Etkö halua kivistä valmistettuja akkuja? Onko meillä edessä uusi vallankumous ladattavien akkujen alalla? Tästä kaikesta tänään.
Ympäri maailmaa on jo pitkään kilpailtu niin sanotun vihreän energian mahdollisimman suuren hyötysuhteen saavuttamisesta. Uusiutuvat energialähteet, jotka eivät päästä kasvihuonekaasuja ilmakehään, ovat sivilisaatiomme tulevaisuus, jota kukaan ei epäile. Tämä ei ole enää vain unelma, vaan päivän tarve. Tiedemiehet hälyttävät yhä enemmän ja kehottavat säästämään sähköä ja yrittämään käyttää sähkölaitteita mahdollisimman tehokkaasti.
Mielenkiintoista myös: Arvostelu Motorola Edge 40: sama "toppi rahalle"
Litiumioniakut eivät ole enää niin tehokkaita
Useimmat laitteet toimivat paristoilla tai paristot, vanhoista Walkman-soittimista uusimpiin älypuhelimiin tai sähköautoihin, jotka perustuvat litiumioniteknologiaan (Li-ion). Niitä on käytetty useimpien vuosien ajan useimmissa sähkölaitteissa ja teknologisissa laitteissa, vaikka ne eivät olekaan kovin energiatehokkaita ja kestäviä. Lisäksi niiden hävittämisestä tulee ajan myötä todellinen ongelma ympäristömme ekologiselle tilanteelle.
Litiumioniakkuja sijoitetaan melkein kaikkialle, koska ne ovat halpoja ja niillä on korkea suorituskyky. Koska näiden paristojen hinnat ovat laskeneet merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana, niistä on tulossa elinkelpoisin vaihtoehto pitkäaikaiseen käyttöön yksinkertaisesti pelkän runsauden vuoksi. Nykyään nämä akut ovat saavuttaneet alhaisia kustannuksia ja lisänneet energiatiheyttä, eivät teknologisilla läpimurroilla, vaan valmistusmenetelmien, työkalujen ja tehokkuuden yksinkertaisella ja jatkuvalla teknisellä optimoinnilla.
Uusien sähköntuotannon menetelmien ja teknologioiden kehittyessä sen tehokkaiden varastointimenetelmien kysyntä kuitenkin kasvaa. Pienessä mittakaavassa tässä ei ole ongelmia - ratkaisuna ovat erilaiset paristot ja akut, jotka ovat yhtä ilmeinen todellisuuselementti kuin sähkö itse.
Niitä käytetään virtalähteenä puhelimiin, erilaisiin valaisimiin, niitä tarvittiin joskus taskulamppujen tai musiikkisoittimien käyttöön, vaikka kaikki nämä ovat nyt älypuhelimissamme. Mutta miten varastoit energiaa, joka tarvitaan koko talouteen? Osoittautuu, että paristot voivat olla hyödyllisiä myös tässä tapauksessa. Emme tietenkään puhu myymälöissä olevista suosittujen "sormien" tyyppisistä akuista, vaan täysin uusista laitteista, jotka ovat sinänsä jännittäviä insinöörisaavutuksia.
Tutkimustyötä on tehty pitkään sellaisten uusien akkujen kehittämiseksi, jotka voivat kilpailla litiumioniakkujen kanssa suorituskyvyn, kustannusten ja kestävyyden suhteen.
Monet näistä uusista teknologioista eivät ole täysin uusia. Pohjimmiltaan ne toimivat samalla tavalla kuin litiumioniakut, mutta käyttävät eri materiaaleja. Tässä on joitain mielenkiintoisimpia esimerkkejä teknologioista, jotka voivat pian mullistaa energian varastoinnin alan.
Lue myös: 7 tyylikkäintä ChatGPT:n käyttöä
Solid-state akut
Tämäntyyppisissä akuissa, toisin kuin muissa, ei käytetä nestemäisiä tai geelimäisiä elektrolyyttejä, vaan kiinteitä muotoja. Tällaiset elektrolyytit ovat yleensä keramiikan, lasin, polymeerien tai sulfiittien muodossa. Solid-state-akut ovat tehokkaampia, koska ne tarjoavat enemmän energiaa samoissa mitoissa kuin litiumioniakut. Niillä on suuri potentiaali erityisesti sähköajoneuvojen tehon alalla.
Solid-state-akulla on potentiaalia ratkaista useimmat yllä luetelluista ongelmista nykypäivän litiumioniakkujen kanssa. Lasinen solid-state-akku voi olla kolme kertaa suurempi energiatiheys käyttämällä alkalimetalli- (litium-, natrium- tai kalium-) anodia, mikä lisää katodin energiatiheyttä ja tarjoaa pitkän käyttöiän. Kiinteää elektrolyyttiä ei pidetä syttyvänä tai ainakin itsestään syttymisenkestävänä. Solid-state-akkujen syttymätön luonne vähentää myös ylikuumenemisriskiä, jolloin kennot voidaan pakata tiiviimmin, mikä lisää suunnittelun joustavuutta ja bulkkitiheyttä.
Suuret toiveet näitä akkuja kohtaan liittyvät siihen, että ne kestävät paljon pidempään. Ja tämä on iso plussa nykymaailmassa.
Solid-state-akkujen teknologinen valmius on kuitenkin tällä hetkellä alhainen ja perustutkimus on edelleen käynnissä, mikä aiheuttaa epävarmuutta ja huolta korkeista tuotantokustannuksista ja skaalautumisesta. Haasteena on myös tuoda kiinteitä elektrolyyttejä nykyaikaisten valmistuskäytäntöjen kanssa yhteensopivaan prosessiin, jonka ei pitäisi vaikuttaa lopputuotteen kestävyyteen tai kustannuksiin, ja lisäksi tuoda lisäetuja, kuten parempi energia- ja tehotiheys, lisääntynyt turvallisuus, ja suurempi suorituskyky..
Lue myös: Testasin ja haastattelin Bingin chatbotia
Litium-rikkiakut
Litium-rikki (Li-S) -akkuja (ei pidä sekoittaa "litium-rikkiin" - näitä ikuisia akkuja ruokkivat ukrainalaisten kiistat) alettiin kehittää ja tutkia viime vuosisadan 60-luvulta lähtien tehokkaana laitteena energian varastointi palautuvien sähkökemiallisten reaktioiden avulla. Litium-ion-akkuteknologian (LIB) nopeasta kehityksestä ja kaupallistamisesta huolimatta litiumioniakkujen kriittisten teknisten haasteiden ratkaisemiseksi tulevina vuosikymmeninä ei ole saavutettu läpimurtoa. Siksi 2000-luvulla Li-S-akut saivat jälleen merkittävän kiinnostuksen kehittäjiltä etujensa ansiosta - alhaiset kustannukset ja korkea teoreettinen ominaisenergia. Nämä indikaattorit ovat lähes 3 kertaa korkeammat kuin nykyisten litiumioniakkujen ominaisuudet. Alhaiset kustannukset ja korkea rikin (eli aktiivisen katodimateriaalin) pitoisuus tekevät litium-rikkiakuista houkuttelevampia kuin litiumioniakut, kun otetaan huomioon, että jälkimmäiset käyttävät kriittisiä materiaaleja, kuten kobolttia ja nikkeliä katodin tuotannossa.
Ja litium-rikkiakuissa katodi, joka on toinen akun kahdesta elektrodista, tehdään rikistä. Tämä alkuaine on tasapainoisempi kuin perinteinen nikkeli ja koboltti. Tällaiset akut ovat tehokkaampia kuin litiumioniakut. Tämä voi luonnollisesti johtaa pitempiin autoihin, joissa niitä käytetään. Voimme sanoa, että näiden akkujen suuri etu on se, että rikki on halpa ja laajalle levinnyt raaka-aine. Samanaikaisesti tällaisten akkujen valmistusprosessi on hyvin samanlainen kuin litiumioniakkujen valmistuksessa käytetty, mikä tarkoittaa, että niiden valmistukseen voidaan käyttää samoja laitteita ja tuotantokapasiteettia.
Toinen tällaisten akkutyyppien etu on niiden valmistukseen tarvittava energiankulutus lähes 25 %. Kaikki nämä ominaisuudet voivat tehdä litium-rikkiakkujen valmistuksesta erittäin kannattavaa.
Kehitys on jo täydessä vauhdissa. Erityisen merkittävää menestystä on saavuttanut tällä alueella Lyten-yhtiö. Siinä on jo koko LytCell EV -akkualusta. Yhtiö sanoo, että sen akku on halvempi ja turvallisempi kuin nykyiset litiumioniakut, ja sitä voitaisiin käyttää massatuotetuissa sähköajoneuvoissa, jotka on rakennettu Yhdysvalloissa tämän vuosikymmenen puoliväliin mennessä.
Mielenkiintoista myös: Google Bard AI: Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää
Rauta-ilma-akut
Tämäntyyppinen akku toimii raudan hapetusprosessin perusteella ilmalla. Latausprosessissa hapettuneet aineet muunnetaan takaisin raudaksi prosessissa, joka tunnetaan nimellä käänteinen hapetus. Rauta-ilma-akkujen odotetaan yleistyvän lähitulevaisuudessa pääasiassa siksi, että ne mahdollistavat energian varastoinnin lähes 25 kertaa pidempään kuin litiumioniakut.
Sekä raudan että ilman erittäin suurten reservien vuoksi tällaiset akut maksavat varmasti paljon vähemmän. Arvioiden mukaan niiden hinta voi olla noin 10 kertaa alhaisempi kuin olemassa olevat akut! Valitettavasti tällaisilla akuilla on yksi merkittävä haittapuoli - hitaan raudan hapettumisnopeuden vuoksi niiden lataaminen voi kestää kauan.
Start-up Form Energy, joka syntyi kuuluisan Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) pohjalta, kehittää menestyksekkäästi rauta-ilma-akkuja. Form Energy -akut ovat kehittäjien mukaan kymmenen kertaa halvempia kuin litium, ja niissä käytetään rautaa, jota on maailmassa runsaasti. Samaan aikaan rauta-ilma-akut voivat kestää pidempään kuin litiumakut ja ovat myös turvallisempia, koska ne eivät ole syttyviä.
Ainoa tällä hetkellä havaittu haittapuoli on, että nämä akut latautuvat hitaasti, mikä tekee niistä vähemmän käyttökelpoisen vaihtoehdon kuin litiumakut, esimerkiksi kannettavissa tietokoneissa tai älypuhelimissa. Toisaalta ne ovat erinomainen ratkaisu energian varastointiin valtakunnallisen sähköverkon tasolla, sillä ne voivat varastoida energiaa 100 tuntia, paljon pidempään kuin litiumakut, jotka voivat kestää jopa kuusi tuntia. Tällä tavoin ne voivat helpottaa suurten aurinkopuistojen ja tuulipuistojen yhdistämistä.
Mielenkiintoista myös: Bluesky-ilmiö: millaista palvelua ja onko pitkästä aikaa?
Akut kivimurskalla
Toinen mielenkiintoinen esimerkki uudentyyppisistä akuista ovat ne, jotka varastoivat lämpöä sähkön sijasta. Esimerkiksi israelilainen Brenmiller Energy pyrkii käyttämään vaihtoehtoisia materiaaleja, kuten kiviä, lämpöenergian varastointiin. Vuodesta 2012 lähtien Brenmiller Energy on käyttänyt murskattua kiveä ensin tuotantoon ja sitten lämpöenergian varastointiin. Tällaisia teknologioita puolestaan voidaan käyttää erilaisiin tarkoituksiin, esimerkiksi teollisuudessa.
Mielenkiintoista on, että ajatus murskeen käytöstä energian varastointiin ei ole täysin uusi. NASA, jonka ansioksi kuuluu monia uusia teknologioita, on testannut lämpöenergian varastointitekniikoita viime vuosisadan 35-luvulta lähtien. Toisin kuin perinteiset, israelilaisen yrityksen valmistamat akut käyttävät energiaa höyryn, kuuman veden tai kuuman ilman tuottamiseen. Brenmiller Energy kertoo, että sen Tempo-niminen laitos pystyy varastoimaan jopa 14 MWh energiaa ja tuottamaan jopa XNUMX tonnia höyryä tunnissa.
Tämä on erittäin tärkeää Israelin taloudelle, jossa jopa 45 prosenttia kaikista energiaan liittyvistä päästöistä tulee teollisuuden lämmityssektorilta. Hankkeella korvataan perinteisillä fossiilisilla polttoaineilla toimivat höyrykattilat.
Uudet todellisuudet vaativat uusia ratkaisuja. Uusien akkutyyppien ilmestyminen edistää energiansäästöteknologian kehittämistä. Ehkä muutaman vuoden kuluttua kannettavaa tietokonettasi tai älypuhelintasi ei enää tarvitse ladata joka päivä, koska se toimii kuukauden tai ehkä jopa vuoden yhdellä latauksella. Ja samaan aikaan uudentyyppinen akku säästää energiaa, mutta myös edistää ympäristön suojelua.
Mielenkiintoista myös: