2022年7月11日

当谈到可持续发展趋势时,电池是最重要的, 这是因为它们可以储存来自太阳能等可持续能源的能量.

电池自发明以来也发生了很大变化, 工程师们现在有无穷无尽的机会在无数的应用中利用电池的能量.

简单地说, 电池是一种能将储存的化学能转化为电能的能量储存装置. 电池使用化学化合物,在反应过程中释放或接受电化学细胞内的电子或离子.

Graphene-enabled锂电池. (a)基于平板的对称结构二次电池示意图和(b)
图案MLG. MLG/p-MLG作为电致变色层(阳极). 锂镍锰钴氧化物作为电荷计数器工作
电极(阴极), 在透射/反射模式下工作的器件中提供可逆的电化学反应.

使它移动

锂离子电池的吸引力在于其尺寸. 它可以很小,也可以很大,可以用来为不同的东西供电. 这意味着它在世界上的应用是多种多样的.

为了使电池工作,需要以下组件: 

  • 阴极或正极:电源决定电池的容量和电压.
  • 阳极或负极:通过电池的外部单元存储和释放离子.
  • 电解质:这是在电池的阴极和阳极之间运输离子的介质.
  • 隔板:这是防止阴极和阳极相互接触的屏障.

这些组件的电池功能正常, 技术的进步意味着2022年的电池充电更快,使用时间更长.

电池也成为可持续性的代名词, 因为它们被用作抵消碳的手段. 最受欢迎的是电动汽车,它正在慢慢成为世界各地道路上的常态.

锂离子电池的使用

这些电池的各种用途有很多范围,用于各种行业或个人使用.

图片由 KBO自行车 on Unsplash
  • 不间断电源(UPS)

在这种情况下,锂离子电池提供紧急备用电源,以防电源丢失或波动.

它们对电脑等办公设备很有用, 以及IT服务器, 哪些需要在停电的情况下保持运行,以防止数据丢失.

它们还可以确保路由器可以运行一段时间,提供互联网接入,这在医疗保健行业也是非常重要的,作为一种安全的替代方案,以确保救生医疗设备的持续电力供应. 瑞银可以在规模上有所不同.

  • 海上车辆及船只

锂离子电池是一种领先的汽油和铅酸电池的替代品,为工作或拖船和休闲船提供动力.

它们提供了一种安静而高效的电源,也可用于在码头上为船上或游艇内的电器提供电力. 它的碳足迹很小,而且像电动汽车一样为用户提供了许多好处.

  • 太阳能存储

锂离子电池可以将太阳能储存在太阳能电池板中,因为它们可以快速充电. 电池更轻, 更紧凑, 与铅酸电池相比,它可以储存更多的能量.

虽然他们以后需要更换, 这些电池可以为建筑物或家庭供电, 就建筑环境而言,对这些的需求正在增加.

  • 个人移动

忘记大型车. 如果你想在城市空间中获得快速高效的交通工具,用锂离子电池供电的小型摩托车或自行车正在彻底改变出行方式. 许多欧洲城市提供这些滑板车,以便人们在城市空间中使用,并方便地使用滑板车. 这意味着土木工程现在包括了使用电池驱动的个人交通方式的高速公路. 共享滑板车计划正迅速成为常态, 许多欧洲和亚洲国家允许城市居民和游客在穿越单个城市空间时租用和使用共享滑板车.

  • 电动汽车

很少有锂离子电池的用途像它在电动汽车上的用途那样被广泛使用. 这些车辆采用了先进的电力相关组件,以确保它们的长期和有效运行

该工厂可以生产25个,第一阶段每天生产000kg的绿色氢, 有潜力扩大到100,每天000公斤. 

这被认为是使澳大利亚脱碳的唯一有效方法之一. 

工程师们应该注意到氢气是他们工作的一部分, 随着绿色氢气投资从202年的零增长到2021年的121千兆瓦,计划和开发阶段的136个项目总额超过5000亿美元.

许多国家的公司已经结成联盟,在未来六年内将产量增加50倍. 现在在澳大利亚有大型工厂, 法国, 德国, 荷兰, 巴拉圭, 葡萄牙, 美国.K.,以及美国.S. 最雄心勃勃的计划是在澳大利亚的皮尔巴拉地区. 

回收 Batteries

锂离子电池的普及也意味着更多的电池寿命将尽. 有效地回收利用这些资源正成为一个新的研究领域, 工程师也可以在确保电池有效回收方面发挥重要作用.

这项研究 澳大利亚锂电池回收:发展新产业的现状与机遇 铅和镍/镉电池回收在澳大利亚已经得到了完善和规范. 虽然锂基电池在经济上是可行的,但由于回收的限制,锂基电池的回收还不完善.

但这种情况正在改变.

美国联邦汽车工业商会(FCAI)要求会员建立一个在电池寿命结束时回收电池的系统. 然而, 许多电动汽车电池在澳大利亚还没有达到寿命,因此这个市场目前还没有开发.

大多数电池的寿命是 预计大约10年后,电池的占有率将达到70%到80% 他们的能力.
在这种容量下,这将减少电动汽车的里程,并将需要更换. 目前, 几乎所有的电动汽车电池都是从澳大利亚出口的,用于报废处理, 这些电池不太可能在未来被立即处理回收. 大多数汽车制造商都在为旧电动汽车电池开拓新的能源存储市场, 也被称为“第二人生”, 考虑到他们的运力水平仍然会超过50%.

这意味着电池不能被简单地丢弃, 关于如何安全处理电池的法规正在出台, 或者找到它们的新用途. 电池也可以被剥离, 什么是重要的回收材料使用在其他工程实践.

重要的是,如果处理得当,这些电池的回收不会对环境造成危害, 再加上它的碳足迹减少,可以肯定的是,随着世界竞相拯救环境,电池技术必将大幅改善.

另一个令人兴奋的进展是 发表在《 焦耳 杂志将于2021年底发行. 一组研究人员证实,如果用一种新方法单独回收阴极, 回收电池的性能和新电池一样好. 这一发现非常有前景,因为当只有阴极需要翻新时,整个回收过程要容易得多. 其他好处包括更短的周期和更少的化学品和资源的使用, 因为这是在更小的范围内发生的,而且没有使用新材料, 这在许多国家的国内都可以实现, 降低运输成本,增加当地就业机会——对每个人来说都是双赢的局面. 其中一名研究人员创立了一家名为Ascend Elements的初创公司. 王艳(音译)目前正在建立该技术的工业应用.

电池回收的另一个令人兴奋的方面来自于 电池交换.

印度共和国正朝着电动汽车的高渗透率快速发展——由于市场的蓬勃发展,需要解决如何处理已接近寿命的电池的问题.

印度政府宣布了在印度采用电动汽车的计划, 采用这种技术的一个主要方面是电池交换政策.

在该计划中,电池提供服务或租赁. 作为一个结果, 当汽车电池需要更换时,消费者将不必购买昂贵的电池并更换新的电池.

如果运行良好, 这意味着回收电池或找到它们的其他用途得到了更好的控制, 考虑到2021年印度购买了超过100万辆电动汽车, 这个计划是有意义的,以确保电池使用后的安全.

从人性的角度来看, 推出电动汽车电池更换政策是为了降低电动汽车的前期成本,以便更容易采用.

钠电池

钠离子电池被认为是一种很有前途的替代锂电池技术.

彭,剑 & 王,劲松 & 咦,Haocong & 胡,文静 & Yu Yonghui & 金文,阴 & 沈,易 & 刘,易 & 罗Jiahuan & 徐,岳 & 魏,彭 & 李认为 & 金,于 & 叮,于 & 苗族,凌 & 江,Jianjun & 汉族,Jiantao & 黄案. (2018). 钠离子电池:基于高质量三元金属普鲁士蓝类似物的双插入型钠离子全电池(Adv. 能源板牙. 11/2018). 先进能源材料. 8. 1870048. 10.1002 / aenm.201870048.

尽管这一领域有新的研究, 由于缺乏长寿命的高能量密度阴极材料,这一技术的实现实际上受到了阻碍.

根据这篇论文 展望:可持续钠离子电池正极材料的设计 高能源需求凸显了储能系统的作用.

虽然锂离子电池一直是标准,但随着其他可用于存储目的的电池的出现,它正在发生变化.

钠离子电池的正极材料主要是基于与锂离子类似物相同的插入化学, 氟磷酸盐和层状氧化物是第一批原型的基础.

然而, 在阳极侧, 不可能插入裸钠离子是这项技术的一个缺点,也是研究的一个重要驱动力. 在此背景下:高容量阳极,如磷和合金, 在低电位下工作的材料,如钛酸盐, 硬碳和环保有机化合物, 进行了调查.

钠离子电池是有效的,根据发表在 光伏杂志 钠离子电池提供了一个优越的环境和安全的解决方案,加上更好的原材料成本比锂离子电池(锂离子). 最终, 这些电池, 在未来, 将承诺更强的性能和改善密度和循环速率.

有望成为锂离子电池的补充技术, 而不是竞争. 这两种电池技术不仅在工作原理上有很多共同点,而且在制造和使用设备方面也有很多共同点.

什么是量子电池?

量子计算已经成为流行词有一段时间了, 现在,量子电池正在向意识领域大步迈进.

将量子资源用于技术目的的可能性是目前一个活跃的研究领域, 其中,量子电池已成为有前途的工具,热力学控制在量子尺度.

简单地说,量子电池是一种表现为高效能量存储设备的量子力学系统. 它的实现是由这样一个事实所推动的:真正的量子效应,如纠缠压缩,通常可以提高经典协议的性能.

发表于 physicsworld.com 解释说,量子力学效应创造了创造能量吸收能力随体积增大而增加的系统的可能性.

这种效应被称为超强吸收, 而且有可能制造出一种随着体积增大而充电更快的电池.

现代的太阳能电池和照相机可以储存不同波长的能量, 但量子电池的可能性表明,光吸收是有限的,但可以在不久的将来增长.

当它实现时,电池可以以新的和令人兴奋的方式充电.

参考文献

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