Balita sa industriya

Ginawang Simple ang Agham: Ano ang Mga Baterya at Paano Ito Gumagana?

2021-06-16

PAKSA:
Baterya, Teknolohiya, DOE, Enerhiya, Mga baterya ng Li ion
Sa pamamagitan ng U.S. DEPARTMENT OF ENERGY MAY 9, 2021



Ang mga baterya at mga katulad na aparato ay tumatanggap, nag-iimbak, at naglalabas ng kuryente kapag hiniling. Ang mga baterya ay gumagamit ng kimika, sa anyo ng potensyal na kemikal, upang mag-imbak ng enerhiya, tulad ng maraming iba pang mga mapagkukunang pang-araw-araw na enerhiya. Halimbawa, ang mga troso ay nag-iimbak ng enerhiya sa kanilang mga bono na kemikal hanggang sa masunog ang mag-init ng enerhiya.

Ang gasolina ay nakaimbak ng potensyal na enerhiya ng kemikal hanggang sa ma-convert ito sa mekanikal na enerhiya sa isang makina ng kotse. Katulad nito, upang gumana ang mga baterya, ang kuryente ay dapat na mai-convert sa isang potensyal na potensyal na form bago ito madaling maimbak.

Ang mga baterya ay binubuo ng dalawang mga de-koryenteng terminal na tinatawag na cathode at anode, na pinaghihiwalay ng isang materyal na kemikal na tinatawag na electrolyte. Upang tanggapin at palabasin ang enerhiya, isang baterya ay isinama sa isang panlabas na circuit. Ang mga electron ay lumilipat sa circuit, habang sabay na ang mga ion (atomo o molekula na may singil na elektrisidad) ay dumadaan sa electrolyte.

Sa isang rechargeable na baterya, ang mga electron at ions ay maaaring ilipat ang alinman sa direksyon sa pamamagitan ng circuit at electrolyte. Kapag lumipat ang mga electron mula sa cathode patungo sa anode, pinapataas nila ang potensyal na enerhiya ng kemikal, sa gayon ay naniningil ng baterya; kapag inilipat nila ang iba pang direksyon, na-convert nila ang potensyal na enerhiya na ito ng kemikal sa elektrisidad sa circuit at pinalabas ang baterya. Sa panahon ng pagsingil o paglabas, ang mga ivers na sisingilin na ions ay gumagalaw sa loob ng baterya sa pamamagitan ng electrolyte upang balansehin ang singil ng mga electron na gumagalaw sa pamamagitan ng panlabas na circuit at makagawa ng isang napapanatiling, rechargeable system. Kapag nasingil, ang baterya ay maaaring maalis sa pagkakakonekta mula sa circuit upang iimbak ang potensyal na enerhiya ng kemikal para magamit sa ibang pagkakataon bilang kuryente.

Ang mga baterya ay naimbento noong 1800, ngunit ang kanilang mga proseso ng kemikal ay kumplikado. Gumagamit ang mga siyentista ng mga bagong tool upang mas maunawaan ang mga proseso ng elektrikal at kemikal sa mga baterya upang makagawa ng isang bagong henerasyon ng lubos na mahusay, imbakan ng elektrikal na enerhiya. Halimbawa, nagkakaroon sila ng pinabuting mga materyales para sa mga anode, cathode, at electrolytes sa mga baterya. Pinag-aaralan ng mga siyentista ang mga proseso sa mga rechargeable na baterya sapagkat hindi sila ganap na nakabaligtad dahil ang baterya ay sisingilin at pinalabas. Sa paglipas ng panahon, ang kakulangan ng isang kumpletong kabaligtaran ay maaaring baguhin ang kimika at istraktura ng mga materyales sa baterya, na maaaring mabawasan ang pagganap at kaligtasan ng baterya.

Mga Katotohanan sa Pag-iimbak ng Elektrikal na Enerhiya
. Ang 2019 Nobel Prize in Chemistry ay magkatuwang na iginawad kina John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, at Akira Yoshino "para sa pagpapaunlad ng mga baterya ng lithium-ion."
. Ang Electrolyte Genome sa JCESR ay gumawa ng isang computational database na may higit sa 26,000 mga molekula na maaaring magamit upang makalkula ang mga pangunahing katangian ng electrolyte para sa mga bago, advanced na baterya.

Opisina ng DOE ng Agham at Pagtipig ng Elektrisong Enerhiya
Ang pananaliksik na suportado ng DOE Office of Science, Office of Basic Energy Science (BES) ay nagbigay ng makabuluhang pagpapabuti sa pag-iimbak ng enerhiya sa kuryente. Ngunit malayo pa rin tayo sa mga komprehensibong solusyon para sa susunod na henerasyon na pag-iimbak ng enerhiya gamit ang mga bagong materyales na maaaring mapabuti nang labis kung gaano karaming enerhiya ang maaaring maiimbak ng baterya. Ang imbakan na ito ay kritikal sa pagsasama ng mga mapagkukunang nababagong enerhiya sa aming supply ng kuryente. Dahil ang pagpapabuti ng teknolohiya ng baterya ay mahalaga sa laganap na paggamit ng mga plug-in na de-kuryenteng sasakyan, ang pag-iimbak ay susi din upang mabawasan ang aming pagtitiwala sa petrolyo para sa transportasyon.

Sinusuportahan ng BES ang pagsasaliksik ng mga indibidwal na siyentipiko at sa mga multi-disiplina center. Ang pinakamalaking sentro ay ang Joint Center for Energy Storage Research (JCESR), isang DOE Energy Innovation Hub. Pinag-aaralan ng center na ito ang mga electrochemical material at phenomena sa atomic at molekular scale at gumagamit ng mga computer upang matulungan ang pagdisenyo ng mga bagong materyales. Ang bagong kaalamang ito ay magbibigay-daan sa mga siyentista na magdisenyo ng pag-iimbak ng enerhiya na mas ligtas, mas matagal, mas mabilis na singil, at may higit na kapasidad. Tulad ng mga siyentipiko na suportado ng programa ng BES na makamit ang mga bagong pagsulong sa agham ng baterya, ang mga pagsulong na ito ay ginagamit ng mga inilapat na mananaliksik at industriya upang isulong ang mga aplikasyon sa transportasyon, grid ng kuryente, komunikasyon, at seguridad.