لیتیوم-یون است فقط آغاز است. در اینجا زیرچشمی نگاه کردن در آینده باتری

آن زمان سرهنگ برت Wilson شد فرمانده پایگاه در اوآهو اردوگاه اسمیت او شده است می خواهم مستقر در خلیج فارس و جنگ عراق و led های متعدد دفاع عملیات در کوزوو است. اما دشمن او رو در هاوایی در پایه های مختلف از هر او می خواهم دیده می شود در میدان جنگ به عنوان یک نیروی دریایی سپاه خلبان هلی کوپتر. او تا به حال برای مقابله با پیری زیرساخت های انرژی به طور منظم زیر پا گذاشته و با آب و هوای گرمسیری.

"کل شبکه برق پایین بود به طور معمول و قرار داده ما را از کسب و کار" توضیح می دهد که ویلسون که در آن زمان نیز بخشی از تیم مسئول برای دفاع عملیات در سراسر اقیانوس آرام. "شما نمی توانید واقعا که."

اما نبرد در برابر بد زیرساخت نیز تا به حال مورد استفاده قرارگرفته متحد: نور خورشید. ویلسون شروع یک کمپین برای نصب پانل های خورشیدی و باتری های صنعتی است که می تواند نگه داشتن قطعات حیاتی از عملیات آنلاین هنگامی که طوفان. که تجربه در نهایت کمک پرشی او را به یک شغل دوم: فروش باتری به اندازه کافی بزرگ به قدرت اصلی خود را در خارج از شبکه.

باتری بوم

باتری بازار ballooned است و در چند دهه گذشته است و انتظار می رود افزایش می دهد یکی دیگر از 12 درصد در پنج سال آینده با توجه به موردور هوش. تا سال 2025 از آن خواهد شد $90 میلیارد بازار است. بیش از دهه گذشته شرکت هایی مانند تسلا Dyson و دایملر تمام شده میلیارد دلار سرمایه گذاری در صنعت یا دستیابی به شرکت های کوچکتر و یا ساخت کارخانه های جدید. در صورتی که صحنه های کلاسیک از فارغ التحصیل فیلم برداری شد امروز یک کلمه مشاوره شغلی با توجه به شخصیت داستین هافمن نمی توان به "پلاستیک" در آن خواهد بود "باتری."

چه خواهد شد سوق دادن تمام است که رشد? باتری یون لیتیوم قیمت کاهش می یابد, شخصی, الکترونیک و برق اتومبیل تان شدیدا از طریق آنها و در میان عوامل دیگر بیشتر مالکان و قدرت شرکت ها به دنبال به فروشگاه انرژی خورشیدی و انرژی باد.

همراه با آن رشد می آید بسیاری از زباله. متاسفانه اکثر باتری های باد در محل های دفن زباله. نرخ بازیافت برای سلول های لیتیوم یون وحشتناک: حدود 5% برای ایالات متحده و اتحادیه اروپا است. محققان در حال پیدا کردن راه هایی برای ایجاد لیتیوم-یون باتری بیشتر قابل بازیافت است اما حتی اگر این اتفاق ما هنوز هم نیاز به تغییر عادات مردم و شرکت ها که نمی بازیافت باتری در تمام و دور از آنها را با ریختن آنها در سطل زباله.

بیشتر برخی از کارشناسان می گویند وجود دارد یک مقدار محدود از لیتیوم موجود اگر چه محدود است برای بحث. معدن از آن و کبالت (که معمولا استفاده می شود برای یک باتری لیتیوم یون مثبت الکترود) می آید در بالای زیست محیطی و انسانی و هزینه. به علاوه کبالت, قیمت افزایش یافته است به ویژه در چند سال گذشته.

این همه begs سوال: آیا ارزان تر و سازگار با محیط زیست باتری های خارج وجود دارد ؟ ما می تواند با استفاده از چیزی بهتر است ؟ چه آینده نگه دارید ؟

بسیاری از مردم در حال تحقیق در مورد امکانات. پس از 1990s بیش از 300,000 باتری های مربوط به ثبت اختراع واصل شده اند (بیش از 30000 در سال 2017 به تنهایی). در حالی که درصد زیادی از این اختراعات مربوط به باتری لیتیوم-یون فن آوری مقدار زیادی از کار در حال انجام است در حالت جامد الکترولیت سیلیکون مبتنی بر آند لیتیوم هوا از گرافن و گزینه های دیگر که برخی از آنها سازگار با محیط زیست و دیگران هستند که سازگار با محیط زیست بهتر از لیتیوم-یون اما احتمالا بیشتر کارآمد.

در حالی که بسیاری از این انواع باتری احتمالا نمی خواهد به بازار عرضه شده به عنوان به طور گسترده ای به عنوان lithium-ion (حداقل در چند دهه) آنها خدمت می کنند واقعا بزرگ بازار تو رفتگی در دیوار. در اینجا برخی از آنهایی که محبوب.

لیتیوم آهن فسفات

به زودی پس از سرهنگ Wilson بازنشسته از ارتش مدیران از یک پنل خورشیدی شرکت از او خواست به شیب به سال خود را از ذخیره سازی انرژی کسب دانش (نظامی یکی از بزرگترین باتری کاربران) نگاهی به سفر به CES در لاس وگاس و بررسی این محصول در حال حاضر از خانه باتری. پس از این سفر او یک غول گسترده به توضیح دهد که چرا او ناراضی بود با گزینه های او را دیدم. بهترین باتری بودند یا آسیا برای صاحب خانه به طور متوسط ($30,000-plus) یا نبود قدرت کافی. او سپس کار با NeoVolta به ایجاد یک خط از باتری که به طور معمول هزینه بسیار کم دو رقمی.

سازگار با محیط زیست فکر chem-سر را به سرعت به شما بگویم که لیتیوم-آهن-فسفات ذخیره سازی انرژی است که فقط یکی دیگر از نوع lithium-ion battery البته با برخی از مزایای قابل توجه: آن را ارزان تر است بیشتر متراکم انرژی عمر طولانی تر و برنده آتش گرفتن اگر داخل پارگی (که اتفاق می افتد با باتری های لیتیوم یون). جنبه های منفی? آن را بسیار سنگین (به همین دلیل است که بهتر است اگر آن را نشسته خود را در پشت ایوان و نه در خود گوشی) این مورد هنوز لیتیوم در آن و بازیافت مسیر نامشخص است.

چنین چند را اتخاذ کرده اند لیتیوم-آهن-فسفات باتری ساخت آن را سخت بدانید که چگونه خوب خود را بازیافت رای است. برخی از محققان ادعا آنها آسان تر برای شکستن به قطعات.

لیتیوم-سولفور

برخی از کارشناسان در حال شرط بندی بر روی lithium-sulfur ذخیره سازی انرژی به جای لیتیوم-یون از باتری تمایل به تر شود و بیشتر انرژی متراکم. گوگرد نیز فراوان و ارزان تر است.

چه تفاوت بین چگونه لیتیوم-یون و لیتیم-گوگرد باتری کار می کند ؟ پروفسور لیندا نذار که آزمایشگاه در کانادا دانشگاه واترلو در حال مطالعه lithium-sulfur batteries برای 10 سال گذشته با استفاده از یک پارکینگ قیاس به توصیف تفاوت است. در حالی که شارژ و تخلیه یک باتری لیتیوم یون است مانند رانندگی اتومبیل در داخل و خارج از پارکینگ های لیتیوم-سولفور باتری "تقریبا پاره کردن کل پارکینگ ساختار و سپس بازسازی آن زمانی که شما شارژ تلفن."

واکنش های شیمیایی شبیه به آنچه اتفاق می افتد در یک باتری سرب اسید که در آن وجود دارد کامل ساختاری و شیمیایی تغییر و تحول است. این "تبدیل" باتری خود مزایا و چالش ها. "آنها با استفاده از قادر بودن به فروشگاه بیشتر الکترون ها می گوید:" نذار. از سوی دیگر گوگرد نسبتا پایین هدایت و حجم باتری تغییرات پس از تخلیه است. این تیم در دانشگاه واترلو آزمایشگاه افزایش سرعت اجزای باتری برای افزایش عمر و بهینه سازی باتری واکنش. اگر برخی از باتری چالش های حل نذار پیش بینی آنها در حال استفاده در حمل و نقل هوایی و همچنین هواپیماهای بدون سرنشین است. باد صبا هواپیماها و پهپادها که پرواز انجام برخی از طولانی الکتریکی-صفحه پروازها اغلب تکیه بر lithium-sulfur batteries.

سدیم-یون

آن را به عنوان معلوم جدول تناوبی عنصر که خیلی بد برای قلب شما بسیار خوب برای باتری. تحقیقات در سدیم-یون باتری های آغاز شده در سال 1970 در حدود همان زمان به عنوان لیتیوم-یون ذخیره سازی انرژی. دو عنصر همسایه هستند در جدول تناوبی. سپس لیتیوم-یون در زمان خاموش و سدیم-یون در نظر گرفته شد در کمتر انرژی نیز-فرار برای سه دهه آینده.

"به نظر می رسد بهترین چیزی که در اطراف خود می گوید:" نذار که آزمایشگاه نیز کار می کند با سدیم مبتنی بر ذخیره سازی انرژی. "سدیم-یون باتری به یک امکان کار با زمین فراوان عناصر مثبت الکترود ساخته شده از چیزهایی مانند آهن و منگنز و تیتانیوم — عناصر است که هزینه بسیار پایین تر. اما گرفتن که شیمی به خوبی کار می کنند یک چالش است چرا که آن را فقط همان لیتیوم."

نذار اشاره می کند که برخی از شرکت ها فکر نمی کنم آن را به ارزش سرمایه گذاری در سدیم-یون باتری به دلیل هزینه های لیتیوم-یون باتری انداختن است تمام وقت.

"من فکر می کنم آن است که احتمالا ارزش سرمایه گذاری مقدار زیادی از منابع در سدیم-یون باتری," او می گوید. "اگر یک a-ha لحظه ای که دارای سدیم-یون باتری کار واقعا خوب و عالی-چگالی انرژی است که می تواند یک گام بزرگ رو به جلو است."

شکر

باور کنید یا نه, شما می توانید اجرای یک باتری در قند مانند یک کودک نو پا پریدند تا در کیک میآید. سونی برای اولین بار منتشر شده تحقیقات در مورد واکنش که در آن مالتودكسترين اکسید برای ایجاد انرژی در سال 2007. اگر چه این مواد در دسترس و سازگار با محیط زیست دوستی قند باتری بسیار بالاتر از لیتیوم-یون آنهایی که ولتاژ ایجاد شده توسط واکنش شیمیایی است که مهمترین آنها پایین تر است. بنابراین شما احتمالا می خواهید به نگه داشتن خود را تغذیه تسلا یک جعبه Crunchberries.

اگر چه مفهوم اصلی به نظر می رسد برای اولین بار در سال 2007 قند باتری مفهوم هنوز هم برخی از آب میوه در سمت چپ آن است. در سال 2016 یک موسسه تکنولوژی ماساچوست تیم به رهبری پروفسور مایکل Strano ایجاد یک دستگاه به نام Thermopower موج است که بسیار کارآمد تر از قبلی قند باتری برداشت و می تواند قدرت تجاری نور LED. این است که توسعه هیجان انگیز چون قند است بسیار فراوان است و بنابراین اگر ما می تواند به شکل یک راه مناسب برای تولید این باتری ما می تواند احتمالا مقیاس است که تکنولوژی به سرعت. متاسفانه تجاری در دسترس است و به احتمال زیاد چند سال دور.

جریان

یک جریان باتری ساختار متفاوت تر از بسیاری از آنهایی که دیگر: به جای بسته بندی یک دسته از واکنش مواد با هم در یک واحد (مانند نرمال باتری) جریان باتری ذخیره واکنشی مایعات در ظروف جداگانه و سپس پمپ را به سیستم برای ایجاد انرژی است. آنها همچنین بزرگ و طراحی شده برای ذخیره سازی انرژی شبکه — نه به صورت الکترونیک و چیزهایی که می توانید به راحتی در کف دست خود را.

اصلی جریان باتری بنا به گزارش وزن 1000 پوند و اختراع شد در اواخر قرن 19 به قدرت هوشمندانه به نام فرانسه بالون "La France." علاقه مدولار ذخیره سازی انرژی مومی است و مشکلاتی روبرو شد پس از آن.

"من فکر می کنم آنچه واقعا رانندگی یک انفجار و علاقه در جریان باتری بسیار نیست در مورد ساخت نسل بعدی باتری برای گوشی یا کامپیوتر اما متوسط تا بزرگ مقیاس ذخیره سازی انرژی" توضیح می دهد که تیموتی کوک, یک استاد شیمی در دانشگاه بوفالو. بنابراین مگر اینکه شما در حال ساخت یک steampunk تلفن همراه, آن را بعید است که شما در حال رفتن به حمل در اطراف هر جریان باتری فعال با میکروسکوپی پمپ. اما همانطور که بیشتر خانه ها نصب انرژی خورشیدی بازار "شخصی انرژی" ذخیره سازی رشد خواهد کرد.

در حالی که ساخت باتری های لیتیوم یون قدرتمند تر به معنی افزایش اندازه باتری طراحی جریان باتری باعث می شود آن را ممکن است برای افزایش انرژی با افزایش حجم مایع مخازن. سن دیگو برق و الکتریک به تازگی نصب شده که می تواند قدرت 1,000 خانه.

"شما لازم نیست برای تغییر هر یک از ابعاد غشاء [که در آن واکنش شیمیایی رخ می دهد] شما فقط باید به جریان بزرگتر حجم مایع از طریق آن برای یک مدت طولانی و شما می توانید عصاره انرژی است که" توضیح می دهد طبخ. "پس از آن بسیار بسیار بسیار ساده تر به مقیاس و یا در مقیاس پایین و یا شما در واقع می توانید آن را سفارشی برای نصب و راه اندازی."

جریان باتری نیز بسیاری از چرخه شارژ بیشتر باتری. توانایی جایگزین کردن مایعات و یا جای دیگر قطعات مدولار بدان معنی است که پتانسیل عمر باتری تقریبا نامحدود.

حتی اگر شرکت در حال حاضر فروش صنعتی-اندازه جریان باتری, استاد طبخ انتظار ندارد پذیرش گسترده برای یکی دیگر از پنج تا 10 سال است. او حتی تصور یک روز هنگامی که اتومبیل های برقی ممکن است با استفاده از تکنولوژی. طبخ توصیف یک ماشین کشیدن تا به یک "ایستگاه گاز" تخلیه صرف الکترولیت و سپس جایگزینی با تازه شارژ یک. به جای انتظار نیم ساعته برای ماشین خود را به راه اندازی مجدد چرخ ها را می توان چرخش دوباره در عرض چند دقیقه. اما البته که در آینده راه را به پایین جاده ها است.

کاغذ

ساخت یک باتری از کاغذ دارای مزایای بسیاری است: آن را نازک و انعطاف پذیر و اگر ساخته شده با مواد زیست تخریب پذیر است. یک تیم در دانشگاه استنفورد توسعه یافته در اوایل کاغذ باتری با پوشش ورق های نازک با یک کربن و نقره اشباع جوهر. اخیرا سازگار با محیط زیست-سران رشد کرده هیجان زده در مورد باتری های در حال توسعه در دانشگاه بینگهمتون. استاد Seokheun "شان" چوی ساخته شده است چند برداشت های مختلف از آن, از جمله یک صفحه تف — یا بیشتر علمی بزاق انسان و دیگری طراحی شده توسط باکتری ها. اخیر تجسم biobattery طراحی و توسعه توسط چوی و استاد Omowunmi صادق با استفاده از پلی (amic) اسید و پلی (pyromellitic dianhydride-p-phenylenediamine) به منابع انرژی زیست تخریب پذیر است.

"ما ترکیبی کاغذ باتری به نمایش گذاشته شده بسیار بالاتر قدرت به نسبت هزینه از همه گزارش های مبتنی بر کاغذ میکروبی باتری" چوی گفت: زمانی که نوآوری اعلام شد. اگر چه استفاده تجاری از این کشورهای عضو اکو دوستانه کاغذ باتری محدود شده است و داده های خود را پایین برق خروجی (یکی می تواند قدرت نور چراغ برای حدود 20 دقیقه) محققان به امید دیدن آنها در الکترونیک, بی سیم, دستگاه های پزشکی, برنامه های کاربردی مانند ضربان ساز هواپیما و اتومبیل. چوی دارای یک مقاله نوشته شده در مورد استفاده از آنها به عنوان تک-استفاده از منابع قدرت برای نقطه از مراقبت از ابزار تشخیصی در کشورهای در حال توسعه که در آن باتری ممکن است به آسانی در دسترس است.

هوا

هوا می تواند در واقع برقی و نه فقط در آن لحظه زمانی که شما موسیقی پاپ یقه خود را پس از یک فیل کالینز لحن می آید پررونق را از خود فراری بلندگو. باتری روی-هوا که در مورد اندازه Smarties آب نبات و طراحی شده توسط واکنش بین اکسیژن و روي استفاده شده است در سمعک برای سال های بسیاری است. روی نیز ارزان و فراوان ساخت فن آوری مقرون به صرفه و همچنین دوستدار محیط زیست است.

اما محدودیت های وجود دارد که هنگامی که در تلاش برای ایجاد این فن آوری های قابل شارژ. سنگ درخت وار کریستال می توانید فرم در طول شارژ و کوتاه کردن باتری. راه های تست شده را به جای روي مانند "مکانیکی شارژ" باتری توسط جسمی جایگزینی مواد رویکردی است که سعی شده است در سنگاپور برقی اتوبوس. متعدد دیگر آزمایش شده اند اقدام با لیتیوم-هوا و فلز-هوا باتری با درجات مختلفی از انرژی تراکم و سطح قدرت و هزینه. بیش از دهه گذشته تسلا به ثبت چندین اختراع ثبت شده مربوط به شارژ لیتیوم-هوا, باتری, تا پتانسیل خود را ممکن است وجود داشته باشد به مراتب فراتر از سمعک خود را.

آهن

چند سال پیش دانشگاه آیداهو شیمی پروفسور پیتر آلن آغاز شده ابراز شیفتگی خود را با باتری علم در یوتیوب. تقریبا بلافاصله متوجه شد که بینندگان واقعا پاسخ به باتری مواد است که الهام بخش او برای ساخت یک باتری قابل شارژ آهن باتری به عنوان یک تظاهرات آموزشی. این پروژه منجر به بیش از 100 فیلم تظاهرات توضیح مراحل, مشکلات, و آموخته های یک باتری آموزشی پروژه.

"من نمی خواهم به زمین خودم را به عنوان یک باتری متخصص نفسه" اذعان استاد که منطقه از تجربه و تخصص است biological chemistry. در انجام YouTube فیلم ها او متوجه شد که بسیاری به تدریس و آموخته ساختمان نسبتا ارزان آیا آن را به خودتان باتری.

"قطعات آهن, فن آوری باتری شده اند در اطراف برای 100 سال, بنابراین من فکر می کنم بسیاری از مردمی که ممکن است به این با تعداد زیادی از دانش خارجی فقط می گویند که آن را پیموده زمین وجود دارد هیچ چیز یافت می شود وجود دارد," او می گوید. "اما کمی ساده و بی تکلف من راه می رفت به آن و گفت:" اجازه دهید آن را امتحان کنید شما می توانید پیدا کردن چیزی جالب به هر حال.'"

پس از دو سال بیش از 30 باتری تغییرات و کمک زیادی از دانشجویان مقطع کارشناسی آلن آموخته است که چگونه به تعادل مواد مایع و جامد به ایجاد یک مقدار بهینه از انرژی تراکم اما با قدرت کم است.

"سپس ما به کل این سوال:" اگر شما از شیمی است که کار می کند اما به آرامی کار می کند, چگونه می توانم شما سرعت آن را?'"

حتی اگر این تیم را حل میکند که چالش فعلی تکنولوژی دیکته که بهترین برنامه های کاربردی برای آهن باتری خواهد شد به احتمال زیاد یک محله microgrid ذخیره سازی انرژی واحد و یا مزرعه خورشیدی قدرت تصرف با توجه به فضای مورد نیاز و سرعت انرژی فرستاده شده از واحد.

چه کسی برنده خواهد شد ؟

خواهد آلن آهن باتری تا کنون از نظر تجاری قابل دوام? او مطمئن نیست که او تیم فعلی یافته های چاپ شده در یک مجله علمی را دریافت آنها وجود دارد.

داشتن بررسی باتری های متعدد اختراعات او متوجه می شود تنها تعداد کمی از آنها را در واقع آن را به بازار است. در تحقیقات علمی او توضیح می دهد که وجود دارد یک "دره مرگ."

"شما باید به پژوهش های بنیادی است که می آید تا با چیزی واقعا سرد" او می گوید. "وجود دارد یک سوال که آیا می توان آن را تجاری. و هیچ پول وجود دارد به این سوال بپرسید." محققان که پیدا کردن پول به اندازه کافی به پاسخ اولیه که سوال خواهد شد و سپس اگر آنها خوش شانس پیدا کردن سرمایه گذاران که مایل به تصحیح و تجاری ایده. "اما وجود شکاف بین تحقیقات پایه و لازم پالایش به یک باتری تجاری است."

در سال 2019 سرمایه گذاران غرق 1.7 میلیارد دلاری به باتری راه اندازی با 1.4 میلیارد دلار از آن رفتن به لیتیوم-یون مربوط به پژوهش است. اما جریان باتری های روی-هوا و مایعات فلز و بسیاری از فن آوری های دیگر نیز نوشته شده چک. در حالی که لیتیوم-یون ذخیره سازی انرژی به احتمال زیاد تسلط بر ذخیره سازی انرژی برای حداقل 10 سال دیگر بسیاری دیگر در حال حاضر نگاه مانند آنها قدرت راه خود را به بیرون از دره مرگ.

ویراستاران' توصیه های

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de