Tecnologias de baterias que vão mudar o mundo

Quer dirigir quinhentas milhas para um dólar? Quer o seu smartphone para tornar consola qualidade gráfica de computador e recarregar uma vez por semana? Quer ser capaz de usar vestimentas de estilo de vidro Google leves durante semanas a fio sem se preocupar com carregá-los?

Todas estas aplicações grandes de tecnologia estão à espera de uma melhor tecnologia de bateria. tecnologia da bateria tem vindo a crescer mais lentamente do que outras tecnologias (como a velocidade do processador e armazenamento de computador), e agora é o pau da barraca muito tempo em um número impressionante de indústrias. Há uma boa razão para acreditar que estamos chegando alguns limites fundamentais à tecnologia de lítio-íon atual, e há uma série de tecnologias interessantes no horizonte. Hoje nós vamos estar a olhar para quatro das opções mais promissoras.

Baterias melhores stand para fazer carros elétricos prático, untether dispositivos móveis da ansiedade carga, e permitir novas classes inteiras de leve, wearables de longa duração. Veja como eles estão indo para fazê-lo:

3. As baterias Dual-Carbono

Além de não ser tão quanto gostaríamos densa de energia, há outras limitações graves para a tecnologia de baterias de iões de lítio existente - nomeadamente o tempo de carga, volatilidade e degradação.

As baterias de íon de lítio levar tempo para carregar - muitas vezes várias horas, mesmo com a melhor tecnologia - e, embora provavelmente mais seguro do que a gasolina, eles ficam quentes durante a operação (particularmente as baterias de alto desempenho, como os usados ​​em veículos elétricos). Se a dissipação de calor não é adequadamente gerida, a reação em cadeia resultante pode causar incêndios ou até mesmo uma explosão.

Para piorar as coisas, o ciclo de carga-descarga de baterias de lítio-íon é destrutivo: depois de apenas duzentos e cinquenta ciclos de carga-descarga, as baterias de iões de lítio já terá perdido cerca de vinte por cento da sua capacidade de armazenamento. Isso é bom para mercados como smartphones, onde as pessoas substituir seus dispositivos de cada ano ou dois de qualquer maneira, mas é um problema para mercados como o veículo elétrico, que as pessoas provavelmente gostaria de usar por anos sem ter de substituir um componente da bateria tóxico e caro.

Agora, uma empresa chamada "Power Japão Plus" acha que tem uma solução, sob a forma de uma bateria de "dual-carbono". Esta tecnologia de bateria substitui o ânodo e o cátodo da bateria (os terminais positivos e negativos, tipicamente feita de um metal altamente reactivo tal como óxido de lítio) com carbono puro, que é relativamente inerte. O resultado é uma bateria que não armazena dramaticamente mais energia do que a tecnologia de iões de lítio, mas não resolver muitas das outras limitações das baterias atuais.

baterias Dual-carbono pode cobrar vinte vezes mais rápido do que a tecnologia de iões de lítio, não produzem calor durante a operação, e são muito menos propensos a pegar fogo. Eles também degrada muito mais lentamente (eles são bons para cerca de três mil ciclos). Porque o carbono está prontamente disponível e quimicamente inofensivos, eles são também mais barato, relativamente não-tóxico e reciclável.

Chris Craney, o Chief Marketing Officer da empresa, acredita que as baterias acabarão por ser um grande negócio para os carros elétricos: falar com o Atlântico, disse ele,

"Temos reivindicações ambiciosas [...] Se há um [veículo eléctrico] empresa que quer subir para o nível de Tesla, que seria uma boa companhia para conversar. [...] Para ser ousado, estamos confiantes de que somos uma grande solução para a atual indústria de veículos elétricos. "

A empresa planeja começar a produzir uma tiragem inicial de baterias deste ano, para uso principalmente em equipamentos médicos.

2. As baterias de lítio-ar

Outra abordagem para aumentar a densidade das baterias é a de modificar a composição química para que a reacção de geração de energia chama de oxigénio a partir da atmosfera exterior (e produz oxigénio durante a recarga), como no caso de baterias de lítio-ar. Esta tecnologia está sendo perseguido pela IBM entre outros como um eventual Santo Graal da tecnologia de bateria.

Ao usar o oxigênio atmosférico em vez de armazenar o oxigênio na bateria, você pode aumentar drasticamente a densidade de armazenamento, em ganhos de densidade que oferece a teoria de tanto quanto quarenta vezes, em comparação com células de lítio convencionais, levando a carros elétricos que podem viajar milhares de milhas em uma carga. Os protótipos existentes bateu para fora células de iões de lítio atuais por um fator de casal. Estas densidades são perto do limite teórico para o que pode, eventualmente, ser obtida por uma bateria química.

Esta tecnologia de bateria é algumas maneiras fora (IBM estima 5 a 15 anos), mas em uma série de maneiras que representa o Santo Graal das baterias químicas - a melhor densidade possível para um determinado peso. baterias de lítio-ar recarregáveis ​​pode rivalizar com a gasolina para a densidade de energia, algo inédito em tecnologia de bateria convencional. IBM A página para o seu projecto de investigação descreve-o assim:

Os carros elétricos hoje normalmente pode viajar apenas cerca de 100 milhas em tecnologia de bateria atual, chamado de iões de lítio (LIB). [...] Reconhecendo isso, a IBM iniciou o projeto da bateria 500 em 2009 para desenvolver um novo tipo de tecnologia de bateria de lítio-ar que é esperado para melhorar a densidade de energia dez vezes, aumentando dramaticamente a quantidade de energia destas baterias pode gerar e armazenar. Hoje, os pesquisadores da IBM demonstraram com sucesso a química fundamental do processo de carga-e-recarga para baterias de lítio-ar.

1. Ultracapacitors grafeno

Uma outra abordagem, mais especulativa para melhorar o desempenho da bateria é a vala a parte `bateria` da ideia inteiramente. Uma alternativa para a tecnologia de bateria é o que é conhecido como capacitores: carregadas placas, separados por um resistor. A eletricidade pode ser armazenada no capacitor como um campo eletrostático, e depois descarregada mais tarde (pensar em construir uma carga estática em seu corpo, acariciando um gato, e depois descarregar o seu corpo em uma maçaneta).

capacitores convencionais têm sérios limites para a quantidade de carga que pode armazenar, bem como quão lentamente eles podem liberar essa carga. No entanto, usando materiais como grafeno, que têm áreas de superfície extremamente elevados para a sua massa e volume, é possível criar células com enormes capacitância e energia densidades comparáveis ​​às baterias convencionais.

Estes `ultracapacitors` não degradam em cada ciclo de carga, e seria capaz de ser cobrado em segundos. protótipos existentes mostrar nenhuma redução na capacidade de mais de 10.000 ciclos de carga, e mostrar uma densidade de energia comparável a baterias de lítio-íon tradicionais. Futuras melhorias material de ciência poderia conduzir esses números ainda mais elevados.

No curto prazo, alguns especialistas do relatório que Tesla está desenvolvendo um ultracapacitor grafeno que poderia cobrar em segundos e dobrar o alcance de seus carros elétricos até 500 milhas por carga. Elon Musk, por sua vez, mencionou a ideia antes:

"Se eu tivesse que fazer uma previsão, eu acho que há uma boa chance de que ele não é baterias, mas super-capacitores."

Todas essas tecnologias provavelmente tem um papel a desempenhar, no curto e longo prazo, à medida que começam a se mover além da tecnologia de lítio-íon que temos vindo a utilizar ao longo de décadas. A transição provavelmente não será totalmente graciosa, ou tão rápido como gostaríamos, mas vai permitir novas aplicações e tecnologias que vão mudar o mundo para as próximas décadas.

O que você acha que vai ser a tecnologia de energia do futuro? Será baterias, capacitores, ou algo mais? Compartilhe seus pensamentos na seção de comentários abaixo!

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