Dok tržište električnih vozila nastavlja dobivati na zamahu, neki kupci automobila i dalje su zabrinuti oko dometa i sigurnosti litij-ionske baterije. Da bi se odgovorilo na te opravdane nedoumice, troši se mnogo novca i vremena na razvoj novih baterijskih tehnologija.
Posljednjih godina tvrtke ulažu u staru, ali poboljšanu bateriju temeljenu na aluminiju i zraku, koja ima potencijal značajno unaprijediti industriju električnih vozila. Čini se da je aluminij-zrak (Al-zrak) baterija EV baterija koja mijenja pravila igre, ali je li to sve skupa?
Što je aluminijsko-zračna baterija?
Električna vozila igraju ključnu ulogu u postizanju budućnosti s nultom mrežom. Međutim, anksioznost raspona a sigurnosna pitanja u vezi s litij-ionskim baterijama prepreka su na putu za rast tržišta električnih vozila. Litij-ionske baterije predvode revoluciju električnih vozila, ali još uvijek su ograničene na domet od 400 milja, što može predstavljati probleme na dugim putovanjima.
Gnjavaža s pronalaženjem stanice za punjenje u udaljenim područjima i čekanje dok se vaše električno vozilo ne napuni može odbiti potencijalne kupce. Drugi percipirani problemi s litijskom baterijom, kao što su degradacija baterije, curenje i prekomjerno punjenje, također ne pomažu previše. Sa svom ostalom tehnologijom baterija, Al-air baterije dobivaju toliko pažnje jer se ne moraju ponovno puniti.
Koncept ovih baterija datira iz 1960-ih. Ali budući da je njegov elektrolit bio opasno kaustičan i otrovan, nije se mogao koristiti u komercijalne svrhe. Trevor Jackson, inženjerski časnik u Kraljevskoj mornarici Ujedinjenog Kraljevstva, počeo je eksperimentirati s baterijom 2001. godine, čineći je sigurnom za korištenje. Al-zračne baterije izrađene su od ploče od aluminijske legure kao anode, zračne katode, netoksičnog elektrolita poput vode i srebrnog katalizatora.
Kako radi aluminijsko-zračna baterija?
Tradicionalne EV baterije imaju dvije elektrode, jednu katodu i jednu anodu izrađene od različitih materijala, s elektrolitom između njih. Kada se baterija koristi, ioni teku od anode kroz elektrolit do katode. Tijekom punjenja, ioni teku suprotnim putem natrag do anode.
Al-zračne baterije funkcioniraju slično gorivim ćelijama. Koristi aluminij na anodi i kisik na katodi. Rezultat je puno veća gustoća energije. Otprilike osam do devet puta veći od trenutnih litij-ionskih baterija koje se koriste u električnim vozilima, značajno povećanje snage. Gustoća energije mjeri koliko energije baterija može pohraniti po jedinici mase. Gustoća snage mjeri koliko trenutne energije može isporučiti po jedinici mase.
Anoda otpušta elektrone dok aluminij oksidira, dok katoda reducira kisik kako bi otpustila elektrone, stvarajući tako električnu energiju. Opterećenje se može napajati električnom strujom koju stvaraju elektroni koji se kreću kroz vanjski krug. Krajnji rezultat je bijeli prah koji se formira na anodi.
Prednosti i nedostaci aluminij-zračnih baterija
Aluminij je treći najčešći prirodni resurs u zemljinoj kori i najzastupljeniji je metal na zemlji, tako da nam vjerojatno nikada neće ponestati. Zbog svoje mekoće, aluminij je jednostavan za obradu i stabilan je za razliku od litija. Štoviše, nije toksičan. Sljedeće su druge prednosti Al-zračnih baterija u odnosu na litij-ionske baterije:
- Jeftinije za napraviti
- Stabilnost
- Niži ugljični otisak u smislu rudarenja i rafiniranja
- Pohranjuje puno više energije
- Lakši od većine drugih baterija jer je baterija izrađena od aluminija i zraka
- Vrlo se može reciklirati
Unatoč prednostima, ova baterija ima nekoliko nedostataka. Prvo, ima nedostatak što je primarna baterija. U suštini, ne može se ponovno napuniti kada je baterija ispražnjena ili prazna. Nadalje, zrak unutar baterije nagriza aluminijsku anodu. Stoga je potrebno zamijeniti aluminijsku ploču u bateriji, što može biti skupo. Dodatno, na troškove proizvodnje baterija može utjecati fluktuirajuća cijena srebra koje baterija sadrži.
Problemi s litij-ionskim baterijama
Znanstvenici razvijaju bolje baterije zbog nedostataka litij-ionskih baterija koje dominiraju tržištem električnih vozila. Litij, nikal i kobalt koji se koriste u litij-ionskim baterijama rijetki su zemni metali koji se mogu naći samo u određenim dijelovima svijeta. Trenutačno električna vozila čine 6% vozila na cestama, a iskopavanje ovih metala je uvelike u tijeku; zamislite kada se EV brojevi popnu na 50% ili 80%. Ostali nedostaci litij-ionskih baterija uključuju sljedeće:
- Skupo za proizvodnju, iako su cijene pale
- Nestabilnost litija
- Naprezanje nacionalne mreže
- Skupe i sofisticirane mreže za punjenje
- Učinci na okoliš povezani s rudarenjem i rafiniranjem, iako se sve više litijevih baterija reciklira
Zamjena baterije u odnosu na ponovno punjenje
Postoje čimbenici koje treba imati na umu prilikom razmatranja zamjena baterije u odnosu na ponovno punjenje. Kako bi se dobio isti domet po punjenju, bio bi potreban paket baterija veličine 1/8 veličine litij-ionske baterije. Zbog manje težine Al-zračnih baterija, električna vozila će moći putovati dalje, povećavajući ukupnu učinkovitost.
Također će biti lakše i praktičnije spakirati bateriju na mjesto unutar EV-a koje je lako dostupno tako da se može lako zamijeniti kada je to potrebno. Neke tvrtke procjenjuju da je vrijeme zamjene aluminij-zraka EV baterije od samo tri minute, vraćajući vlasnike EV-a brzo na cestu.
Prema procjenama, Al-air baterije traju oko 5400 milja. Pitanje je: zašto bi itko išao ovim putem umjesto da se napuni? S električnim vozilom na Al-air pogon možete ići mnogo dalje bez pronalaska stanice za punjenje. Drugi razlog je taj što je zamjena ispražnjene Al-air baterije za recikliranu mnogo jeftinija od trošak zamjene Tesla baterije. Budući da su jedini zamjenjivi dio aluminijske ploče, koje se mogu 100% reciklirati, plaćate za prijeđene kilometre.
Jesu li aluminij-zračne baterije budućnost?
U današnjim električnim vozilima moguće je koristiti Al-air baterije. Ovim će baterijama vjerojatno rasti popularnost kako stanice za izmjenu baterija budu postajale sve prisutnije. Do tada bi se mogli koristiti i za proširenje dometa električnih vozila s litij-ionskim baterijama, rješavajući problem ponovnog punjenja kada to niste u mogućnosti.
Naposljetku, kupci električnih vozila imat će mogućnost zamjene baterija ili ponovnog punjenja svojih vozila, stvarajući u konačnici svestranije tržište električnih vozila za dobrobit svih. Kao rezultat toga, prijelaz u svijet koji se u potpunosti temelji na električnim vozilima nastavit će se ubrzavati.
