvis på bekostnad av urladdningsströmmen och vice versa.

2) Utloppsström.

Detta talar om hur mycket ström batteriet är utformat för att ge upp i bruk. Elektriska verktyg kräver vanligtvis en högre urladdningsström, som i sin tur har en lägre kapacitet på batterierna.

3) Överkomligt pris.

Syftet är att täcka tillverkningskostnaderna med massproduktion. Massproduktion, å andra sidan, kräver ett stort antal användare på marknaden för batteriet. Ny teknik ökar initialt produktionskostnaderna, särskilt i högpresterande batteri.

4) Lång livslängd.

Livslängden är en av de viktigaste aspekterna, särskilt för stora, dyrare batteripaket. Befintliga elbilar kritiseras för sitt batteri, som för närvarande varar i ca 8-10 år. Om hållbarheten hos dessa batterier skulle ökas till 20 år skulle användningen av elbilar vara mycket mer lönsam, även om batteriet i fråga skulle bli något dyrare.

Befintliga litiumjonbatterier tål ca 500-1000 laddningar beroende på användning. Den äldre batterikemin Ni-MH kan ta 2 000 laddningar, men de väger mer vid en lägre energitäthet.

5) Säkerhet.

De säkerhetsrisker som är förknippade med batterier beaktas ständigt närmare, vilket leder till att olika föreskrifter också har utarbetats för att garantera batteriets säkerhet. Säkerhetsaspekten är en av de vanligaste svaga länkarna i nytt experimentellt batteri.

Till exempel kan Li-Po-batteriet formateras i nästan vilken form som helst. Batteriet har också en hög energitäthet (hög kapacitet vs total), men dess användning begränsas av mekanisk svaghet. (se nedre gif)

Li-Po batteri brand

6) Bred driftsmiljö.

Inget batteri tål kalla eller varma temperaturer under lång tid. Tillverkare har utformat isolerande lager som skyddar batterierna på grund av förbättrad frostbeständighet, men nuvarande batterikemi kommer att förlora egenskaper i varmt och kallt.

7) Toxicitet.

Av miljöskäl har kadmium- och kvicksilverbaserade batterier redan tagits ur bruk och ersatts av nya metaller. I Europa prövas samma sak för blysyrabatterier, men det har inte hittats något ekonomiskt substitut med samma resultat för detta.

Nickel- och litiumbaserade batterier innehåller låggiftoxiskt material, men utgör fortfarande en risk för kontaminering om de kasseras slarvigt. Det framtida batteriet bör därför innehålla mindre miljöskadliga material, vilket utgör en stor utmaning för tillverkarna. Se Proakku artikeln om återvinning av batterier här.

8) Snabb laddningstid.

Fast charging” eli pikalataus on akkujen uusin trendi. Kaikki akkumateriaalit eivät tue pikalatausta, kuten lyijyhappoakku. Pikalataus vaatii tarkat olosuhteet toimiakseen, esimerkiksi akun on oltava huoneenlämpöinen ja hyväkuntoinen. Korkeilla virroilla lataaminen kuluttaa akkua huomattavasti, ellei latausta tehdä ”älykkäästi,” esimerkiksi 80% varauksessa latausvirtaa tiputetaan akun säästämiseksi.

Utmaningen för tillverkarna är att utforma ett batteri som också möjliggör snabba laddningstider utan att offra batteriets tillgänglighet eller säkerhet.

Batteri som uppfyller alla kriterier

Många av de batteriinnovationer som är under utveckling uppfyller eller överträffar kriterierna för vissa områden, men är fortfarande ofullständiga i andra. Detta förhindrar i praktiken att batteriet säljs till konsumenter innan batteriet utvecklas för att vara mer balanserat.

Ett litiumluftsbatteri (Li-air) skulle till exempel ha en teoretisk kapacitet på 13 kWh/kg, medan litiumjonbatteriets motsvarande kapacitet skulle vara 265 Wh/kg – litiumluftbatteriet skulle därför ha nästan fem gånger så mycket kapacitet. Å andra sidan skulle batteriet för närvarande bara sista 50 laddningscykler, varför det inte är värt att släppa ut på marknaden.

Om du vill se över vikten av batterikemi och förstå anoder och katoder, läs vår artikel: Hur du förstör ditt batteri

Icke-toxicitet eller ett batteri som binder koldioxid när den laddas? – Framtidens batterier

Det finns för närvarande hård konkurrens bland batteriindustrin om vem som kommer att kunna ersätta litiumjonbatteriet. Konkurrensen är brutal, eftersom batteriproduktionen måste ta hänsyn till mer och mer miljövänlighet. Detta är utöver de åtta punkter som nämns ovan. Ändå batteri prototyper har redan tillverkats, varav några är lovande.

Här är några exempel på batteriet vi kan se under de kommande åren:

Giftfri zinkmangan Zn–Mn

I Australien använder det patenterade batteriet giftfri zink och mangan för att producera ett batteri med hög energitäthet. Batteriet har också en vattenhaltig elektrolyt som förhindrar att det antänds. Batteripriset beräknas vara mindre än 9 euro/kWh, medan det nuvarande li-ionbatteriet kostar cirka 265 euro per kWh.

Batteriet är avsett för applikationer där batteriets vikt, storlek och säkerhet är de viktigaste faktorerna – särskilt för bilar, flygfartyg och även för hushålls- och handelsändamål. Med befintliga zinkmanganbatterier skiljer sig detta batteri genom att möjliggöra laddning, återvinning och hög energitäthet.

Enligt batteriutvecklaren ökar behovet av att lagra hållbart producerad energi på ett säkert och kostnadseffektivt sätt varje dag. Befintliga batterimaterial som litium, bly och kadmium är långt ifrån att klara av, särskilt i miljövänlighet. Zink-mangan batteri skulle ge ett sätt att lagra energi i större skala än de nuvarande lösningarna.

http://theleadsouthaustralia.com.au/industries/technology/new-battery-technology-could-slash-the-cost-of-electric-vehicles/

Koldioxidbindande batteri

Tänk om batteriet såg ut så här? Koldioxidbindande batteri.

En batterilösning, som utvecklats av Massachusetts Institute of Technology (MIT), en toppmodern grön teknik, kan absorbera koldioxid från luften. Materialen i själva verket används inte för att representera ny och innovativ teknik i detta batteri, utan snarare principen om hur batteriet fungerar.

Battericellerna är byggda flikiga, något isär, för att möjliggöra luftflöde genom batteriet. När batteriet laddas, luft strömmar genom den, från vilken battericellerna, med hjälp av låg elektrisk ström och kemisk reaktion, absorbera koldioxid som ingår i luftflödet. Därför är luften från ena änden av batteriet renare. När batteriet laddas ur släpper det ut den koldioxid som är bunden till det. Denna rena koldioxid kan till exempel användas för växter i växthus eller för produktion av bubbelläkardrycker.

Med andra ord, när batteriet laddas, binder batteriet koldioxid från den omgivande luften och släpper ren koldioxid för industriell användning eller lagring. Detta kräver endast el för att rengöra luften. Jämfört med andra koldioxidbindande metoder är batteriet faktiskt ganska energieffektivt vid 278 kWh/bundet ton kol.

http://news.mit.edu/2019/mit-engineers-develop-new-way-remove-carbon-dioxide-air-1025

 

Metallfritt batteri

Nikola Motor, en tillverkare av vätgaslastbilar, har sagt att man utvecklar ett batteri som skulle revolutionera elbilsindustrin. Det nya batteriet skulle äga en dubbel energitäthet, skulle vara 60% lättare och hälften billigare än den nuvarande Tesla litiumjonbatteri. Batteriet skulle använda helt nya celler som inte använder nickel, kobolt eller giftiga metaller, som vanligtvis finns i litiumjonceller.

Det nya teknikbatteriet skulle öka räckvidden för elbilar från nuvarande cirka 480 km till 960 km per laddning. Storleken och vikten på batteriet skulle öka endast något, om alls. Eftersom materialet inte behöver brytas är batteriet billigare. Den nya sensorn skulle vara exakt 50% billigare per kWh än ett litiumjonbatteri. Dessutom kommer gruvindustrins miljöpåverkan att minska.

Nikola har inte avslöjat detaljerna, men prototypen ska komma i slutet av 2020. Alt efter fabrikant, andra gjord en misstag försökande till finna en lösande till existerande teknologien när designande en ren skiffer tillåt för vinnande ackumulatorn teknologien.

https://www.forbes.com/sites/alanohnsman/2019/11/19/hydrogen-truckmaker-nikola-claims-it-has-breakthrough-battery-techand-doesnt-care-if-youre-skeptical/#27e5669c157a

 

Framtida batterimaterial för havsvatten

Det amerikanska institutet för IBM Research utvecklar ett batteri som, liksom ett icke-metalliskt batteri, skulle eliminera behovet av att använda tungmetaller som kobolt och nickel. Med den nya batterikemin försöker IBM övervinna problemen med tillgänglighet och etik för tungmetallbrytning (barnarbete, korruption, förorenande). Det mest intressanta med batteriet är separationen av de material som används från havsvatten.

Baserat på de första testerna, konstaterades det att det skulle kunna kringgå litium-jon-batteriet till ett lägre pris, snabbare laddningstid, högre effekt och energitäthet, och låg brandfarlighet av elektrolyten.

Batterikatoden använder inte nickel eller kadmium, och dess elektrolyt är en säker vätska med en hög flampunkt. Innovation lovar stor potential, särskilt för elbilsindustrin, där batteriets brandfarlighet, pris och laddningstid spelar en viktig roll. IBM batteri utlovas att nå 80% laddningsnivå med bara fem minuters laddningstid. Dessutom kan batteriet utformas för en lång livslängd, vilket gör det till ett bra alternativ till till exempel ny energiinfrastruktur, där hållbarhet och stabilitet spelar en ledande roll.

https://www.ibm.com/blogs/research/2019/12/heavy-metal-free-battery/

batterier i framtiden ny teknik

Trender utvecklar batterier

Miljövänlighet vid tillverkning, användning och återanvändning av batterier är en av de största trenderna som påverkar batteriindustrin. I kampen för att bevara vår miljö måste framtidens batterier vara tungmetallfria, men ändå erbjuda sina användare en aldrig tidigare skådad potential. Batteriets råvaror måste vara förnybara, hållbart anskaffade, men batteriet måste fortfarande vara billigare än någonsin för att kunna tränga undan gamla, miljöskadliga batterimodeller. Det är ingen lätt uppgift.

Det är möjligt att producera batteriet på ett miljövänligt och hållbart sätt, vilket framgår av de innovationer som tidigare nämnts. Massproduktion av batteriet och dess export till marknaden är den punkt där de faktiska utmaningarna är drabbade: batteriet måste uppfylla alla nödvändiga element för att kunna tas i produktion. Dessutom kräver de fabriker och produktionslinjer som krävs för att bygga nya batterier fortfarande stora investeringar.

Vad är den framtida motsvarigheten till ett litiumjonbatteri?

Det är troligt att tungmetaller i battericellerna kommer att ersättas av vissa förnybara material. Batteriets livscykel är inte längre en del av utvinningen av råvaror under dåliga förhållanden genom barnarbete, och det är lättare att återvinna och återanvända det. Att ersätta tungmetaller med andra material gör det nu möjligt att bryta restriktioner, till exempel en rad, till exempel när det gäller elbilar. Med längre livslängd och säkrare batteritid kommer behovet av bilar som drivs med bensin- och dieselmotorer också att minska.

Framtidens batteri bör därför erbjuda oss mer, på ett mer miljövänligt sätt.

Förändringen i batteriindustrin är inte begränsad till batterier och deras användare, men har en inverkan på hela planeten. I takt med att elbilar blir mer förorenande minskar de förorenande förbränningsmotorerna, minskar lagringen av energi i stor skala förorenande energiproduktion och återanvändningen av batterier minskar behovet av utvinning av råvaror för att möta den ständigt ökande efterfrågan.

Som ett resultat, gynna uppladdningsbara batterier och batterier idag, både av användare och återförsäljare, kommer att driva batteriindustrin obönhörligt snabbare än någonsin mot nästa gröna batteri. Byt ut engångsbatterier mot uppladdningsbara batterier och minska avfallsbelastningen.

Proakku – Jesse

Källor:

 

  1. https://batteryuniversity.com/
  2. http://theleadsouthaustralia.com.au/industries/technology/new-battery-technology-could-slash-the-cost-of-electric-vehicles/
  3. http://news.mit.edu/2019/mit-engineers-develop-new-way-remove-carbon-dioxide-air-1025
  4. https://www.forbes.com/sites/alanohnsman/2019/11/19/hydrogen-truckmaker-nikola-claims-it-has-breakthrough-battery-techand-doesnt-care-if-youre-skeptical/#27e5669c157a
  5. https://www.ibm.com/blogs/research/2019/12/heavy-metal-free-battery/

3 ajatusta kohteelle “Tulevaisuuden akut

  1. Liam Gallagher – Shockwave скачать в mp3 и слушать онлайн бесплатно
    Liam Gallagher – Shockwave

  2. Хиты 2019 – Hammali & Navai – Прятки скачать песню бесплатно в mp3 и слушать онлайн
    Хиты 2019 – Hammali & Navai – Прятки

  3. Mira – Cineva скачать песню в mp3 и слушать онлайн бесплатно
    Mira – Cineva

Kommentoi