Trend Teknologi
Bateri natrium-ion: trend baharu masa depan kenderaan elektrik
19 Julai 2021
Kongsi:
Latar Belakang
Kos bateri kenderaan elektrik
Mengapa Kenderaan Elektrik Memerlukan Bateri yang Lebih Baik
Kenderaan elektrik, terutamanya yang menggunakan tenaga boleh diperbaharui untuk menjana elektrik, dilihat sebagai model masa depan yang akan membantu perlindungan iklim global. Tetapi selama bertahun-tahun pengeluar kereta telah menggunakan litium yang jarang ditemui dan agak mahal dalam teknologi bateri, memperlahankan kadar penggunaan besar-besaran kenderaan elektrik di seluruh dunia.
Walaupun kereta elektrik, kenderaan komersial dan basikal elektrik sedang rancak digunakan, penggunaannya masih terhad. Harga yang tinggi, kemudahan pengecasan yang rumit dan proses pengeluaran bateri yang menggunakan sejumlah besar bahan mentah menghalang perkembangan pesat kenderaan elektrik.
Untuk menjadikan kenderaan elektrik tersedia secara meluas, pengeluar kereta mesti memperkenalkan bateri yang lebih berkuasa, tahan lama, mampan dan berpatutan.
Natrium dan bukannya litium
Perbandingan bahan
Natrium dan bukannya Litium
Bateri natrium-ion mungkin merupakan pilihan yang berdaya maju, dan perkembangan terkini dalam bateri natrium-ion telah menunjukkan kemajuan yang mengejutkan. Pada masa hadapan yang boleh dijangka, bateri natrium-ion mungkin dapat menggantikan bateri litium yang digunakan dalam kenderaan elektrik, telefon pintar atau komputer riba.
Litium dan natrium, dua logam alkali, mempunyai sifat kimia yang sangat serupa. Walaupun natrium mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih rendah berbanding litium yang lebih jarang, natrium lebih mudah diperoleh dan agak murah.
Kejayaan yang menjanjikan
Kemajuan prototaip
Kejayaan yang Menjanjikan
Prestasi bateri natrium-ion masih kira-kira 20 tahun di belakang bateri litium. Sebabnya ialah para penyelidik dalam dekad yang lalu hanya menumpukan pada membangunkan prestasi litium yang lebih kukuh.
Hari ini, bukan sahaja terdapat penerbitan saintifik yang inovatif tetapi juga prototaip yang berpandangan jauh. Menurut laporan yang diterbitkan pada bulan Mei, bateri natrium-ion yang dibangunkan di Korea Selatan telah melalui kira-kira 500 kitaran cas penuh sebelum kapasitinya menurun kepada 80 peratus daripada kapasiti asalnya.
Satu lagi bateri, yang dibangunkan oleh pasukan penyelidikan AS-China, boleh menyelesaikan kira-kira 450 cas semula untuk kapasiti bateri yang sama. Bateri natrium-ion buatan China mempunyai kapasiti yang lebih kecil, tetapi selepas 1200 cas pantas 12 minit, ia masih mempunyai 70% daripada kapasiti baterinya.
Ia mungkin kedengaran tidak banyak, tetapi dalam praktiknya, bateri ini mungkin dapat menahan bilangan cas semula yang lebih tinggi kerana ia biasanya tidak dicas semula selepas kehabisan kuasa dalam kehidupan seharian. Menyahcas dan mengecas semula bateri sepenuhnya dalam eksperimen ini akan menyebabkan lebih banyak haus dan lusuh pada bateri.
Unsur logam litium lebih jarang ditemui dan mahal, tetapi kebanyakan teknologi bateri semasa menggunakan bateri litium. Angka asal menunjukkan negara-negara teratas dari segi rizab litium pada tahun 2019.
Di samping itu, teknologi natrium-ion tidak memerlukan penggunaan sumber yang terhad. Garam litium nadir tidak diperlukan untuk membuat katod, kerana garam meja sudah mencukupi. Anod berprestasi tinggi boleh dibuat daripada lignit, kayu dan biojisim lain. Kobalt atau bahan nadir yang serupa tidak diperlukan dalam proses pengeluaran.
Penyelidikan asas
Ion grafen dan natrium
Satu Kejayaan dalam Penyelidikan Asas?
Natrium mempunyai dua kelemahan: beratnya tiga kali ganda lebih berat daripada litium, jadi walaupun bateri litium mengandungi kurang daripada 5% daripada jumlah berat bateri, bateri dengan ion natrium masih akan lebih berat daripada bateri litium.
Di samping itu, prestasi bateri natrium adalah lebih lemah. Oleh kerana ion natrium membawa 0.3 volt kurang daripada bateri litium, terdapat kehilangan ketumpatan tenaga kira-kira 10% yang tidak dapat dielakkan. Paling penting, anod grafit bateri semasa tidak membenarkan natrium yang mencukupi untuk berada.
Menurut laporan yang diterbitkan oleh kumpulan kerja Jerman-Rusia yang diketuai oleh Pusat Penyelidikan Saintifik Helmholtz (HZDR) di Dresden, Jerman, nanokarbon boleh membantu memperbaiki masalah ini. Laporan itu menyatakan bahawa penggunaan bahan karbon ultra nipis, dwilapisan grafena, boleh menyimpan lebih banyak ion natrium dalam anod berbanding grafit.
Jika elektrod grafena boleh dipasang dalam bateri litium pada masa hadapan, menggantikan anod grafit yang biasa digunakan pada masa kini, kapasiti bateri mungkin dapat ditingkatkan dengan ketara.
Krasheninkov, seorang ahli fizik di HZDR, membandingkannya dengan meletakkan bola kecil di antara dua helaian kertas: terus menambah bola kecil di antara kertas, kertas itu akan ditolak lebih jauh, dan jurang antara kedua-dua helaian akan meningkat.
Teknologi yang serasi
Struktur berbilang lapisan
Teknologi yang Serasi?
Jika struktur berbilang lapisan untuk bateri litium berfungsi, adakah ia juga terpakai kepada logam alkali lain seperti natrium? Sekumpulan pekerja dari Dresden, Stuttgart dan Moscow berharap dapat mengetahuinya menggunakan simulasi superkomputer yang canggih.
Oleh kerana prototaip bateri natrium-ion setakat ini tidak berfungsi dengan baik kerana natrium hanya boleh memasuki anod grafit, pengiraan komputer menunjukkan bahawa natrium, seperti litium, boleh dibenamkan di antara lapisan grafena dalam struktur berbilang lapisan.
Pada masa hadapan, jika elektrod grafena dipasang dalam bateri natrium-ion dan bukannya anod grafit hari ini, kapasiti storan yang lebih tinggi boleh dicapai.
Hasil kajian ini mungkin memberikan satu kejayaan dalam pembangunan bateri natrium yang murah. Krasheninkov berkata kajian ini hanyalah teori semata-mata dan tidak menyokong pembangunan bateri generasi baharu pada masa hadapan berdasarkan hanya hasil kajian, tetapi ia mungkin memberikan idea baharu yang menarik untuk jurutera.
Bateri masa hadapan
Tinjauan masa hadapan
Bateri Masa Depan
Mujurlah, bateri natrium-ion bukan lagi sekadar konsep teori. Satu kejayaan dalam teknologi berkaitan nampaknya semakin hampir.
Penemuan terkini menunjukkan bahawa sudah ada alternatif yang praktikal, berpatutan dan cekap sumber untuk bateri litium yang mahal, dan ia juga boleh meningkatkan prestasinya melalui struktur berbilang lapisan.
Ia pastinya akan mengambil sedikit masa sebelum teknologi bateri natrium-ion sedia untuk pengeluaran besar-besaran dan digunakan dalam kenderaan elektrik atau telefon bimbit. Tetapi setelah tiba masanya, sepatutnya tidak ada banyak masalah dalam menukar barisan pengeluaran daripada bateri litium kepada bateri natrium-ion kerana teknologinya agak serupa.
