Wil je geen batterijen van stenen? Staan we een nieuwe revolutie te wachten op het gebied van oplaadbare batterijen? Over dit alles vandaag.
Over de hele wereld is er al geruime tijd een race gaande om het maximale rendement van de zogenaamde groene energie te halen. Hernieuwbare energiebronnen die geen broeikasgassen in de atmosfeer uitstoten, zijn de toekomst van onze beschaving, waaraan niemand twijfelt. Dit is niet langer slechts een droom, maar de behoefte van de dag. Wetenschappers trekken steeds vaker aan de bel en dringen er bij ons op aan om elektriciteit te besparen en elektrische apparaten zo efficiënt mogelijk te gebruiken.
Ook interessant: Opnieuw bekijken Motorola Edge 40: dezelfde "top voor het geld"
De meeste apparaten werken op batterijen of batterijen, van oude Walkman-spelers tot de nieuwste smartphones of elektrische auto's, gebaseerd op lithium-iontechnologieën (Li-ion). Ze worden al vele jaren gebruikt in de meeste elektrische apparaten en technologische apparaten, hoewel ze niet erg energiezuinig en duurzaam zijn. Bovendien wordt hun verwijdering in de loop van de tijd een reëel probleem voor de ecologische situatie van ons milieu.
Lithium-ion batterijen worden bijna overal geplaatst, omdat ze goedkoop zijn en hoge prestaties leveren. Omdat de kosten van deze batterijen de afgelopen tien jaar aanzienlijk zijn gedaald, worden ze het meest levensvatbare alternatief voor langdurig gebruik, simpelweg vanwege hun enorme overvloed. Tegenwoordig hebben deze batterijen lage kosten en een verhoogde energiedichtheid bereikt, niet door technologische doorbraken, maar door eenvoudige en aanhoudende technische optimalisatie van fabricagemethoden, gereedschappen en efficiëntie.
Echter, met de ontwikkeling van nieuwe methoden en technologieën voor elektriciteitsproductie, groeit de vraag naar efficiënte opslagmethoden. Op kleine schaal zijn hier geen problemen mee - de oplossing zijn verschillende soorten batterijen en accu's, die net zo vanzelfsprekend een element van de werkelijkheid zijn als elektriciteit zelf.
Ze worden gebruikt om telefoons van stroom te voorzien, verschillende soorten verlichting, ze waren ooit nodig om zaklampen of muziekspelers te gebruiken, hoewel deze nu allemaal in onze smartphones zitten. Maar hoe sla je de energie op die nodig is om een heel huishouden van stroom te voorzien? Het blijkt dat batterijen ook in dit geval van pas kunnen komen. We hebben het natuurlijk niet over batterijen van het type populaire "vingers" die in de winkel verkrijgbaar zijn, maar over volledig nieuwe apparaten, die op zichzelf al opwindende technische prestaties zijn.
Er wordt al geruime tijd onderzoek gedaan om nieuwe batterijen te ontwikkelen die kunnen concurreren met lithium-ionbatterijen op het gebied van prestaties, kosten en duurzaamheid.
Veel van deze nieuwe technologieën zijn niet helemaal nieuw. In wezen werken ze op dezelfde manier als lithium-ionbatterijen, maar met verschillende materialen. Hier zijn enkele van de meest interessante voorbeelden van technologieën die binnenkort een revolutie teweeg kunnen brengen op het gebied van energieopslag.
Lees ook: 7 coolste toepassingen van ChatGPT
Dit type batterij gebruikt, in tegenstelling tot andere, geen vloeibare of gel-elektrolyten, maar vaste vormen. Dergelijke elektrolyten zijn meestal in de vorm van keramiek, glas, polymeren of sulfieten. Vastestofbatterijen zijn efficiënter omdat ze meer energie leveren voor dezelfde afmetingen als hun lithium-ion-tegenhangers. Ze hebben een groot potentieel, vooral op het gebied van elektrische voertuigen.
Een solid-state batterij heeft het potentieel om de meeste van de hierboven genoemde problemen met de huidige lithium-ionbatterijen op te lossen. Een glazen solid-state batterij kan drie keer de energiedichtheid hebben door een alkalimetaal (lithium, natrium of kalium) anode te gebruiken, die de energiedichtheid van de kathode verhoogt en zorgt voor een lange levensduur. Een vaste elektrolyt wordt beschouwd als niet-ontvlambaar of op zijn minst bestand tegen zelfontbranding. De niet-ontvlambare aard van solid-state batterijen vermindert ook het risico op oververhitting, waardoor cellen strakker kunnen worden verpakt, waardoor de ontwerpflexibiliteit en de bulkdichtheid toenemen.
Hoge verwachtingen van deze batterijen houden verband met het feit dat ze veel langer meegaan. En dit is een groot pluspunt in de wereld van vandaag.
Solid-state batterijen bevinden zich momenteel echter op een laag niveau van technologische paraatheid en fundamenteel onderzoek is nog aan de gang, wat onzekerheid en zorgen veroorzaakt in verband met hoge productiekosten en schaalbaarheid. De uitdaging is ook om vaste elektrolyten te introduceren in een proces dat compatibel is met moderne productiepraktijken, dat geen invloed mag hebben op de duurzaamheid of kosten van het eindproduct, terwijl het ook voordelen toevoegt zoals een betere energie- en vermogensdichtheid, verhoogde veiligheid en hogere doorvoer. . .
Lees ook: Ik heb de chatbot van Bing getest en geïnterviewd
Lithium-zwavel (Li-S) batterijen (niet te verwarren met "lithium-zwavel" - deze eeuwige batterijen worden gevoed door de geschillen van Oekraïners) werden sinds de jaren 60 van de vorige eeuw ontwikkeld en onderzocht als een effectief apparaat voor het opslaan van energie met behulp van omkeerbare elektrochemische reacties. Ondanks de snelle ontwikkeling en commercialisering van de technologie voor lithium-ionbatterijen (LIB), is er geen doorbraak bereikt om de kritieke technische uitdagingen op te lossen waarmee lithium-ionbatterijen de komende decennia worden geconfronteerd. Daarom kregen Li-S-batterijen in de jaren 2000 opnieuw veel belangstelling van ontwikkelaars vanwege hun voordelen: lage kosten en hoge theoretische specifieke energie. Deze indicatoren zijn bijna 3 keer hoger dan de kenmerken van de huidige lithium-ionbatterijen. De lage kosten en het hoge gehalte aan zwavel (d.w.z. actief kathodemateriaal) maken lithium-zwavelbatterijen aantrekkelijker dan lithium-ionbatterijen, gezien het feit dat deze laatste kritische materialen zoals kobalt en nikkel gebruiken bij de productie van kathoden.
En bij lithium-zwavelbatterijen zal de kathode, een van de twee elektroden in de batterij, van zwavel zijn gemaakt. Dit element is evenwichtiger dan traditioneel nikkel en kobalt. Dergelijke batterijen zijn efficiënter dan lithium-ionbatterijen. Dit kan uiteraard leiden tot een grotere actieradius van de auto's waarin ze zullen worden gebruikt. We kunnen stellen dat het grote voordeel van deze batterijen is dat zwavel een goedkope en wijdverbreide grondstof is. Tegelijkertijd lijkt het productieproces van dergelijke batterijen sterk op het proces dat wordt gebruikt voor de productie van lithium-ionbatterijen, wat betekent dat dezelfde apparaten en productiecapaciteiten kunnen worden gebruikt voor de productie ervan.
Een ander voordeel van dit soort batterijen is de kleinere hoeveelheid energie die nodig is voor de vervaardiging ervan, namelijk bijna 25%. Al deze kenmerken kunnen de productie van lithium-zwavelbatterijen zeer winstgevend maken.
De ontwikkelingen zijn al in volle gang. Het bedrijf Lyten heeft op dit gebied bijzonder veel succes geboekt. Het heeft al een heel LytCell EV-batterijplatform. Het bedrijf zegt dat zijn batterij goedkoper en veiliger is dan de huidige lithium-ionbatterijen en tegen het midden van dit decennium zou kunnen worden gebruikt in in massa geproduceerde elektrische voertuigen die in de VS worden gebouwd.
Ook interessant: Google Bard AI: alles wat u moet weten
Dit type batterij werkt op basis van het oxidatieproces van ijzer met behulp van lucht. Tijdens het oplaadproces worden geoxideerde stoffen weer omgezet in ijzer in een proces dat bekend staat als omgekeerde oxidatie. IJzer-luchtbatterijen zullen naar verwachting in de nabije toekomst wijdverbreid worden, vooral omdat ze energieopslag bijna 25 keer langer mogelijk maken dan lithium-ionbatterijen.
Vanwege de zeer grote reserves van zowel ijzer als lucht zouden dergelijke batterijen zeker veel minder kosten. Volgens schattingen kan hun prijs ongeveer 10 keer lager zijn dan bestaande batterijen! Helaas hebben dergelijke batterijen één belangrijk nadeel: vanwege de lage snelheid van ijzeroxidatie kan het opladen ervan lang duren.
De start-up Form Energy, ontstaan uit het beroemde Massachusetts Institute of Technology (MIT), ontwikkelt met succes ijzer-luchtbatterijen. Form Energy-batterijen zijn volgens de ontwikkelaars tien keer goedkoper dan lithium en ze gebruiken ijzer, dat in overvloed aanwezig is in de wereld. Tegelijkertijd kunnen ijzer-luchtbatterijen langer meegaan dan lithiumbatterijen en zijn ze ook veiliger omdat ze niet brandbaar zijn.
Het enige nadeel dat we op dit moment zien, is dat deze batterijen traag opladen, waardoor ze een minder haalbare optie zijn dan lithiumbatterijen, bijvoorbeeld in het geval van laptops of smartphones. Aan de andere kant zijn ze een uitstekende oplossing voor energieopslag op het niveau van het nationale elektriciteitsnet, aangezien ze 100 uur energieopslag kunnen bieden, veel langer dan lithiumbatterijen, die tot zes uur meegaan. Zo kunnen zij de integratie van grootschalige zonneparken en windparken faciliteren.
Ook interessant: Het Bluesky-fenomeen: wat voor soort service en is het al lang?
Een ander interessant voorbeeld van een nieuw type batterij zijn batterijen die warmte opslaan in plaats van elektriciteit. Zo werkt het Israëlische bedrijf Brenmiller Energy aan het gebruik van alternatieve materialen, zoals stenen, om thermische energie op te slaan. Sinds 2012 gebruikt Brenmiller Energy steenslag eerst voor opwekking en vervolgens voor thermische energieopslag. Dergelijke technologieën kunnen op hun beurt voor verschillende doeleinden worden gebruikt, bijvoorbeeld in de industrie.
Interessant is dat het idee om steenslag te gebruiken voor energieopslag niet geheel nieuw is. NASA, die veel nieuwe technologieën op haar naam heeft staan, test al sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw technologieën voor thermische energieopslag. In tegenstelling tot conventionele batterijen gebruiken de door het Israëlische bedrijf geproduceerde batterijen energie om stoom, heet water of hete lucht te produceren. Brenmiller Energy zegt dat zijn fabriek, genaamd Tempo, tot 35 MWh energie kan opslaan en tot 14 ton stoom per uur kan produceren.
Dit is erg belangrijk voor de Israëlische economie, waar tot 45 procent van alle energiegerelateerde emissies afkomstig is van de industriële verwarmingssector. Dit project is ter vervanging van stoomketels die op traditionele fossiele brandstoffen draaien.
Nieuwe realiteiten vragen om nieuwe oplossingen. Het verschijnen van nieuwe typen batterijen zal bijdragen aan de ontwikkeling van technologieën op het gebied van energiebesparing. Misschien hoeft je laptop of smartphone over een paar jaar niet meer elke dag opgeladen te worden, want hij doet het een maand of zelfs een jaar op één lading. En tegelijkertijd zal het nieuwe type batterij niet alleen energie besparen, maar ook bijdragen aan het behoud van het milieu.
Ook interessant:
Laat een reactie achter