Зміст
- Перша проблема з літієм: летючість
- Друга проблема з літієм: рідкість
- Потенціал для натрій-іонних батарей
- Посилання та ресурси
Кріс - інженер, мислитель і філософ, який із задоволенням вивчає футуристичні ідеї та технології.
Наше сучасне суспільство стало сильно залежати від літій-іонних акумуляторів майже для всіх типів мобільних або портативних технологій. Літій-іонні акумулятори можна побачити у всьому - від годинників та смартфонів до електромобілів і навіть детекторів диму. Однак із цією технологією існує низка проблем, і, на жаль, літій-іонні елементи не настільки ефективні, як ми хотіли б, щоб вони були.
Вчені та дослідники наполегливо працюють, щоб знайти заміну цій давній технології, однак знайти щось безпечне, недороге та комерційно життєздатне у великих масштабах є складним завданням. Тож у чому проблема літій-іонних акумуляторів і чи з часом їх замінить натрій-іонні акумулятори?
Перша проблема з літієм: летючість
Літій є дуже реактивним і легкозаймистим елементом. Це може зробити небезпечною роботу з літієм. У природному вигляді відкладення літію можуть бути досить доброякісними. Однак, як тільки літій перероблений у форму, з якої можна зробити корисну батарею, він перебуває у високореактивному стані. Від працівників, які переробляють літій у придатний для використання матеріал, до людей, які фактично виробляють батареї, у цьому процесі завжди є ризик. Зокрема, типовий літій-іонний акумулятор, здається, має помітно нижчий рейтинг надійності, оскільки прикладів вибуху або загоряння сотень було, якщо не тисяч.
У 2016 році у Samsung була добре відома проблема з літій-іонними акумуляторами у своїх флагманських телефонах, які щойно вийшли на світ. ЗМІ, як і Інтернет, були заповнені історіями про вибух телефонів і планшетів (Swider, 2017). Один навіть загорівся в літаку! Приблизно в той самий час, коли це відбувалося, подібна проблема з батареєю траплялася з ховербордами. Ці примхливі пристрої почали несподівано вибухати та загорятися через проблему з технологією літій-іонних акумуляторів (Molina, 2017).
З тих пір виробники електроніки намагалися вбудувати у свої пристрої захисні сейфи, одночасно працюючи над підвищенням надійності акумулятора. Однак літій-іонні акумулятори все ще залишаються потенційно небезпечними, що може ускладнити їх транспортування або транспортування.
Друга проблема з літієм: рідкість
Відомо, що у світі існує кілька запасів літію. Найбільше літію зосереджено лише в чотирьох країнах, при цьому Чилі є світовим виробником цього бажаного матеріалу. Чилі має понад половину відомих у світі запасів літію (Home, 2018).
Через рідкість цього матеріалу існує багато потенційних наслідків для світової економіки, навколишнього середовища та країн, які купують та продають літій. Наприклад, більша частина виробництва літію відбувається шляхом перекачування солоного розсолу з підземних водойм у величезні озера, де вода може випаровуватися. Це залишає позаду висококонцентровані родовища літію (Bell, 2018), які можна переробити в стан, який можна використовувати для виробництва акумуляторів.
Для поліпшення швидкості випаровування (і, отже, виробництва літію), побудовані стави для випаровування повинні бути дуже великими, щоб розчин розсолу міг розповзатися, створюючи найбільшу площу поверхні, наскільки це можливо. Літій також можна отримати з різноманітних родовищ корисних копалин і глини, які видобуваються за допомогою більш традиційних технологій видобутку корисних копалин (Pennell, 2018) У будь-якому випадку потенційний вплив на навколишнє середовище може бути значним.
Ще слід врахувати, що дефіцит природних ресурсів є однією з основних причин війни та конфліктів. Якщо одна країна має велику кількість матеріалу, необхідного всім іншим, це може створити напругу серед країн. Зі збільшенням нашої залежності від літію зростає і потенціал глобальних конфліктів (Mellow, 2018). Крім того, коли у вас є цілі економіки, які залежать від окремого продукту, щоб забезпечити себе, це є значним ризиком, що довгострокова стабільність країни буде загрожена.
Чи стане літій нафтою майбутнього? Якщо нічого не зміниться, це може. Тільки в 2015 році глобальна ціна на літій потроїлася через зростання апетиту до цього важливого матеріалу. Очікується, що це зросте ще більше із збільшенням попиту.
Потенціал для натрій-іонних батарей
Хоча літій зустрічається рідко, натрій дуже поширений. Насправді натрій є четвертим за кількістю речовин на землі, і його дуже легко отримати. Це зробило б видобуток та отримання сировини для натрій-іонних батарей дуже недорогими.
Однак проблемою є пошук способу виготовлення натрій-іонного акумулятора, який є надійним і простим у виготовленні. Натрій є дуже реакційноздатним матеріалом (більше, ніж літієм), і навіть незначний вплив повітря може призвести до його деградації, що ускладнює виготовлення натрій-іонних батарей (Університет Воллонгонг, 2018). Спеціальна техніка та дуже жорсткий контроль якості необхідні для того, щоб створити хорошу, довговічну натрій-іонну батарею. Крім того, дослідники все ще намагаються вдосконалити процес виготовлення цих батарей. Однією з їх цілей є оптимізація хімічного складу батареї, що призведе до поліпшення електричної потужності.
У прототипі іонів натрію, розробленому в Стенфордському університеті, катод складається з комбінації натрію, кисню та вуглецю, тоді як анод складається з фосфору (Turner, 2018). Ці матеріали можна отримати досить легко з різних органічних матеріалів. Це робить матеріали для збору врожаю відносно простими та недорогими.
Більше того, деякі прототипи натрій-іонних батарей використовують замість фосфору для анода щось, що називається "твердий вуглець". Твердий вуглець можна отримати досить дешево, переробляючи біомасу, що має високий вміст вуглецю. У будь-якому випадку ефективність та продуктивність батареї цього типу залежать від анода. Саме тут дослідники проводять більшу частину свого часу, намагаючись вдосконалити цю технологію.
Якщо з цього матеріалу можна зробити надійну батарею, це може революціонізувати галузь акумуляторних батарей, особливо для електростанцій, електромобілів та великомасштабних установок акумуляторів. Однак, швидше за все, ви найближчим часом не побачите заміни батарейок у телефоні. Менша щільність енергії натрію означає, що для забезпечення такого ж обсягу енергії, як аналогічна літій-іонна батарея, необхідна порівняно більша батарея.
Врешті-решт, потрібно багато попрацювати, щоб зробити натрій життєздатною заміною літію у світовому комерційному масштабі. Якщо комерціалізувати поточну технологію, очікується, що споживачі побачать лише зниження вартості акумуляторів для мобільних технологій на 5-10%. Це пов’язано як із більш складними виробничими процесами, так і з більшими розмірами батарей, які були б потрібні для забезпечення еквівалентної енергії (Hellemans, 2017). У будь-якому випадку, дослідження натрієвих акумуляторів триває, і можливо, ми лише на один пробій від пошуку життєздатної заміни літій-іонних акумуляторів.
Посилання та ресурси
- Белл, Теренс. "Огляд комерційного виробництва літію". Баланс. 11 травня 2018 р. Https://www.thebalance.com/lithium-production-2340123>
- Геллеманс, Олександр. "Як довго до того, як натрієві батареї варті своєї солі?" Спектр IEEE. 15 грудня 2017 р. Https://spectrum.ieee.org/energywise/at-work/innovation/how-long-before-sodium-batteries-are-worth-their-salt>
- Додому, Енді. "Коментар: Чому Tesla звертається до Чилі за літієм". Reuters. 7 лютого 2018 р. Https://www.reuters.com/article/us-lithium-supply-ahome/commentary-why-tesla-is-turning-to-chile-for-its-lithium-idUKKBN1FR2A1>
- Мелло, Крейг. "Чилі прагне збільшити виробництво літію". Баррона. 10 березня 2018. https://www.barrons.com/articles/chile-seeks-to-rev-up-its-lithium-production-1520647972>
- Моліна, Бретт. "Ховерборди відкликані через ризик пожежі та вибуху - знову". США сьогодні. 15 листопада 2017 р. Https://www.usatoday.com/story/tech/talkingtech/2017/11/15/hoverboards-recalled-fire-and-explosion-risks-again/865643001/>
- Пеннель, Кайл. "Як працює видобуток літію?" Візьміть CAD-блог. 20 лютого 2018 р. Https://blog.grabcad.com/blog/2018/02/20/how-does-lithium-mining-work/>
- Свідер, Метт. "Ось чому акумулятори Samsung Galaxy Note 7 загорілися і вибухнули". Технічний радар. 23 січня 2017 р., Https://www.techradar.com/news/samsung-galaxy-note-7-battery-fires-heres-why-they-exploded>
- Тернер, Джуліан. "Чи варті натрій-іонні батареї своєї солі?" Технологія живлення. 21 травня 2018 р. Https://www.power-technology.com/features/sodium-ion-batteries-worth-salt/>
- Університет Вуллонгонга. "Натрій-іонна батарея наносить удар. Phys.org. 5 квітня 2018 р. Https://phys.org/news/2018-04-sodium-ion-battery.html>
Ця стаття є точною та вірною, наскільки відомо автору. Вміст призначений лише для інформаційних чи розважальних цілей і не замінює особистих порад чи професійних порад у ділових, фінансових, юридичних чи технічних питаннях.
