Rafhlöður framtíðarinnar

Hans Guttormur Þormar skrifar um hvaða eiginleikum rafhlöður framtíðarinnar þurfa að búa yfir.

Auglýsing

Raf­hlöður fram­tíð­ar­innar þurfa að hafa eft­ir­far­andi eig­in­leika: Létt­ar, með mikla orku­rýmd, langan líf­tíma, snöggar að end­ur­hlaðast, umhverf­is­væn­ar, end­ur­vinn­an­leg­ar, öruggar án íkveikju­hættu. Erum við að gleyma ein­hverju?

Raf­hlöður

Litlu sívölu AAA raf­hlöð­urnar sem við notum t.d. i sjón­varps­fjar­stýr­ingar eru í ein­fald­aðri mynd byggðar á þremur mis­mun­andi þátt­um. Plús skauti, mínus skauti og jónum sem flytj­ast frá einu skauti til ann­ars með efna­hvörf­um. Við getum í raun litið á full­hlaðna raf­hlöðu eins og fullan vatns­brúsa með krana sem við lyftum upp á hillu (hlöð­um) og skrúfum svo frá kran­an­um. End­ur­hleðslan væri þá fólgin í því a) að setja meira vatn í brús­ann með glasi eða slöngu (mis­stórri eftir hversu hratt við gætum sett vatn aftur í brús­ann) b) með því að skipta bara um brúsa, sem er það sem flest okkar gera við AAA raf­hlöð­urn­ar.

Efna­sam­setn­ing í raf­hlöð­unni, skaut­un­um, hvarfa­hólf­inu og ytra byrði er það sem menn hafa verið að betrumbæta síð­ustu ára­tugi. Í grunn­inn er hleðsluraf­hlaðan í flestum til­fellum enn byggð á þessum sömu ein­ingum og efna­hvörfum þar sem jónir ganga fram (og til baka) og gefa frá sér raf­orku.

Auglýsing

Raf­hlöður taka stór­stígum fram­förum

Und­an­farna tvo ára­tugi höfum við end­ur­tekið heyrt fréttir af upp­götv­unum tengdum raf­hlöð­um. Þær hafa bæði komið frá háskól­um, stofn­unum og frá einka­fyr­ir­tækjum sem sjá tæki­færi, t.d. í sam­vinnu við bíla­fram­leið­endur í því að fara í hag­nýtar rann­sóknir og nýsköpun til að fram­leiða öfl­ugri raf­hlöð­ur.

Raf­hlaða end­ur­hlaðin 200 þús­und sinnum

Árið 2016 birti hópur vís­inda­manna frá Kali­forn­íu­há­skóla, Irvin, grein þar sem þeir höfðu sett saman ör-raf­hlöðu byggða á nanovírum (na­nowires) úr gulli, húð­uðum með mangantví­oxíði og inn­greypt í acryl-el­ect­rolyte blöndu. Þessi sam­setn­ing kom í veg fyrir nið­ur­brot vír­anna og ör-raf­hlaðan var hlað­in/end­ur­hlaðin 200 þús­und sinnum án nokk­urs mæl­an­legs nið­ur­brots. Það væri eins og að hlaða raf­hlöðu einu sinni á dag til árs­ins 2570. Þrátt fyrir að þessi lausn sé senni­lega í flókn­ara og dýr­ara lagi og hafi enn ekki náð neinni fót­festu, þá gefur hún vís­bend­ingar um að til séu lausnir sem gera raf­hlöður end­ur­hlað­an­legar til ára­tuga eða árhund­ruða án þess að veikj­ast að nokkru ráði. Í heimi end­ur­nýt­ingar og umhverf­is­verndar væri þetta eitt mik­il­væg­asta skrefið fram á við.

End­ing­ar­betri, meiri geymslu­rýmd, hrað­ari hleðsla

Þegar skoð­aðar eru áskor­anir varð­andi plús- og mín­us­skaut­in, þá hafa menn tals­verða vit­neskju um eðli þeirra efna sem til greina koma en ekki eins vel hvaða vanda­mál liggja í end­ur­teknum hleðsl­u­m/af­hleðslum raf­hlað­anna. Að baki hverju nýju fram­fara­skrefi liggja ótelj­andi til­raunir með mis­mun­andi efna­sam­setn­ing­ar. Til­raunir á sviði efna­fræði, eðl­is­fræði, efn­is­fræði og örtækni.

Á síð­ustu tveimur árum hafa borist fréttir af nokkuð stórum fram­fara­skref­um. Eitt fyr­ir­tæki til­kynnti að þeim hefði tek­ist að fram­leiða kísil (sil­icon) húðað mínus (an­ode) skaut í li-ion raf­hlöðu sem brotnar lítið niður og eykur rýmd raf­hlaðna um 20-40%. Það þýðir að hægt væri að hafa mun minn­i/létt­ari raf­hlöðu í bíl og hann fengi samt meiri drægni. Annað fyr­ir­tæki til­kynnti svo að þeim hefði tek­ist að hlaða raf­hlöðu með kísil (sil­icon) mínus (an­ode) skauti end­ur­tekið upp í 80% á innan við 10 mín­út­um.

Á sama tíma og þetta er að ger­ast hafa fyr­ir­tæki reynt að þróa það sem kallað hefur verið „solid-sta­te“ batt­erí. Þau eru í raun fra­brugðin hinum „venju­legu“ raf­hlöðum í því að í stað hálf­fljót­andi gelefnis er hart/­steypt efni í raf­hlöð­unni. Eitt fyr­ir­tæki gaf nýverið út gögn sem sýna 400 hleðslu­hringi í röð upp í 80% hleðslu, 15 mín­útur á hring, á solid state raf­hlöðu Það gefur fyr­ir­heit um hrað­ari hleðslu, minni íkveikju­hættu, meira kulda­þol og von­andi líka betri end­ing­ar­tíma. Það munu næstu ár leiða í ljós.

Alls konar afbrigði af raf­hlöðum eru að líta dags­ins ljós, raf­hlöður án cóbalts (sem er dýr og sjald­gæfur málm­ur) á plús (cat­hode) skauti Li-ion raf­hlaða, án nikk­els, án lit­hi­um-ion, car­bon nanotube raf­hlöð­ur, end­ur­hlað­an­legar ál-raf­hlöð­ur, raf­hlöður í yfir­bygg­ingu far­ar­tækja og fleiri og fleiri eru í far­vatn­inu.

Það má því búast við að innan nokk­urra ára sjáum við t.d. bíla sem kom­ast auð­veld­lega á bil­inu 700 – 1200 km og munu geta stoppað á raf­hleðslu­stöð í 5 mín til að taka næsta legg.

Sam­hliða þessu munu allir land­flutn­ingar frá litlum sendi­bílum upp í stóra flutn­inga­bíla verða raf­væddir á næstu 6-10 árum. Sú þróun er þegar byrjuð og það sama má segja um vinnu­vél­ar.

Þróun raf­hlaðna og n.k. þétta sem virka vel sem geymsluraf­hlöður gengur líka vel og og gætu komið sér vel, bæði til að geyma raf­orku á afskekktum stöðum og til að nota við stærri far­ar­tæki á sjó og landi.

Við stefnum óðfluga í átt að raf­drifnu flutn­ings­kerfi án elds­neyt­is. Stærsta áskor­unin sem bíður er far­þega­flugið milli landa.

Sím­arn­ir, snjallúr­in, reið­hjól­in, hlaupa­hjól­in, mót­or­hjólin o.fl. fá líka sams­konar umbætur í raf­hlöðu­end­ingu og end­ur­hleðslu.

Allar fram­farir byggj­ast á nið­ur­stöðum grunn­rann­sókna

Allar fram­farir og öll sú þekk­ing sem hefur nýst í þróun raf­hlaðna kemur úr sam­eig­in­legum opnum nið­ur­stöðu­potti grunn­rann­sókna háskóla og rann­sókn­ar­stofn­ana. Því er alger­lega nauð­syn­legt að styðja áfram vel við grunn­rann­sóknir til að bæta í pott­inn og halda jafn­framt áfram að nýta nið­ur­stöð­urnar í hag­nýtar rann­sóknir og nýsköp­un. Það er skylda allra sam­fé­laga.

Höf­undur starfar í djúp­tækni.

Á dýptina fyrir nördana: Lithium rafhlöður með kísil (silicon) anóðu skauti

Það hefur lengi verið vitað að kís­ill, sil­icon (Si) væri hent­ugt efni til að nota við anóðu skaut lit­hium raf­hlaðna þar sem geymslu­rýmd þess er marg­föld á við flest önnur efni. Þannig getur Si bundið fleiri Li jónir í hvarfi sem myndar Li3,75Si.

Þessi bind­ing veldur hins­vegar rúm­máls­breyt­ingu á skaut­inu milli Li-Si og kristöll­uðu Si sem veldur því að í hverjum hring þar sem Li er að bind­ast og losna aftur þá koma sprungur í skautefnið sem smá saman stækka inn á við. Þetta sést greini­lega á smá­sjár­mynd­um.

Skautið virkar því verr og verr með hverri end­ur­hleðslu. Þessi vanda­mál hljóta ofan­greind fyr­ir­tæki að hafa leyst með því að byggja Si skautið upp á annan hátt eða með fleiri/öðrum stoð­efn­um.

Við þurfum á þínu framlagi að halda

Þú getur tekið beinan þátt í að halda úti öflugum fjölmiðli.

Við sem vinnum á ritstjórn Kjarnans viljum hvetja þig til að vera með okkur í liði og leggja okkar góða fjölmiðli til mánaðarlegt framlag svo við getum haldið áfram að vinna fyrir lesendur, fyrir fólkið í landinu.

Kjarninn varð níu ára í sumar. Þegar hann hóf að taka við frjálsum framlögum þá varð slagorðið „Frjáls fjölmiðill fyrir andvirði kaffibolla“ til og lesendur voru hvattir til að leggja fram í það minnsta upphæð eins kaffibolla á mánuði.

Mikið vatn hefur runnið til sjávar á þeim níu árum sem Kjarninn hefur lifað. Í huga okkar á Kjarnanum hefur þörfin fyrir fjölmiðla sem veita raunverulegt aðhald og taka hlutverk sitt alvarlega aukist til muna.

Við trúum því að Kjarninn skipti máli fyrir samfélagið.

Við trúum því að sjálfstæð og vönduð blaðamennska skipti máli.

Ef þú trúir því sama þá endilega hugsaðu hvort Kjarninn er ekki allavega nokkurra kaffibolla virði á mánuði.

Vertu með okkur í liði. Þitt framlag skiptir máli.

Ritstjórn Kjarnans: Sunna Ósk Logadóttir, Þórður Snær Júlíusson, Erla María Markúsdóttir, Arnar Þór Ingólfsson, Eyrún Magnúsdóttir og Grétar Þór Sigurðsson.


Já takk, ég vil styrkja Kjarnann!
Stewart Rhodes, stofnandi og leiðtogi öfga- og vígasamtakanna The Oath Keepers.
„Maðurinn með leppinn“ sakfelldur fyrir árásina á bandaríska þinghúsið
Leiðtogi vígasveitarinnar Oath Keepers, maðurinn sem er með lepp af því að hann skaut sjálfan sig í augað, hefur verið sakfelldur fyrir árásina á bandaríska þinghúsið í janúar í fyrra. Hann á yfir höfði sér 20 ára fangelsisdóm.
Kjarninn 30. nóvember 2022
Helstu eigendur Samherja Holding eru Kristján Vilhelmsson og Þorsteinn Már Baldvinsson, forstjóri Samherja.
Samherjasamstæðan átti eigið fé upp á tæpa 160 milljarða króna um síðustu áramót
Endurskoðendur Samherja Holding gera ekki lengur fyrirvara við ársreikningi félagsins vegna óvissu um „mála­rekstur vegna fjár­hags­legra uppgjöra sem tengj­ast rekstr­inum í Namib­íu.“ Félagið hagnaðist um 7,9 milljarða króna í fyrra.
Kjarninn 30. nóvember 2022
Ari Trausti Guðmundsson
Flugaska eða gjóska?
Kjarninn 30. nóvember 2022
Vilhjálmur Birgisson er formaður Starfsgreinasambands Íslands.
Samningar við Starfsgreinasambandið langt komnir – Reynt að fá VR um borð
Verið er að reyna að klára gerð kjarasamninga við Starfsgreinasambandið um 20 til 40 þúsund króna launahækkanir, auknar starfsþrepagreiðslur og flýtingu á útgreiðslu hagvaxtarauka. Samningar eiga að gilda út janúar 2024.
Kjarninn 30. nóvember 2022
Bjarni Bjarnason er forstjóri Orkuveitu Reykjavíkur.
Vindorkuver um land allt yrðu mesta umhverfisslys Íslandssögunnar
Forstjóri Orkuveitunnar segir að ef þúsund vindmyllur yrðu reistar um landið líkt og vindorkufyrirtæki áforma „ættum við engu umhverfisslysi til að jafna úr Íslandssögunni. Hér væri reyndar ekki um slys að ræða því myllurnar yrðu reistar af ásetningi.“
Kjarninn 30. nóvember 2022
Halla Hrund Logadóttir orkumálastjóri.
„Matseðill möguleika“ ef stjórnvöld „vilja raunverulega setja orkuskipti í forgang“
Langtímaorkusamningar um annað en orkuskipti geta tafið þau fram yfir sett loftlagsmarkmið Íslands, segir orkumálastjóri. „Þótt stjórnvöld séu með markmið þá eru það orkufyrirtækin sem í raun og veru ákveða í hvað orkan fer.“
Kjarninn 30. nóvember 2022
Katrín Jakobsdóttir, formaður Vinstri grænna og forsætisráðherra, á fundi stjórnskipunar- og eftirlitsnefndar í morgun.
„Það var mjög óheppilegt að náinn ættingi hafi verið í þessum kaupendahópi“
Forsætisráðherra segir að ekki hafi verið ákveðið hvenær Bankasýsla ríkisins verði lögð niður og hvaða fyrirkomulag taki við þegar selja á hlut í ríkisbanka. Hún hafði ekki séð það fyrir að faðir Bjarna Benediktssonar yrði á meðal kaupenda í ríkisbanka.
Kjarninn 30. nóvember 2022
Á meðal eigna Bríetar er þetta fjölbýlishús á Selfossi.
Leigufélagið Bríet gefur 30 prósent afslátt af leigu í desember
Félag í opinberri eigu sem á um 250 leiguíbúðir um allt land og er ekki rekið með hagnaðarsjónarmið að leiðarljósi ætlar að lækka leigu allra leigutaka frá og með næstu áramótum.
Kjarninn 30. nóvember 2022
Meira úr sama flokkiAðsendar greinar