Az elemek mindenhol vannak. Telefonunkban, repülőgépeinkben, benzinmotoros autóinkban vannak, még szívritmus-szabályozókkal vagy más beültetett orvostechnikai eszközök esetén a testünkben is.
Azon akkumulátorok, amelyeknek a jövőben valóban fontosak lesznek, nem azok, amelyek segítenek az Angry Birds telefonon 12 egyenes órányi lejátszásában vagy a hideg téli reggelen indítani a járművet. Azok az akkumulátorok, amelyek megváltoztathatják a világ energiaszemléletét, energiát jelentenek az elektromos járművek számára, és tárolják az elektromos hálózatot.
"Ha elvarázsol egy varázspálcát, és megoldhatja a világ energiaproblémáit, akkor csak egy dolgot kell megváltoztatnia: az elemeket" - mondja Ralph Eads, az új energiatechnológiákba befektető Jeffries LLC befektetési bankvállalat alelnöke.
Az energia problémája nem az, hogy nincs elég bennünk; Az új technológiák, például a vízszintes fúrás és a hidraulikus repesztés vagy a „repesztés” a közelmúltban csak egy évtizeddel ezelőtt elképzelhetetlen fosszilis tüzelőanyag-mennyiségeket nyitottak meg. A probléma az, hogy energiánk legnagyobb részén támaszkodunk azokra a fosszilis tüzelőanyagokra, amelyek súlyos egészségtelenek, évente több millió korai halálesetet okozva, drasztikusan és kiszámíthatatlan módon megváltoztatva az éghajlatot.
De a fosszilis tüzelőanyagok nem annyira népszerű energiaforrás, mert annyira bőségesek. Népszerûek, mivel sok energiát tudnak tárolni kis térben. Az akkumulátorok szintén energiát tárolnak, de a font-for-font-összehasonlításban egyszerűen nem tudnak versenyezni. A különbség legegyszerűbb hely egy autóban:
A hibrid Toyota Prius akkumulátorának kilónként kb. 225 wattóra energiája van. Ez az autó akkumulátorának energia sűrűsége - az energiamennyiség, amely a térfogat- vagy súlyegységenként tárolható. A benne lévő Prius benzin fontonként 6000 watt-órát tartalmaz. A folyékony kőolaj-tüzelőanyagok és még a legfejlettebb akkumulátorok közötti energia sűrűségbeli különbség olyan forgatókönyvet teremt, amelyben egy 7200 fontos Chevrolet Suburban 650 mérföldre tud menni egy tartály gázzal és egy teljesen elektromos Nissan Leaf-rel, amely kevesebb, mint a felének súlya meghaladja., csak kb. 100 mérföld távolságban van.
És bár az amerikaiak autóútjainak körülbelül 80 százaléka kevesebb, mint 40 mérföldet ér el, a fogyasztói kutatások kimutatták, hogy a járművezetők „távolságtartási szorongástól” szenvednek. Azt akarják, hogy az autók hosszú utakra menjenek, és ingázhassanak munkájukhoz és munkájukhoz ügyek a város körül.
Az energia sűrűsége 100 évig az akkumulátorok bête noire- je maradt. Ha olyan új technológiát vagy kialakítást hajtanak végre, amely növeli az energia sűrűségét, az akkumulátor teljesítményének másik kritikus szempontja - mondjuk a stabilitás magas hőmérsékleten, vagy az, hogy hányszor tölthető le és tölthető fel - szenved. És ha ezen aspektusok egyikét javítják, akkor az energia sűrűsége szenved.
Jó példa a lítium-vas foszfát technológia. Ezeket a BYD kínai gyártó akkumulátorokat széles körben használják mind Dél-Kínában, mind az elektromos és a hibrid járműveken. Gyorsabban töltenek, mint a lítium-ion akkumulátorok, amelyek általánosak más elektromos járművekben, például a Leafnél, de kevésbé energiaigényesek.
Az akkumulátorok kialakításában egy másik nagyra becsült szempont, hogy az akkumulátorok hányszor tölthetők és üríthetők el anélkül, hogy elvesztenék az energiatároló képességüket. A nikkel-fém-hidrid vagy NiMH akkumulátorok, amelyek több mint egy évtizede a hibrid járművek, köztük a Prius és a Ford Escape hibridjeinek munkafúrója, jóak ebben a kategóriában. Ted J. Miller, aki a Ford Motor Company fejlett akkumulátor-technológiáján dolgozik, elmondja, hogy a Ford húzta az akkumulátorokat a használt Escape-hibridekből a San Francisco-i taxiszervizben 260 000 mérföld távolságban, és megállapította, hogy eredeti teljesítményük még mindig 85% -a . Ez a tartósság előnye, de a tisztán elektromos járműveknél a NiMH akkumulátorok sokkal nehezebbek ugyanannyi energiamennyiséggel, amelyet egy lítium-ion akkumulátor tárol; a tömeg csökkenti a jármű hatótávolságát. A NiMH akkumulátorok szintén mérgezőek - tehát nem szabad berakni őket a kukába, amikor kifogy a gyümölcslé - újrahasznosítani kell. Mivel a nikkel a jövőben kevésbé lesz, mint a lítium, ezek az akkumulátorok drágulhatnak.
A lítium-ion polimer akkumulátorok energiaszélessége valamivel nagyobb, mint a szokásos lítium-ion verzióknál - az Audi jármű prototípusa 372 mérföldre ment egy egyszeri töltéssel -, de ezek nem tölthetők fel és tölthetők le annyira gyakran, tehát kevesebb a kitartásuk.
Érdemes emlékezni arra, hogy ezeknek a korlátozásoknak ellenére a gépjárművek hajtására tervezett akkumulátorok viszonylag rövid idő alatt hosszú utat hajtottak végre - mindössze 40 évvel ezelőtt a mai hibridekben és az elektromos járművekben található energiatartalom kevesebb mint felének akkumulátora volt. egzotikus álomnak tekintik, és továbbfejlesztniük kell őket. "Világos utat látunk az akkumulátor képességének megduplázódásában" - mondja Ford Miller. "Ez anélkül, hogy drasztikusan megváltoztatná a technológiát, hanem javítaná a folyamatot, így kiváló minőségű autóakkumulátorok vannak, amelyek energiatartalma megegyezik a mai hordozható készülékeken."
Egy ilyen elektromos járművekhez használt akkumulátor megváltoztatná a szállítást, és sokkal éghajlatbarátabbá tenné. Az Egyesült Államok üvegházhatású gázkibocsátásának kb. 27% -át és a világméretű kibocsátás mintegy 14% -át a szállítás adja. Az amerikai személygépjárművek kilencvenöt százaléka kőolajjal működik. Ha ezeket az autókat és teherautókat kicserélnék elektromos járművekre, akkor ez jelentősen csökkentené a szennyeződést akkor is, ha az elektromos áram továbbra is elsősorban szénből származik - állapította meg az Energiaügyi Minisztérium. Ennek oka az, hogy a belső égésű motorok annyira nem hatékonyak, hogy fűtőanyagukban az energiafogyasztásuk 80% -át elveszítik, míg az elektromos motorok szinte teljes energiáját a jármű meghajtására fordítják.
Az akkumulátorok szerepet játszhatnak a villamosenergia-forrás megváltoztatásában is, ha megújuló forrásokból, például szélből és napenergiaból előállított energiát tárolnak. Mivel a közművek megnövelték az ezekből a forrásokból előállított villamos energia százalékát, a vezérelv az volt, hogy földgáztüzelésű erőművekre lenne szükség a kereslet kielégítéséhez, amikor a szélturbinák és a fotovoltaikus elemek nem termelnek. Ha az alacsony kereslet alatt előállított megújuló energiát egy elembe lehetne helyezni, jelentős veszteség nélkül tárolhatná, és gyorsan kiszedne, ha a kereslet növekszik - és ha a rendszer elég olcsó -, akkor szükségtelenné válik mindkét széntüzelésű erőmű megújuló energiaforrása. cserélje ki, és a földgázüzemeket, amelyek nélkülözhetetlenek a szél és a napenergiához.
„A nagy mennyiségű akkumulátorok, amelyek időben eltolják az energiát, a játékváltók lennének” - mondta Peter Rothstein, a New England Clean Energy Council elnöke.
A hálózatok számára energiát tároló akkumulátorok eltérő követelményekkel bírnak, mint azok, amelyek az autókba kerülnek, mivel a járművekhez viszonylag kompakt akkumulátorokra van szükség, amelyek energiájukat szinte azonnal át tudják adni. Tehát az olyan technológiák, amelyek nem működnek jól az elektromos járművek tápellátásakor, nagyszerűen képesek tárolni a hálózat energiáját.
A lítium-levegő akkumulátorok - egy viszonylag új technológia, amely sok izgalmat vált ki - nagyobb energia sűrűséggel bírhat, mint a meglévő lítium akkumulátorok, de sokkal kevesebb energiát biztosítanak, ami a jármű gyorsításához lenne szükséges - mondja a Ford Miller. "Ha 120 kilovatt teljesítmény-kapacitásra van szüksége, lítium-levegő esetén 80-100 kilowattóra akkumulátorra van szükség ahhoz, hogy megfeleljen ennek a követelménynek" - magyarázza Miller. „Ez egy nagyon nehézkes, nagyon nagy akkumulátor.” Ez nem működne jól egy autóban - összehasonlításként a Ford Focus EV valamivel több, mint 100 kilovatt teljesítményt használ egy 23 kilowattórás akkumulátorral -, de lehet, hogy amikor egy szélerőmű mellett ül.
A vanádium áramú akkumulátorok, egy másik ígéretes fejlesztés, szintén nagy energia sűrűséggel rendelkeznek, és gyors lemerülési idejük miatt ideálisak tárolásukhoz. Ez az alkalmazás, amelyre Ron MacDonald, az American Vanadium vezérigazgatója sorol fel őket. „Sok jó tárolási lehetőség létezik, de mindegyiknek van problémája” - ismeri el a MacDonald. "A kérdésünk mindig előzetes költség volt, mert drágábbok vagyunk." A vanádium-áramú akkumulátor ugyanakkor 20 évig is eltarthat, "tehát mások alatt maradunk, ha az akkumulátor élettartama alatt a költségeket vesszük figyelembe". mondja.
De az úgynevezett „intelligens” hálózat fejlesztése - amely fejlett algoritmusokat és kommunikációs technológiákat fog használni, hogy gyorsan reagáljon, mint az energiaellátás és a fogyasztói igény csökkenése és áramlása -, valamint az elosztott tárolás talán az energiatakarékosabb akkumulátorokat kevésbé teszi szükségessé, mint a a szakértők gondolkodtak a múltban. Több tízezer apró elemmel, autókban, közlekedési lámpákban és másutt a városban, egy elektromos eszköz elméletileg le tudja vonni ezeket az elemeket a nagy igénybevétel idején, és több órával később visszajuttathatja az energiát az ügyfelekhez.
A közművek megkísérelhetik megváltoztatni azt is, hogy az emberek mikor és hogyan használják fel az energiát azáltal, hogy túlságosan magas tarifákat számítanak fel a villamosenergia-vásárlásokra egy bizonyos szint alatt, a nagy kereslet idején. Az ügyfelek nem fognak attól tartani, hogy a rendszerre nagy terheket tegyenek, például nagy készülékeket üzemeltessenek vagy elektromos autójukat feltöltsék ezekben az időkben. Az akkumulátorokhoz hasonlóan az ilyen gyakorlatok lelapítják a közüzemre háruló villamosenergia-termelési igényeket.
„A keresletre adott válasz ugyanolyan fontos szerepet játszik, mint a tárolás” - mondja Randy Howard, a Los Angeles-i Víz- és Energiaügyi Minisztérium energiarendszer-tervezési és fejlesztési igazgatója.
Ennek ellenére Howard szeretné, ha egy akkumulátor a közművekhez olyan előleget hozna, amelyet az olaj- és gáztermelők láttak. "Reméljük, hogy egy bizonyos ponton technológiai ugrás következik be az akkumulátorokban, de ez még nem történt meg" - mondja Howard. "Az akkumulátorok világában keresjük a törést."
