Бъдещето: Батерии използващи памук и морска вода ще захранват устройствата ни
Добивът на литий и други минерали, от които се нуждаем за акумулатори, оказва все по-голямо въздействие върху околната среда. Все отново има различни материали на всички места към нас.
Токът спря. Но на улица в Индия има банкомат, който към момента щастливо раздава банкноти. Отчасти с помощта на изгорения памук. Тъй като този банкомат има аварийна батерия вътре – батерия, която съдържа въглерод от деликатно изгорял памук.
„ Точният развой е скришен, в случай че би трябвало да бъда почтен с вас “, споделя Инкецу Окина, основен шпионин в PJP Eye, японската компания, която е направила батерията. Той не се майтапи. „ Температурата е загадка и атмосферата е загадка. Налягането е загадка “, продължава той ловко.
Окина споделя, че е нужна висока температура, над 3000 C, 1 кг памук дава 200 г въглерод – единствено с 2 г, нужни за всяка батерия. Фирмата закупила пратка памук през 2017 година и към момента не е употребила цялата, споделя Окина.
В батериите, създадени от компанията, взаимно с откриватели от университета Кюшу във Фукуока, Япония, въглеродът се употребява за анод – един от двата електрода, сред които протичат йони, заредените частици в батериите. Йоните се движат в една посока, когато батерията се зарежда, и в другата посока, когато освобождава сила към устройство. По-голямата част от батериите употребяват графит като анод, само че PJP Eye настояват, че техният метод е по-устойчив, защото те могат да вършат аноди, употребявайки отпадъчен памук от текстилната индустрия.
С голямо търсене на акумулатори, което се чака през идващите години , подтикнато от възхода на електрическите транспортни средства и огромните системи за предпазване на сила, някои откриватели и компании трескаво създават вероятни други възможности на литиево-йонните и графитните акумулатори, които са нормални през днешния ден. Подобно на PJP Eye, те настояват, че можем да използваме доста по-устойчиви и необятно налични материали за производството на акумулатори.
Добивът на литий може да има доста влияние върху околната среда. Извличането на метала изисква огромни количества вода и сила и процесът може да остави големи белези в пейзажа. Възстановеният литий постоянно се транспортира на дълги дистанции от мястото, където се добива, с цел да бъде пречистен в страни като Китай. Графитът също се добива или създава от изкопаеми горива, като и двете имат негативно влияние върху околната среда.
„ Много е елементарно да си представим, до момента в който материалът за батерията минава през добива и превозването, по какъв начин този въглероден отпечатък в действителност може да се добави “, споделя Сам Уилкинсън, анализатор в S&P Global Commodity Insights.
Да вземем различен образец: кобалтът, който се употребява в доста литиево-йонни акумулатори, се добива най-вече в Демократична република Конго. Но има известия за рискови условия на труд там.
От морска вода до биологични боклуци и естествени пигменти, има дълъг лист от евентуални други възможности в природата, които биха били доста по-широко налични – сложната част е да се потвърди, че всяка от тях може реалистично да се конкурира с типовете акумулатори, които към този момент са на пазара, които са наподобява толкоз незаместим в нашия посипан с джаджи свят.
PJP Eye също популяризира опцията за възстановяване на продуктивността на батерията, както и за по-екологични акумулатори.
„ Нашият въглерод има по-голяма повърхнина от графита “, споделя Окина, описвайки по какъв начин химията на анода в тяхната камбрийска единична въглеродна батерия разрешава батерия, която се зарежда доста бързо, до 10 пъти по-бързо от съществуващите литиево-йонни акумулатори, твърди той.
Катодът на батерията е изработен от оксид на " непочтен метал ". Въпреки че Okina няма да разкрие тъкмо кой от тях, тези метали включват мед, олово, никел и цинк, които са по-лесни и по-малко реактивни от алкалните метали като лития. Компанията твърди, че работи върху батерия с двоен въглероден електрод, като и двата електрода са направени от растителен въглерод. Технологията се основава на проучване, извършено от откриватели от университета Кюшу, макар че не се чака батерията да бъде налична до 2025 година
Възможността за бързо зареждане на батерията не е от огромно значение за банкомата, само че има значение за електрическото транспортно средство, когато просто желаете да го заредите и да тръгнете. Той загатва, че китайската компания Goccia, в партньорство с Hitachi, е създала електронен велосипед, който употребява батерията на PJP Eye и ще го пусне в продажба в Япония при започване на 2023 година Максималната скорост на мотора е 50 км/ч (31 благи в час) и можете изминете разстояние от 70 км (44 мили) с едно зареждане, споделя той.
Огромните международни океани съставляват " на практика безграничен " ресурс от материали за акумулатори
Това надалеч не е единствената батерия, която употребява въглерод от отпадъчни биоматериали. Stora Enso във Финландия създаде анод за акумулатори, който употребява въглерод от лигнин, свързващ полимер, открит в дърветата.
Памукът може да се употребява и вместо електролита, който улеснява потока на йони сред катода и анода, евентуално създавайки по-стабилни акумулатори в твърдо положение от наличните сега, съгласно някои откриватели.
Но някои виждат още по-големи, евентуално неизчерпаеми източници на сила в природата . Огромните международни океани съставляват " на практика безграничен " ресурс от материали за акумулатори, твърди Стефано Пасерини, заместник-директор на института Хелмхолц Улм в Германия.
Той и сътрудниците му описаха своя дизайн за батерия, която трансферира натриеви йони от морска вода, с цел да построи склад от метала натрий, в публикация, оповестена през май 2022 година За да направи това, екипът проектира специфичен полимерен електролит, посредством който натриевите йони могат да преминат.
Морската вода работи като катод тук или позитивно зареден електрод. Но няма анод, тъй като натрият не става негативно зареден, той просто се натрупва в неутрална форма. Пасерини споделя, че непотребната вятърна или слънчева сила може да се употребява за струпване на натрий, който може просто да стои там, до момента в който не е нужен.
„ Когато имате потребност от сила, можете да обърнете процеса и да генерирате електричество “, изяснява той, описвайки по какъв начин металът просто ще бъде върнат в океана.
С това обаче има провокации. Меко казано, натрият – сходно на лития – реагира пламенно, когато влезе в контакт с водата. Както споделя Пасерини: " Ще получите детонация. " Ето за какво е жизненоважно да се подсигурява, че няма приключване на морска вода към хранилището на натрий – в противоположен случай може да последва злополучие.
И по този начин, някои откриватели търсят материал, открит естествено в нашите кости и зъби, наред с доста други места, като по-безопасна опция на катодите – калций . Може да вземем за пример да се комбинира със силиций, който ще подкрепи превозването на калциеви йони в бъдеща батерия.
Списъкът с материали, които биха могли да придадат на бъдещите акумулатори тяхното обаяние, става още по-странен.
Джордж Джон от Градския университет на Ню Йорк и сътрудниците му от дълго време изследват капацитета на хиноните, биологични пигменти, открити в растения и други организми, да работят като електроди в батериите. Те даже имат обещаващи резултати с молекула, получена от къна – боята за татуиране , която идва от Lawsonia inermis, дървото на къната.
„ Това е нашата фантазия “, споделя Джон. „ Искаме да създадем устойчива батерия. “
Едно от трудностите, отбелязва той, е, че естествената молекула на къната е доста разтворима. Когато се употребява като катод, той последователно се разтваря в течен електролит. Но посредством съчетание на четири молекули къна дружно и прибавяне на литий, Джон изяснява, че са съумели да създадат рециклируем материал с кристална конструкция, която е доста по-здрава.
„ Тъй като кристалността се усилва, разтворимостта понижава “, изяснява той.
Джон прибавя, че дизайните на батериите, върху които работят той и сътрудниците му, може да нямат задоволително висок потенциал за зареждане на електрически транспортни средства, само че един ден биха могли да бъдат употребявани в дребни, портативни устройства. Може би джаджи, които мерят равнищата на кръвната захар при хора с диабет или други биомаркери, да вземем за пример.
Други откриватели преглеждат потреблението на разнородни материали като боклуци от царевица и черупки от семена от пъпеши за генериране на нови типове електроди за потребление в акумулатори. Предизвикателството обаче може да е в производството им в мащаб, който може да отговори на възходящото търсене на промишлеността за акумулатори.
И цялостното предизвикателство за всевъзможни различни материали за акумулатори постоянно е във връзка с посрещането на изключително предстоящо търсене. Вземете днешната технология за акумулатори, основана на литий и графит. Ако продължим да го използваме, светът ще има потребност от към два мегатона графит годишно до 2030 година, с цел да задоволи процъфтяващата промишленост за акумулатори, пресмята Макс Рийд, анализатор в Wood Mackenzie. Това е в съпоставяне със 700 килотона в този момент.
„ Утрояване на търсенето, в действителност “, споделя той. Отчасти това е повода графитните други възможности да дават отговор на толкоз висока летва. „ Постигането на тези мащаби ще бъде необикновено мъчно за всеки нов материал. “
Изместването на индустриалните процеси от графит би било доста скъпо и евентуално огромен търговски риск, отбелязва Джил Пестана, основан в Калифорния академик по акумулатори и инженер, който сега работи като самостоятелен съветник.
Тя е скептична по отношение на потреблението на биоотпадъци за въглеродни аноди, защото източниците на такива боклуци може да не постоянно са доста екологични. Дървесна ферма, която се ръководи неприятно за биоразнообразие, да вземем за пример.
От друга страна, на пазари, където наподобява, че потребителите в действителност се интересуват от устойчивостта на продуктите, които купуват, различните материали за акумулатори с подобаващ генезис може да имат повече шансове – без значение дали батериите са направени с въглерод, получен от биологични боклуци, или друго евентуално по-устойчиво вещество. „ Обществеността може да изиграе огромна роля в в действителност тласкането на тези старания напред “, допуска Пестана.
Токът спря. Но на улица в Индия има банкомат, който към момента щастливо раздава банкноти. Отчасти с помощта на изгорения памук. Тъй като този банкомат има аварийна батерия вътре – батерия, която съдържа въглерод от деликатно изгорял памук.
„ Точният развой е скришен, в случай че би трябвало да бъда почтен с вас “, споделя Инкецу Окина, основен шпионин в PJP Eye, японската компания, която е направила батерията. Той не се майтапи. „ Температурата е загадка и атмосферата е загадка. Налягането е загадка “, продължава той ловко.
Окина споделя, че е нужна висока температура, над 3000 C, 1 кг памук дава 200 г въглерод – единствено с 2 г, нужни за всяка батерия. Фирмата закупила пратка памук през 2017 година и към момента не е употребила цялата, споделя Окина.
В батериите, създадени от компанията, взаимно с откриватели от университета Кюшу във Фукуока, Япония, въглеродът се употребява за анод – един от двата електрода, сред които протичат йони, заредените частици в батериите. Йоните се движат в една посока, когато батерията се зарежда, и в другата посока, когато освобождава сила към устройство. По-голямата част от батериите употребяват графит като анод, само че PJP Eye настояват, че техният метод е по-устойчив, защото те могат да вършат аноди, употребявайки отпадъчен памук от текстилната индустрия.
С голямо търсене на акумулатори, което се чака през идващите години , подтикнато от възхода на електрическите транспортни средства и огромните системи за предпазване на сила, някои откриватели и компании трескаво създават вероятни други възможности на литиево-йонните и графитните акумулатори, които са нормални през днешния ден. Подобно на PJP Eye, те настояват, че можем да използваме доста по-устойчиви и необятно налични материали за производството на акумулатори.
Добивът на литий може да има доста влияние върху околната среда. Извличането на метала изисква огромни количества вода и сила и процесът може да остави големи белези в пейзажа. Възстановеният литий постоянно се транспортира на дълги дистанции от мястото, където се добива, с цел да бъде пречистен в страни като Китай. Графитът също се добива или създава от изкопаеми горива, като и двете имат негативно влияние върху околната среда.
„ Много е елементарно да си представим, до момента в който материалът за батерията минава през добива и превозването, по какъв начин този въглероден отпечатък в действителност може да се добави “, споделя Сам Уилкинсън, анализатор в S&P Global Commodity Insights.
Да вземем различен образец: кобалтът, който се употребява в доста литиево-йонни акумулатори, се добива най-вече в Демократична република Конго. Но има известия за рискови условия на труд там.
От морска вода до биологични боклуци и естествени пигменти, има дълъг лист от евентуални други възможности в природата, които биха били доста по-широко налични – сложната част е да се потвърди, че всяка от тях може реалистично да се конкурира с типовете акумулатори, които към този момент са на пазара, които са наподобява толкоз незаместим в нашия посипан с джаджи свят.
PJP Eye също популяризира опцията за възстановяване на продуктивността на батерията, както и за по-екологични акумулатори.
„ Нашият въглерод има по-голяма повърхнина от графита “, споделя Окина, описвайки по какъв начин химията на анода в тяхната камбрийска единична въглеродна батерия разрешава батерия, която се зарежда доста бързо, до 10 пъти по-бързо от съществуващите литиево-йонни акумулатори, твърди той.
Катодът на батерията е изработен от оксид на " непочтен метал ". Въпреки че Okina няма да разкрие тъкмо кой от тях, тези метали включват мед, олово, никел и цинк, които са по-лесни и по-малко реактивни от алкалните метали като лития. Компанията твърди, че работи върху батерия с двоен въглероден електрод, като и двата електрода са направени от растителен въглерод. Технологията се основава на проучване, извършено от откриватели от университета Кюшу, макар че не се чака батерията да бъде налична до 2025 година
Възможността за бързо зареждане на батерията не е от огромно значение за банкомата, само че има значение за електрическото транспортно средство, когато просто желаете да го заредите и да тръгнете. Той загатва, че китайската компания Goccia, в партньорство с Hitachi, е създала електронен велосипед, който употребява батерията на PJP Eye и ще го пусне в продажба в Япония при започване на 2023 година Максималната скорост на мотора е 50 км/ч (31 благи в час) и можете изминете разстояние от 70 км (44 мили) с едно зареждане, споделя той.
Огромните международни океани съставляват " на практика безграничен " ресурс от материали за акумулатори
Това надалеч не е единствената батерия, която употребява въглерод от отпадъчни биоматериали. Stora Enso във Финландия създаде анод за акумулатори, който употребява въглерод от лигнин, свързващ полимер, открит в дърветата.
Памукът може да се употребява и вместо електролита, който улеснява потока на йони сред катода и анода, евентуално създавайки по-стабилни акумулатори в твърдо положение от наличните сега, съгласно някои откриватели.
Но някои виждат още по-големи, евентуално неизчерпаеми източници на сила в природата . Огромните международни океани съставляват " на практика безграничен " ресурс от материали за акумулатори, твърди Стефано Пасерини, заместник-директор на института Хелмхолц Улм в Германия.
Той и сътрудниците му описаха своя дизайн за батерия, която трансферира натриеви йони от морска вода, с цел да построи склад от метала натрий, в публикация, оповестена през май 2022 година За да направи това, екипът проектира специфичен полимерен електролит, посредством който натриевите йони могат да преминат.
Морската вода работи като катод тук или позитивно зареден електрод. Но няма анод, тъй като натрият не става негативно зареден, той просто се натрупва в неутрална форма. Пасерини споделя, че непотребната вятърна или слънчева сила може да се употребява за струпване на натрий, който може просто да стои там, до момента в който не е нужен.
„ Когато имате потребност от сила, можете да обърнете процеса и да генерирате електричество “, изяснява той, описвайки по какъв начин металът просто ще бъде върнат в океана.
С това обаче има провокации. Меко казано, натрият – сходно на лития – реагира пламенно, когато влезе в контакт с водата. Както споделя Пасерини: " Ще получите детонация. " Ето за какво е жизненоважно да се подсигурява, че няма приключване на морска вода към хранилището на натрий – в противоположен случай може да последва злополучие.
И по този начин, някои откриватели търсят материал, открит естествено в нашите кости и зъби, наред с доста други места, като по-безопасна опция на катодите – калций . Може да вземем за пример да се комбинира със силиций, който ще подкрепи превозването на калциеви йони в бъдеща батерия.
Списъкът с материали, които биха могли да придадат на бъдещите акумулатори тяхното обаяние, става още по-странен.
Джордж Джон от Градския университет на Ню Йорк и сътрудниците му от дълго време изследват капацитета на хиноните, биологични пигменти, открити в растения и други организми, да работят като електроди в батериите. Те даже имат обещаващи резултати с молекула, получена от къна – боята за татуиране , която идва от Lawsonia inermis, дървото на къната.
„ Това е нашата фантазия “, споделя Джон. „ Искаме да създадем устойчива батерия. “
Едно от трудностите, отбелязва той, е, че естествената молекула на къната е доста разтворима. Когато се употребява като катод, той последователно се разтваря в течен електролит. Но посредством съчетание на четири молекули къна дружно и прибавяне на литий, Джон изяснява, че са съумели да създадат рециклируем материал с кристална конструкция, която е доста по-здрава.
„ Тъй като кристалността се усилва, разтворимостта понижава “, изяснява той.
Джон прибавя, че дизайните на батериите, върху които работят той и сътрудниците му, може да нямат задоволително висок потенциал за зареждане на електрически транспортни средства, само че един ден биха могли да бъдат употребявани в дребни, портативни устройства. Може би джаджи, които мерят равнищата на кръвната захар при хора с диабет или други биомаркери, да вземем за пример.
Други откриватели преглеждат потреблението на разнородни материали като боклуци от царевица и черупки от семена от пъпеши за генериране на нови типове електроди за потребление в акумулатори. Предизвикателството обаче може да е в производството им в мащаб, който може да отговори на възходящото търсене на промишлеността за акумулатори.
И цялостното предизвикателство за всевъзможни различни материали за акумулатори постоянно е във връзка с посрещането на изключително предстоящо търсене. Вземете днешната технология за акумулатори, основана на литий и графит. Ако продължим да го използваме, светът ще има потребност от към два мегатона графит годишно до 2030 година, с цел да задоволи процъфтяващата промишленост за акумулатори, пресмята Макс Рийд, анализатор в Wood Mackenzie. Това е в съпоставяне със 700 килотона в този момент.
„ Утрояване на търсенето, в действителност “, споделя той. Отчасти това е повода графитните други възможности да дават отговор на толкоз висока летва. „ Постигането на тези мащаби ще бъде необикновено мъчно за всеки нов материал. “
Изместването на индустриалните процеси от графит би било доста скъпо и евентуално огромен търговски риск, отбелязва Джил Пестана, основан в Калифорния академик по акумулатори и инженер, който сега работи като самостоятелен съветник.
Тя е скептична по отношение на потреблението на биоотпадъци за въглеродни аноди, защото източниците на такива боклуци може да не постоянно са доста екологични. Дървесна ферма, която се ръководи неприятно за биоразнообразие, да вземем за пример.
От друга страна, на пазари, където наподобява, че потребителите в действителност се интересуват от устойчивостта на продуктите, които купуват, различните материали за акумулатори с подобаващ генезис може да имат повече шансове – без значение дали батериите са направени с въглерод, получен от биологични боклуци, или друго евентуално по-устойчиво вещество. „ Обществеността може да изиграе огромна роля в в действителност тласкането на тези старания напред “, допуска Пестана.
Източник: moreto.net
КОМЕНТАРИ