TEME:
Baterija, tehnologija, DOE, energija, litij -ionske baterije
Avtor ameriškega oddelka za energetiko 9. MAJA 2021
Baterije in podobne naprave na zahtevo sprejemajo, shranjujejo in sproščajo električno energijo. Baterije uporabljajo kemijo v obliki kemičnega potenciala za shranjevanje energije, tako kot mnogi drugi vsakodnevni viri energije. Na primer, hlodi shranjujejo energijo v svojih kemičnih vezah, dokler energija ne pretvori energije v toploto.
Bencin je shranjena kemična potencialna energija, dokler se v motorju avtomobila ne pretvori v mehansko energijo. Podobno je za delovanje baterij potrebno električno energijo pretvoriti v kemično potencialno obliko, preden jo je mogoče zlahka shraniti.
Baterije so sestavljene iz dveh električnih priključkov, imenovanih katoda in anoda, ločeni s kemičnim materialom, imenovanim elektrolit. Za sprejem in sprostitev energije je baterija povezana z zunanjim vezjem. Elektroni se gibljejo po vezju, hkrati pa se ioni (atomi ali molekule z električnim nabojem) premikajo skozi elektrolit.
V akumulatorski bateriji se lahko elektroni in ioni premikajo v obe smeri skozi vezje in elektrolit. Ko se elektroni premaknejo s katode na anodo, povečajo kemijsko potencialno energijo in tako napolnijo baterijo; ko se premaknejo v drugo smer, pretvorijo to kemično potencialno energijo v elektriko v tokokrogu in izpraznijo baterijo. Med polnjenjem ali praznjenjem se nasprotno napolnjeni ioni premikajo v akumulatorju skozi elektrolit, da uravnotežijo naboj elektronov, ki se gibljejo po zunanjem vezju, in ustvarijo trajnosten sistem za ponovno polnjenje. Ko je baterija napolnjena, jo lahko odklopite iz vezja, da shranite kemično potencialno energijo za kasnejšo uporabo kot električno energijo.
Baterije so bile izumljene leta 1800, vendar so njihovi kemični procesi zapleteni. Znanstveniki uporabljajo nova orodja za boljše razumevanje električnih in kemičnih procesov v baterijah za izdelavo nove generacije visoko učinkovitih naprav za shranjevanje električne energije. Na primer, razvijajo izboljšane materiale za anode, katode in elektrolite v baterijah. Znanstveniki preučujejo procese v akumulatorskih baterijah, ker se med polnjenjem in praznjenjem baterije popolnoma ne obrnejo. Sčasoma lahko pomanjkanje popolnega obrata spremeni kemijo in strukturo materialov baterij, kar lahko zmanjša zmogljivost in varnost baterije.
Dejstva o shranjevanju električne energije
. Nobelovo nagrado za kemijo za leto 2019 so skupaj prejeli John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham in Akira Yoshino za razvoj litij-ionskih baterij.
. Elektrolitski genom na JCESR je izdelal računalniško bazo podatkov z več kot 26.000 molekulami, ki jih je mogoče uporabiti za izračun ključnih lastnosti elektrolitov za nove, napredne baterije.
DOE urad za znanost in shranjevanje električne energije
Raziskave, ki jih podpira Urad za znanost DOE, Urad za osnovne energetske vede (BES), so prinesle pomembne izboljšave pri shranjevanju električne energije. Še vedno pa smo daleč od celovitih rešitev za shranjevanje energije naslednje generacije z uporabo popolnoma novih materialov, ki lahko dramatično izboljšajo, koliko energije lahko shrani baterija. To skladišče je ključnega pomena za vključitev obnovljivih virov energije v našo oskrbo z električno energijo. Ker je izboljšanje tehnologije akumulatorjev bistveno za široko uporabo vtičnih električnih vozil, je shranjevanje ključno tudi za zmanjšanje naše odvisnosti od nafte pri transportu.
BES podpira raziskave posameznih znanstvenikov in v multidisciplinarnih centrih. Največje središče je Skupni center za raziskave shranjevanja energije (JCESR), DOE energetsko inovacijsko središče. Ta center preučuje elektrokemične materiale in pojave na atomski in molekularni ravni ter z računalniki pomaga oblikovati nove materiale. To novo znanje bo znanstvenikom omogočilo, da oblikujejo varnejše shranjevanje energije, daljše trajanje, hitrejše polnjenje in večjo zmogljivost. Ker znanstveniki, ki jih podpira program BES, dosegajo nove napredke v znanosti o baterijah, jih ti raziskovalci in industrija uporabljajo za napredek v prometu, električnem omrežju, komunikacijah in varnosti.
