Ker trg električnih vozil še naprej pridobiva zagon, imajo nekateri kupci avtomobilov še vedno pomisleke glede dosega in varnosti litij-ionske baterije. Da bi odpravili te upravičene pomisleke, se porabi veliko denarja in časa za razvoj novih baterijskih tehnologij.
V zadnjih letih so podjetja vlagala v staro, a izboljšano baterijo na osnovi aluminija in zraka, ki lahko znatno napreduje v industriji električnih vozil. Zdi se, da je aluminij-zrak (Al-zrak) baterija sprememba iger v zvezi z baterijo za električna vozila, toda ali je to vse skupaj?
Kaj je aluminij-zračna baterija?
Električna vozila igrajo ključno vlogo pri doseganju prihodnosti brez neto vrednosti. vendar razpon tesnobe in varnostna vprašanja glede litij-ionskih baterij so ovire, ki ovirajo rast trga električnih vozil. Litij-ionske baterije so vodilne v revoluciji električnih vozil, vendar so še vedno omejene na doseg 400 milj, kar lahko predstavlja težave na dolgih cestnih potovanjih.
Težave z iskanjem polnilne postaje na oddaljenih območjih in čakanjem, da se vaše električno vozilo napolni, lahko odvrnejo potencialne kupce. Tudi druge zaznane težave z litijevo baterijo, kot so degradacija baterije, puščanje in prekomerno polnjenje, ne pomagajo veliko. Z vso drugo tehnologijo baterij, ki je na voljo, so baterije Al-air deležne toliko pozornosti, ker jih ni treba ponovno polniti.
Koncept teh baterij sega v šestdeseta leta prejšnjega stoletja. A ker je bil njegov elektrolit nevarno jedek in strupen, ga ni bilo mogoče uporabiti v komercialne namene. Trevor Jackson, inženirski častnik v britanski kraljevi mornarici, je leta 2001 začel eksperimentirati z baterijo, da bi jo naredil varno za uporabo. Al-zračne baterije so izdelane iz plošče iz aluminijeve zlitine kot anode, zračne katode, nestrupenega elektrolita, kot je voda, in srebrovega katalizatorja.
Kako deluje aluminij-zračna baterija?
Tradicionalne EV baterije imajo dve elektrodi, eno katodo in eno anodo iz različnih materialov, med njima pa je elektrolit. Ko se baterija uporablja, ioni tečejo od anode skozi elektrolit do katode. Med polnjenjem ioni tečejo v nasprotni smeri nazaj do anode.
Al-zračne baterije delujejo podobno kot gorivne celice. Na anodi uporablja aluminij, na katodi pa kisik. Rezultat je veliko večja gostota energije. Približno osem do devetkrat večja od trenutnih litij-ionskih baterij, ki se uporabljajo v električnih vozilih, kar je znatno povečanje moči. Gostota energije meri, koliko energije lahko shrani baterija na enoto mase. Gostota moči meri, koliko trenutne energije lahko odda na enoto mase.
Anoda sprošča elektrone, ko aluminij oksidira, medtem ko katoda reducira kisik, da sprosti elektrone in tako ustvarja električno energijo. Obremenitev se lahko napaja z električnim tokom, ki ga ustvarjajo elektroni, ki se gibljejo skozi zunanje vezje. Končni rezultat je bel prah, ki se oblikuje na anodi.
Prednosti in slabosti aluminij-zračnih baterij
Aluminij je tretji najpogostejši naravni vir v zemeljski skorji in najbolj razširjena kovina na zemlji, zato ga verjetno ne bo nikoli zmanjkalo. Zaradi svoje mehkobe je z aluminijem enostavno delati in je za razliko od litija stabilen. Poleg tega je nestrupen. Sledijo druge prednosti Al-zračnih baterij pred litij-ionskimi:
- Cenejše za izdelavo
- Stabilnost
- Nižji ogljični odtis v smislu rudarjenja in rafiniranja
- Shranjuje veliko več energije
- Lažji od večine drugih baterij, ker je baterija izdelana iz aluminija in zraka
- Zelo primerno za recikliranje
Kljub prednostim ima ta baterija nekaj slabosti. Prvič, njegova pomanjkljivost je primarna baterija. V bistvu ga ni mogoče ponovno napolniti, ko je baterija izpraznjena ali prazna. Poleg tega zrak v bateriji razjeda aluminijasto anodo. Zato je treba zamenjati aluminijasto ploščo v bateriji, kar je lahko drago. Poleg tega lahko na stroške proizvodnje baterij vpliva nihanje cene srebra, ki ga baterija vsebuje.
Težave z litij-ionskimi baterijami
Znanstveniki razvijajo boljše baterije zaradi pomanjkljivosti litij-ionskih baterij, ki prevladujejo na trgu električnih vozil. Litij, nikelj in kobalt, ki se uporabljajo v litij-ionskih baterijah, so redke zemeljske kovine, ki jih najdemo le v nekaterih delih sveta. Trenutno električna vozila predstavljajo 6 % vozil na cestah, rudarjenje teh kovin pa dobro poteka; predstavljajte si, ko se številke EV povzpnejo na 50 % ali 80 %. Druge slabosti litij-ionskih baterij vključujejo naslednje:
- Proizvodnja je draga, čeprav so cene padle
- Nestabilnost litija
- Stres na nacionalni mreži
- Draga in sofisticirana polnilna omrežja
- Vplivi na okolje, povezani z rudarjenjem in rafiniranjem, čeprav se reciklira več litijevih baterij
Zamenjava baterije v primerjavi s ponovnim polnjenjem
Pri obravnavi je treba upoštevati nekatere dejavnike zamenjava baterije v primerjavi s ponovnim polnjenjem. Da bi dosegli enak doseg z enim polnjenjem, bi potrebovali paket baterij velikosti 1/8 velikosti litij-ionske baterije. Zaradi manjše teže Al-zračnih baterij bodo električna vozila lahko potovala dlje, kar bo povečalo splošno učinkovitost.
Prav tako bo lažje in bolj priročno zapakirati baterijo na mesto v EV, ki je lahko dostopno, tako da jo je mogoče preprosto zamenjati, ko je to potrebno. Nekatera podjetja so ocenila, da je čas zamenjave akumulatorja električnih vozil iz aluminija in zraka le tri minute, kar lastnike električnih vozil hitro vrne na cesto.
Po ocenah Al-air baterije zdržijo približno 5.400 milj. Vprašanje je: zakaj bi kdo šel po tej poti namesto polnjenja? Z električnim vozilom, ki ga poganja Al-air, lahko greste veliko dlje, ne da bi našli polnilno postajo. Drugi razlog je, da je zamenjava izpraznjene baterije Al-Air za reciklirano veliko cenejša kot stroški zamenjave baterije Tesla. Ker so edini zamenljivi del aluminijaste plošče, ki jih je mogoče 100 % reciklirati, plačate za prevožene kilometre.
Ali so aluminij-zračne baterije prihodnost?
Al-zračne baterije je možno uporabljati v današnjih električnih vozilih. Priljubljenost teh baterij se bo verjetno povečala, ko bodo postaje za menjavo baterij vse bolj razširjene. Do takrat bi jih lahko uporabljali tudi za razširitev dosega električnih vozil z litij-ionsko baterijo, s čimer bi rešili težavo s ponovnim polnjenjem, ko tega ne morete.
Sčasoma bodo kupci električnih vozil imeli možnost zamenjave baterij ali polnjenja svojih vozil, kar bo na koncu ustvarilo bolj vsestranski trg električnih vozil v korist vseh. Posledično se bo prehod v svet, ki v celoti temelji na električnih vozilih, še pospeševal.
