Tarp dviejų per parų įkrovimo priminimų apie išmanųjį laikrodį ir ilgą laiką trunkančią nuotolinio valdymo akumuliatoriaus gyvenimo trukmę, „Modern Society“ patiria tylią energijos revoliuciją. Anot Tarptautinės energetikos agentūros, 2023 m. Pasaulinė akumuliatorių rinkos dydis viršijo 150 milijardų JAV dolerių, o įkraunamos ličio jonų baterijos sudarė 68% rinkos dalies, o šarminės vienkartinės baterijos vis dar turi 29% erdvės. Šių dviejų technologinių maršrutų konkurencija nėra tik energijos nešėjų pasirinkimas, bet ir atspindi gilų žmonijos mąstymą apie tvaraus vystymosi kelius.
I. Pagrindinė techninių principų atskirtis
1.1 Ličio jonų kelionė
Įkraunamų ličio jonų baterijų paslaptis yra ličio jonų „besisukanti“. Pagrindinių trišakių ličio akumuliatorių, kaip pavyzdžio, priėmę įkrovimo metu, ličio jonai atsiriboja nuo sluoksniuoto nikelio-kobalto-Mangano oksido katodo, kerta polimerų separatorių ir įterpkite į grafito anodą; Išmetimo metu jie juda atvirkščiai, kad sukurtų srovę. Ši konstrukcija leidžia vienai 18650 akumuliatoriui pasiekti 3,7 V įtampą, o energijos tankis, viršijantis 250Wh\/kg, lygi vienai trimisdešimtai mėn. Benzino svoriui. Atsiradus kietojo kūno baterijoms, kurios naudoja sulfido elektrolitus, kad pakeistų degius skysčius, padidėja šiluminio bėgimo temperatūra nuo 120 laipsnių iki 400 laipsnių.
1.2 Vienpusė cheminė reakcija
Vienkartinių baterijų esmė yra kruopščiai suprojektuotose kontroliuojamose cheminėse reakcijose. Šarminėse baterijose cinko milteliai reaguoja su mangano dioksidu kalio hidroksido elektrolite per oksidacijos mažinimą, sukuriant stabilią 1,5 V įtampą. Dėl uždarytos struktūros reakcija negrįžtama ir pasibaigia, kai cinko apvalkalas yra visiškai korozija arba mangano dioksidas išeikvojamas. Ličio-tionilo chlorido vienkartinės baterijos pasižymi stulbinančiu našumu: kai energijos tankis yra 650Wh\/kg, jos gali veikti aplinkoje nuo {-55 laipsnio iki 150 laipsnių, ir jie praranda tik 5% krūvio per 30- metų laikymo laikotarpį.
Ii. Išsami atlikimo parametrų konkurencija
2.1 Energijos tankio paradoksas
Akivaizdu, kad prieštaringi duomenys atskleidžia technologijos esmę: nors vienkartinių ličio-tionilo chlorido baterijų energijos tankis yra 2,6 karto didesnis nei ličio baterijų, tačiau įkraunamos ličio baterijos per visą jų gyvavimo ciklą (500 ciklų) išleidžia lygią 1300% energiją. Tai paaiškina, kodėl išmanieji telefonai pasirenka ličio baterijas, o širdies stimuliatoriai reikalauja vienkartinių ličio baterijų-buvusiems reikia nuolatinio energijos tiekimo, o pastarasis prioritetas teikia prioritetą absoliučiam patikimumui.
2.2 Laikinojo konkursas
Atliekant ciklo gyvenimo testus, ličio geležies fosfato baterijos išlaiko 80% savo talpos po 2000 m. Įkrovos ištraukimo ciklų 25 laipsniais, o nikelio-metalinės hidridų baterijos po 500 ciklų mažėja iki 60%. Priešingai, neatidarytų šarminių baterijų savarankiško įkrovos norma yra maždaug 2% per metus, o ličio akumuliatorių pakuočių-5-10%. Tai sukuria įdomų reiškinį: ilgą laiką paliekami tuščiosios eigos prietaisai yra geriau tinkami vienkartinėms baterijoms, o dažnai naudojami tie, kurie dažnai naudojami įkraunamų variantų.
2.3 Dvigubas saugos standartas
Atliekant punkcijos eksperimentus, visiškai įkrautos ličio baterijos per tris minutes gali įkaisti iki 8 0 0 laipsnių, sukeldamas šiluminį bėgimą, o šarminės baterijos patiria tik elektrolitų nutekėjimą. Tačiau praktiniuose pritaikymuose ličio akumuliatorių pakuotėse naudojamos akumuliatorių valdymo sistemos (BMS), kad gedimų procentas būtų mažesnis nei 0,001 ‰, o vienkartinės baterijos sukelia 2, 000 vaikų ekstremalias situacijas per metus dėl nurijimo. Sauga niekada nėra absoliutus pasiūlymas, o sistemos inžinerijos pusiausvyra.
Iii. Paslėptas ekonomikos ir aplinkos knygų knyga
3.1 Laikinas išlaidų skaičiavimų sulankstymas
Per dešimt metų nuotolinio valdymo pulto ličio akumuliatoriaus tirpalo bendra ličio akumuliatoriaus sprendimo kaina yra tik vienas septintas šarminių baterijų. Šis laiko nuokrypio efektas yra dar ryškesnis elektromobilių sektoriuje: nors ličio baterijos sudaro 40% visų transporto priemonių kainų, elektros energijos sąnaudos už kilometrą yra 75% mažesnis nei benzino transporto priemonių.
3.2 Anglies pėdsakų drugelio poveikis
Masačusetso technologijos instituto tyrimai rodo, kad 1 kWh ličio baterijų gamyba sukuria 110 kg anglies dioksido, o lygiavertė energija iš vienkartinių baterijų skleidžia 280 kg CO2. Tačiau, kai atsižvelgiama į perdirbimą, ličio baterijos gali sumažinti savo anglies pėdsaką dar 60%, naudojant antrinį naudojimą. Tikroji dilema slypi tame, kad tik 32% pasaulinių ličio baterijų patenka į oficialius perdirbimo kanalus, o vienkartinių baterijų perdirbimo greitis yra mažesnis nei 5%, todėl kiekvienais metais į dirvožemį sklinda 120, 000 tonų sunkiųjų metalų.
Iv. Taikymo scenarijų išgyvenimo taisyklės
4.1 Vienkartinių baterijų nepakeičiamos vietos
Kosminėse stotyse 400 kilometrų virš Žemės ličio-tionilo chlorido baterijos yra pageidaujamas avarinės galios šaltinis dėl jų nulinio prielaidos charakteristikų; Implantuojamuose defibriliatoriuose vienkartinės baterijos turi užtikrinti stabilų maitinimo šaltinį dešimt metų; O kasyklose gelbėjimo kapsulėse bet kokia įkrovimo rizika yra visiškai draudžiama. Bendra šių scenarijų logika yra ta, kad gyvybės kaina žymiai viršija energijos kainą.
4.2 Blėšianti ličio baterijų sritis
Kai intelektualiems namų įrenginiams reikia perduoti duomenis 120 kartų per dieną, kai žemės ūkio dronai turi nuolat veikti keturias valandas lauke, o kai virtualioms elektrinėms reikia kaupti svyruojančią saulės energiją, ličio baterijų ciklinė pobūdis rodo dominavimą. „Tesla“ „PowerWall“ namų energijos kaupimo sistema per 5000 ciklų gali sumažinti buitinių elektros energijos sąnaudas 40%-tai ekonominis modelis, kurio vienpusis išmetimo įtaisai niekada negali sutapti.
V. žlugdantys kintamieji būsimoje lenktynių trasoje
Tikimasi, kad kietojo kūno akumuliatorių technologija iki 2030 m. Pasieks masinę gamybą, o energijos tankis viršija 500Wh\/kg, o ciklo laikas viršija 10, 000 ciklus. Dar daugiau revoliucinių pokyčių kyla iš biologinių baterijų: cukraus kuro elementas, kurį sukūrė Harvardo universitetas, kuriame naudojama fermentų katalizuojama reakcija tarp gliukozės ir deguonies, 30 dienų eksperimentams su gyvūnais pasiekė nenutrūkstamą mikrokuromą tiekimą. Belaidžio įkrovimo technologijos populiarinimas gali rekonstruoti energijos ekosistemą-kai kiekviena biuro pastato sėdynė gali būti maitinama belaidžiu būdu, akumuliatoriai nebebus naudojami tik kaip energijos konteineriai, bet kaip perdavimo terpė.
Šioje, atrodytų, rami energijos revoliucijoje, žmonija stovi pasirinktoje baseine: ar turėtume tęsti XX amžiaus vartojimo logiką su vienkartinėmis baterijomis, ar turėtume kurti naują energijos civilizaciją su perdirbama sistema? Atsakymas gali būti naujausiuose eksperimentuose, kuriuos atliko „Yuasa Corporation“ Japonijoje--visa jų gamykla maitina perdirbtomis elektromobilių baterijomis, o surinkimo linijoje gaminami naujos kartos biologiškai skaidomos biologinės baterijos.