Baterie i superkondensatory / doskonałe wprowadzenie w temat.!

Niezdecydowany z Mattem Ferrellem

Opublikowany 5 mar 2019

SUBSKRYBUJ 26 TYS.

Dzięki niedawnemu zakupowi Maxwell Technologies przez Teslę pomyślałem, że to idealny czas, aby przyjrzeć się bliżej obecnemu stanowi baterii i superkondensatorów. Poza tym, jakie są superkondensatory, dlaczego tak wielu ludzi jest nimi podekscytowanych, i cudowny materiał, grafen, który mógłby zmienić ... wszystko. Pełny skrypt, cytaty i dodatkowe artykuły: https: //undecidedmf.com/episodes/2019 ...
 

fragment skryptu:

Dzięki niedawnemu zakupowi Maxwell Technologies przez Teslę pomyślałem, że to idealny czas, aby przyjrzeć się bliżej obecnemu stanowi baterii i tym, co może być dalej. Poza tym, jakie są superkondensatory, dlaczego tak wielu ludzi jest nimi podekscytowanych, i cudowny materiał, który może zmienić ... wszystko.

TERAŹNIEJSZOŚĆ - BATERIE

Specjalne podziękowania dla Patreon Producer Rob van der Wouw za zaproponowanie nurkowania w super kondensatorach, co pomogło mi kierować się w tym temacie.

Wszyscy znamy baterie litowo-jonowe. W tym momencie zasilają niemal wszystko w naszym życiu, od telefonu komórkowego w kieszeni, laptopa, inteligentnego zegarka, bezprzewodowych słuchawek, pilotów, pojazdów elektrycznych i wielu innych. Ale kiedy stały się czymś?

John Goodenough jest uznawany za wynalazcę cathod litowo-kobalt-tlenek w 1980 roku, który został następnie wprowadzony do świata przez Sony w 1991 roku 

1 
Od tamtej pory akumulatory litowo-jonowe stały się standardem dla prawie wszystkich telefonów zasilania elektroniki użytkowej. To samo, co czyni je tak wydajnymi i wszechstronnymi, jest również tym, co może uczynić je niebezpiecznymi. Wszyscy widzieliśmy raporty o tym, co może się zdarzyć, gdy bateria litowo-jonowa ulegnie uszkodzeniu.

Akumulator litowo-jonowy składa się ze strony dodatniej i ujemnej. Pozytywem jest katoda, która najczęściej składa się z tlenku kobaltu litu; a negatyw to anoda, która składa się z węgla (najczęściej grafitu). Grafit ponownie pojawi się nieco później. Zastosowanie grafitu pomaga uzyskać płaską krzywą napięcia przy wyładowaniu. Powodem zastosowania litu jest to, że jest najlżejszym metalem, a także może pochłaniać wiele elektronów. 

2

Te dwie strony są zanurzone w ciekłym elektrolicie i są oddzielone separatorem z mikroperforacją, który pozwala jedynie na przejście jonów. 

3 
Gdy akumulator się naładuje, jony przechodzą z katody do anody. Gdy akumulator rozładowuje się, jony przepływają z powrotem do katody. Za każdym razem, gdy używasz telefonu komórkowego i ładujesz go, jony te przepływają tam iz powrotem w każdym cyklu. Powodem, dla którego bateria może eksplodować, jest to, że metal może narastać podczas tego procesu po stronie katody [KOREKCJA: dendryty wyrastają z anody] i powoli tworzą narośle podobne do daktyli, które mogą wydłużać i przebijać separator. .. i wtedy masz wybuchające baterie.

 4

Tak jak baterie litowe dają nam wszystkie niesamowite technologie mobilne, które napędzają nasze życie, mają pewne niebezpieczne wady, jeśli nie są odpowiednio zaprojektowane lub upuszczone, przebite lub w inny sposób niewłaściwie zadbane. Nie wspominając o wadach wydobycia litu i kobaltu, które mają wpływ na środowisko, aw niektórych przypadkach łamaniu praw człowieka w niektórych kopalniach.

To prowadzi mnie do innowacji Maxwell Technologies, które prawdopodobnie doprowadziły ich do zakupu przez Tesla: suche elektrody akumulatorowe. 

5 
 Nie należy tego mylić z bateriami półprzewodnikowymi, co omówię później. Elektrody suchej baterii to innowacja w procesie produkcji anody i katody, która nie wymaga żadnego ciekłego rozpuszczalnika w procesie. Zazwyczaj materiały są natryskiwane rozpuszczalnikami, które następnie muszą być suszone lub wypalane. Rozpuszczalniki i proces powodują wydzielanie gazu i zanieczyszczenie, dlatego suchy proces elektrodowy Maxwella rzeczywiście poprawia ekologiczną stronę produkcji baterii.

Ale największe korzyści to gęstość energii, żywotność baterii i koszty. Baterie wykorzystujące tę metodę wykazują ponad 300 Wh / kg ze ścieżką do ponad 500 Wh / kg. Dla porównania, obecna technologia akumulatorów Tesli, uważana za jedną z najwyższych dostępnych obecnie gęstości, jest uważana za około 230 Wh / kg. 

6 
Oznacza to, że ta technika może dodać około 23% do obecnej gęstości baterii Tesli z miejscem na jej podwojenie. Może to prowadzić do pojazdów o znacznie większym zasięgu.

Baterie wykazują również lepszą trwałość, a żywotność baterii prawie się podwaja. Firmy takie jak Tesla zazwyczaj gwarantują swoje baterie przez 10 lat. Ponownie może to doprowadzić do tego, że oczekiwana żywotność pakietu baterii będzie dużo, dużo dłużej. I wreszcie kolejny duży powód, dla którego Tesla prawdopodobnie kupiła Maxwella, obniżenie kosztów. Ponieważ proces ten nie wymaga dużych obszarów suszenia, istnieje 16-krotny wzrost gęstości produkcji i 10-20% redukcja kosztów w porównaniu z metodą mokrej elektrody. Konkluzja: taniej będzie produkować lepsze baterie.

PRZYSZŁOŚĆ - BATERIE

I to prowadzi nas do akumulatorów półprzewodnikowych i wyścigu, aby wprowadzić je na rynek. Podstawowy format baterii półprzewodnikowej jest podobny do baterii litowo-jonowej. Masz katodę i anodę w elektrolicie, ale zamiast cieczy ... to ciało stałe. Jestem pewien, że tego nie widziałeś. Dokładna chemia i użyte materiały to miejsce, w którym odbywa się wyścig między różnymi badaczami i firmami.

Tutaj w Massachusetts jest jedną z tych firm, Ionic Materials . Mają działające prototypy baterii półprzewodnikowej, którą próbują wprowadzić na rynek. Bez ciekłego elektrolitu są wyjątkowo bezpieczne i nie eksplodują, gdy zostaną naruszone. Możesz wbić gwóźdź w baterię półprzewodnikową taką jak ta, a nawet przeciąć ją na pół w miarę jej używania i nadal będzie działać. Nie ma ognia. Brak eksplozji.

Mają one również większą gęstość energii niż standardowe baterie litowo-jonowe, co oznacza, że ​​można użyć znacznie mniejszych baterii, aby uzyskać taką samą pojemność akumulatorów w produktach, które mamy dzisiaj. Mniejsze baterie oznaczają mniej materiałów i niższe koszty produkcji.

I tu właśnie John Goodenough pojawia się ponownie wraz ze współautorką Marią Heleną Bragą i ich „szklaną baterią”. 

7 
W wieku 95 lat John Goodenough wciąż bada chemię baterii, aby zastąpić baterie litowo-jonowe czymś lepszym, szybszym, bezpieczniejszym i ekologicznym dźwięk.

Szklana bateria nie wykorzystuje kobaltu, a lit może być ostatecznie zastąpiony łatwo dostępnym sodem. Oznacza to, że w pewnym momencie te baterie mogą ulegać biodegradacji. I jak się zapewne domyślasz z pseudonimu, używa szklanego elektrolitu. Mogą one wytrzymać ponad 23 000 cykli ładowania i rozładowania, co stanowi więcej niż niewielką poprawę w stosunku do kilku tysięcy typowych ogniw litowo-jonowych.

Nadal trwają dyskusje prowadzone przez badaczy zajmujących się bateriami wokół odkryć Goodenough i Bragi, ale referencje Goodenough jako jednego z wynalazców baterii litowo-jonowych dodają wiarygodności wynikom. 

8

TERAŹNIEJSZOŚĆ - SUPERKONDENSATORY

Tak więc przy dużych postępach, takich jak produkcja baterii litowych, mamy rację? Problem rozwiązany. Nie dokładnie.

Baterie litowe oferują ogromne ilości gęstości energii, ale nie są świetne przy gęstości mocy. Jeśli potrzebujesz ogromnej mocy, na przykład przyspieszenia pojazdu elektrycznego lub systemu baterii w skali siatki reagującego na nagłe zapotrzebowanie, akumulatory litowo-jonowe nie są najlepszym rozwiązaniem.

Tutaj właśnie pojawiają się superkondensatory, ponieważ mają ogromną gęstość mocy. Tam, gdzie baterie są wolniejszą reakcją elektrochemiczną, która generuje elektryczność, super kondensatory są elektrostatyczne ... to w zasadzie elektryczność statyczna.

Konwencjonalny kondensator składa się z dwóch przewodzących materiałów oddzielonych cienkim materiałem izolacyjnym. Zastosuj prąd i dodatni ładunek narasta po jednej stronie, a ładunek ujemny po drugiej. Nie potrzeba elektrolitów, co czyni je bezpieczniejszymi i trwalszymi. Są też w stanie niemal natychmiast przenieść ogromne ilości energii, co jest bardziej odpowiednie dla czegoś takiego jak EV i pozwoli na ładowanie w kilka sekund. I mają o wiele większą żywotność cyklu ładowania niż baterie. Powodem, dla którego nie używamy kondensatorów, jest to, że nie mają dobrej gęstości energii. Obecna technologia może pomieścić tylko około 10 Wh / kg, czyli około 5% typowej baterii litowo-jonowej. Potrzebowałbyś absolutnie masywnego zestawu superkondensatorów, aby zrównoważyć to, co dostajesz w stosunkowo małym akumulatorze litowo-jonowym.

Gdybyśmy tylko mogli połączyć moc super kondensatora z gęstością energii akumulatora litowo-jonowego. Wyobraź sobie, co moglibyśmy wtedy zrobić.

PRZYSZŁOŚĆ - GRAFEN..czytaj dalej

Opublikowano 4 hours ago, autor: adept