ИРЭЭДҮЙД ХЭРЭГЛЭЭНД НЭВТРЭХ БАТАРЕЙН ШИНЭ ТЕХНОЛОГИУД
Бидний өдөр
тутмын амьдрал техник технологиос улам бүр хамааралтай болж буй энэ үед тэдгээрийг
цахилгаан энергээр тогтмол хангах, батарейн шинэ технологийн шийдлийг олох нь
хамгийн чухал судалгаа болон инноваци технологийн асуудлуудын нэг болоод байна.
Үүнтэй холбоотойгоор судлаачид ирээдүйд хэрэглээнд нэвтрэх батарейн 5 төрлийн
шинэ технологийг танилцуулжээ.
1. Лити
вольфрам батарей (наноболт)
Батарейн анодын материалын судалгааг голчлон хийдэг “N1 Technology” корпорациас вольфрам болон нүүрстөрөгчийн үелсэн бүтэцтэй нано хэмжээст шинэ төрлийн литийн ионы анодын материалыг танилцуулжээ. Энэхүү анодын материал нь сүвэрхэг бүтэцтэй учраас литийн ионыг дамжуулах гадаргуугийн талбай ихтэй бөгөөд бусад энэ төрлийн батарейнаас илүү өндөр цахилгаан багтаамжтай, маш хурдан цэнэглэгдэх гэх мэт олон давуу талтай.
Наноболт батарей нь
хурдан цэнэглэгддэг, багтаамж өндөртэй зэрэг шинж чанаруудаас шалтгаалан цахилгаан
машины батарейн зах зээлд өндөр хүлээлттэй байна.
2. Цайр-Манган
Оксидын батарей
Цайр-Манган Оксидын батарей нь аль эрт
хэрэглээнд нэвтэрч эхэлсэн боловч сүүлийн үед зарим шинж чанарыг нь сайжруулан
энэхүү батарейг дахин цэнэглэх боломжтой болгосон байна. Хэрэв Цайр-Манган Оксидын
батарейг дахин цэнэглэх боломжтой болгож багтаамж болон энергийн нягтыг нь илүү
сайжруулж чадвал литийн ионы болон бусад хар тугалга хүчлийн батарей зэрэгтэй
өрсөлдөх бүрэн боломжтой гэж үзжээ.
Энэхүү батарейн хамгийн том давуу тал нь уламжлалт литийн ионы батарейтай харьцуулахад илүү аюулгүй бөгөөд хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх сөрөг нөлөө багатай юм. Литийн ионы батарей нь шатах, тэсрэх зэрэг шинж чанартай электрод болон электролитын материал ашигладаг учир ашиглалтын үед заавал дагаж мөрдөх ёстой хэд хэдэн заавар байдаг. Харин Цайр-Манган оксидын батарейд дээрх хүндрэл тулгардаггүй учир илүү аюулгүй, хялбар батарейн технологи юм. Хэрэв энэхүү батарейн багтаамж болон чадал нь литийн ионы батарейтай ижил хэмжээнд очвол их хэмжээний энерги хуримтлууулагч болгон ашиглахад илүү тохиромжтой. Цайр-Манган Оксидын батарей нь өрхийн хэрэглээнд зориулагдсан нарны зай хураагуурын батарейн салбарт өндөр хүлээлтийг өгч байна.
Одоогоор жижиг
хэмжээтэй Цайр-Манган Оксидын батарей худалдаанд гараад байна. Дахин
цэнэглэгддэг Цайр-Манган Оксидын батарейг олон тоогоор үйлдвэрлэж хэрэглээнд
нэвтрүүлэхэд хамгийн тохиромжтой батарейн нэг бөгөөд одоогоор судалгааны
шатандаа явж байна.
3. Кобальтгүй литийн
ионы батарей
Кобальт агуулсан
литийн ионы батарей нь дэлхий даяар хамгийн өргөн хүрээнд хэрэглэгдэж буй
батарейн төрөл юм. Бидний өдөр тутамдаа хэрэглэдэг гар утас, зөөврийн
компьютер, цахилгаан автомашин зэрэг бүх салбарт түгээмэл хэрэглэж байна. Гэвч
сүүлийн үед литийн ионы батарейгаас кобальтыг салгаж шинэ төрлийн кобальтгүй
батарей гаргаж авах судалгаа хийгдэж эхлээд байна. Кобальтгүй литийн ионы
батарей нь уламжлалт литийн ионы батарейтай адил зарчмаар ажиллах боловч өндөр
үнэтэй, хортой нэгдэл болох кобальтыг хасч өгсөнөөрөө давуу талтай. Энэхүү
батарейн хамгийн гол шийдэл нь кобальттай адил аль эсвэл зарим талаараа илүү
шинж чанартай хайлш болон химийн нэгдлийг орлуулан гарган авах явдал. Үүнд никель
(Ni) болон магнийг (Mg) ашиглаж байгаа ба одоогоор
судалгааны түвшинд явагдаж байна.
Кобальт нь литийн ионы батарейн
хамгийн гол түүхий эд боловч өндөр үнэтэй, байгаль орчинд үзүүлэх сөрөг нөлөө
ихтэй байдаг. Хэрэв кобальттай литийн ионы батарейн битүүмж алдагдсан
тохиолдолд хүний биед маш их сөрөг нөлөөтэй. Иймээс шинж чанарын хувьд төстэй
шинэ нэгдлийг ашиглаж илүү хямд, аюулгүй, урт хугацаанд ашиглагдах тогтвортой
батарейн технологийг хөгжүүлэх судалгаа хийгдэж эхлээд байна.
Кобальтгүй литийн ионы батарейн эхний
загвар худалдаанд гарч эхэлсэн боловч үйлдвэрлэл болон нийлүүлэлт нь
хязгаарлагдмал байна. Үүнээс гадна уламжлалт кобальттай литийн ионы батарейн
кобальтыг никель болгон солихын тулд энэ төрлийн батарейн технологид зарим нэг
өөрчлөлтийг нэмэх шаардлагатай болоод байна. Гэсэн хэдий ч Тесла болон бусад томоохон
компаниудад энэ төрлийн батарейн эрэлт ихсэж байгаатайгаар холбоотой шинэ
төрлийн кобальтгүй литийн ионы батарей гаргаж авах судалгаанд хөрөнгө оруулалт
хийж эхлээд байна. Иймээс энэ төрлийн батарейн технологи хурдацтай хөгжиж
байгаа учир хэдхэн жилийн дотор уламжлалт батарейн технологийг орлуулах
хэмжээнд хүрнэ гэж үзээд байна.
4. Органик
цахиурт суурилсан электролиттой
литийн ионы батарей
Органик цахиурт суурилсан электролит нь литийн ионы батарейн цахилгаан химийн шинж чанарыг сайжруулах боломжтой электролитийн материал юм. Энэ төрлийн электролиттой батарей нь цахилгаан химийн урвал явагдах үед ионы болон электроны шилжилт маш тогтвортой байдаг. Ингэж тогтворжуулж өгснөөр тухайн батарейн ажиллах хугацаа болон аюулгүй ажиллагаанд өндөр үр нөлөөтэй.
Энэ төрлийн электролиттой батарей нь энгийн литийн ионы батарейг бодвол илүү өндөр ашигт үйлийн коэффициенттэй байдаг. Худалдаанд байгаа ихэнх литийн ионы батарейн электролит нь шатамхай шинж чанартай байдаг бол органик цахиурт суурилсан электролитыг ашигласнаар тухайн батарейн аюулгүй ажиллагааг сайжруулах бөгөөд цаашлаад батарейн багтаамжийг нэмэх, цэнэглэх хугацааг бууруулах боломжтой юм.
5. Гель
хэлбэрийн электролиттой литийн ионы батарей.
Түгээмэл ашиглагдаж
байгаа литийн ионы дахин цэнэглэгддэг батарейнууд нь цэнэглэх болон цэнэг алдах
цикл процесс явагдсаны дараа багтаамж нь буурч эхэлдэг. Харин энэ асуудлын
шийдлийг UCI (University of California Irvine)-ийн эрдэмтэд олсон ба ингэхдээ
тэд литийн ионы батарейд ашигладаг шингэн электролит нь температурт хэт мэдрэг
байдаг сул тал дээр үндэслэж түүний оронд
алтны нано мяндасыг магнийн оксидоор бүрсэн электродын гадуур электролитийн
гелэн давхарга үүсгэж туршилт явуулсан байна.
Алтны нано мяндасыг
магнийн оксидоор бүрсэн электродын гадуур электролитийн гелэн давхарга үүсгэсэн
батарей болон шингэн электролиттой литийн ионы батарейг хооронд нь харьцуулахад
шингэн электролиттой батарей нь 2000-8000 циклийн дараагаар багтаамж буурч
байсан бол гелэн электролиттой батарейн хувьд 200000 циклийн дараагаар 5%-ын
багтаамжийн алдагдалтай болсон байна. Энэхүү нээлтийн тусламжтайгаар дахин цэнэглэгддэг
литийн ионы батарейн ажиллах хугацааг уртасгах боломжтой болж байгаа бөгөөд одоогийн
худалдаанд байгаа шингэн электролиттой батарейнаас 400 дахин удаан ашиглах боломжтой
батарейг гарган авч чадах юм гэжээ. Гэвч алтны нано мяндас нь никель болон
бусад металл электродоос илүү өртөг өндөртэйгээс шалтгаалан их хэмжээгээр
үйлдвэрлэхэд хүндрэлтэй, мөн амархан гэмтэх магадлалтай зэрэг олон асуудлууд судлаачдад
тулгарсаар байна.
Мэдээ бэлтгэсэн:
Энергийн судалгааны лабораторийн ЭШАА, Доктор Л. Сарантуяа
ЭШДаА Б.Ихбаяр
Эх сурвалж:
https://cen.acs.org/articles/94/web/2016/05/Nanowire-battery-wont-die.html
https://www.gray.com/insights/5-new-battery-technologies-that-will-change-the-future/
https://www.aquionenergy.com/technology/
Эва