Apa yang menahan teknologi energi? Baterai infernal

Washington – Karena Teknologi abad ke -21 ingin menjadi lebih cepat, lebih bersih dan lebih murah, sebuah penemuan lebih dari 200 tahun yang lalu menahannya. Inilah sebabnya mengapa mobil listrik tidak menyumbat jalan dan mengapa 787 Dreamliners baru Boeing tidak efisien tidak terbang tinggi.

Dan kemungkinan Anda sekarang memiliki penemuan kecil di sebelah Anda dan mungkin mengutuknya baru -baru ini: baterai infernal.

Boeing adalah bisnis pertama yang menggunakan secara luas dalam bidang baterai teknologi paling canggih – ion lithium. Tetapi baterai 7 Januari di atas kapal impian di Boston, diikuti oleh keruntuhan yang sama di Jepang, memimpin pihak berwenang di seluruh dunia bulan ini untuk mendaratkan Angkatan Laut, yang memiliki masalah keamanan yang lama dengan yang telah berjuang oleh para insinyur.

Pada tahun 2006 dan 2007, lebih dari 46 juta baterai ponsel dan 10 juta baterai laptop-semua lithium-ion daur ulang disebabkan oleh risiko overheating, sirkuit pendek dan ledakan. Fungsi keselamatan tambahan telah dipasang pada baterai ion lithium yang digunakan dalam elektronik konsumen.

(Trekkin)

Sedangkan untuk industri otomotif listrik, baterai lithium -ION memiliki dua kelemahan besar: harganya mahal, dan mereka tidak mengizinkan mobil yang cukup jauh di antara pengulangan. A123, produsen baterai lithium -on, bangkrut tahun lalu karena permintaan yang buruk dan biaya tinggi setelah menerima hibah federal $ 249 juta.

Baterai Lithium -ION, yang menyimpan lebih banyak energi pada tegangan yang lebih tinggi dan bobot yang lebih ringan dari spesies sebelumnya, adalah lompatan terbaru dalam teknologi baterai. Dan itu terjadi hampir seperempat abad yang lalu.

“Kita perlu memproduksi rekayasa membuat baterai,” kata ilmuwan baterai Lawrence Berkeley National Battery Vince Battaglia. “Kita harus menemukan hal besar berikutnya.”

Tetapi tidak satu pun dari sepuluh ahli yang berbicara dengan Associated Press mengatakan mereka tahu apa hal besar nantinya, atau kapan itu akan datang.

“Jika Anda memecahkannya … itu akan mengubah dunia,” kata Profesor Ilmu Carnegie Mellon University Jay Whitacre.

Baterai sangat penting untuk masa depan energi yang lebih hijau sehingga pemerintahan Obama telah menghabiskan lebih dari $ 2 miliar untuk memulai industri baterai canggih, termasuk menyiapkan apa, menurut beberapa ahli, adalah proyek mini-Manhattan untuk baterai.

Untuk membuat terobosan berikutnya, para peneliti harus menguasai kimia yang rumit, manufaktur mahal, rekayasa terperinci, berbagai bahan yang berbeda, pengujian panjang, standar keselamatan yang ketat dan masalah biaya yang sangat besar. Ini melibatkan penanganan cairan dan padatan, logam dan bahan kimia organik dan hal -hal di antaranya, kata Glenn Amatucci, direktur kelompok penelitian penyimpanan energi di Rutgers University.

“Kami berurusan dengan sistem yang dapat Anda bayangkan hampir hidup. Hampir bernafas,” kata Amatucci. “Memahami apa yang terjadi dalam baterai ini sangat rumit.”

Salah satu alasan mengapa baterai adalah langkah lambat dari jalan raya berteknologi tinggi adalah karena memiliki fungsi yang bertentangan. Tugas utama adalah menghemat energi. Tapi itu juga seharusnya dengan cepat melepaskan daya, sebagian besar. Kedua pos ini bertentangan satu sama lain.

“Jika Anda menginginkan penyimpanan tinggi, Anda tidak bisa mendapatkan kekuatan tinggi,” kata M. Stanley Whittingham, direktur Pusat Penyimpanan Energi Kimia Northeast. “Orang -orang berharap lebih dari mungkin.”

Di pasar komersial, baterai lithium -on umumnya cukup kecil untuk masuk ke ponsel. Tetapi untuk merangsang benda yang lebih besar – dari prius ke 787 – mereka dikelompokkan bersama, meningkatkan jus yang mereka simpan dan pasang. Ini juga meningkatkan risiko keselamatan, kata para ahli. Baterai ion lithium yang terbakar dalam 787 boeing memiliki berat 63 pound dan panjangnya 19 inci.

“Anda tidak dapat melakukan hal mendasar adalah bahwa baterai ion lithium diisi dengan cairan yang mudah terbakar,” kata Whitacre.

Bahkan masalah satu-dalam satu juta dengan baterai lithium-ion dapat menyebabkan banyak kebakaran, karena sekarang ada miliaran dari mereka yang digunakan, dengan lusinan terkadang ditumpuk dalam satu perangkat.

Menurut para ahli, baterai lithium -on lebih berbahaya karena elektrolitnya, cairan yang memungkinkan ion bergerak di antara elektroda dalam baterai, lebih mudah terbakar daripada kain pada baterai yang lebih tua. Jenis-jenis yang lebih tua ini termasuk baterai asam timbal di sebagian besar mobil dan baterai kadmium nikel yang sering berada dalam peralatan video dan alat listrik.

Namun, sains material MIT dan profesor teknik Gerbrand Ceder dan yang lainnya mengatakan masalah keselamatan dapat diperbaiki.

Perubahan tidak datang di bidang baterai secara teratur.

“Kemajuan besar dalam teknologi baterai jarang terjadi. Sudah lebih dari 200 tahun dan kami mungkin memiliki lima baterai yang dapat diisi ulang yang sukses,” kata George Blomgren, mantan peneliti teknologi senior di Eveready dan sekarang seorang konsultan baterai pribadi. “Ini membuat frustrasi.”

Alessandro Volta – Untuk siapa Volt disebut – menemukan baterai yang berguna pertama pada tahun 1800. Itu adalah waktu yang lama sebelum penemuan terobosan lainnya seperti mobil pembakaran internal, telepon, mobil, pesawat terbang, transistor, komputer, dan internet. Tetapi semua perkembangan ini telah berkembang lebih cepat daripada baterai sederhana.

Whitacre mengatakan baterai mobil timbal “telah ada selama 150 tahun.” Ini adalah bukti luar biasa dari yang pertama seberapa kuat chemistry itu dan seberapa sulit perubahannya. “

Pakar baterai dibagi karena berikut ini. Beberapa percaya bahwa baterai lithium -ion dapat diretas untuk mendapatkan peningkatan efisiensi dan penyimpanan yang besar. Amatucci mengatakan dia pikir kita bisa mendapatkan energi dua hingga tiga kali lebih banyak dari baterai lithium -lithium di masa depan, sementara yang lain mengatakan bahwa perubahan kimia kecil dapat menghasilkan lebih banyak lagi.

Tetapi sama seperti banyak insinyur yang mengatakan bahwa baterai lithium -ion berjalan dengan sendirinya.

“Dengan bahan dalam baterai lithium -ION saat ini, kami pasti rata,” kata Blomgren. “Kami sedang menunggu sesuatu datang dengan pekerjaan.”

Ada semua jenis baterai baru yang dikerjakan: lithium-air, lithium-sulfur, magnesium, ion natrium.

“Saat ini itu adalah pacuan kuda,” kata Blomgren. ‘Ada kekurangan di setiap teknologi di luar sana. Masing -masing membutuhkan solusi yang bagus. ‘

Battaglia, salah satu harapan terbaik untuk terobosan, adalah John Goodenough, pria yang bertanggung jawab atas terobosan 1979 yang memimpin baterai lithium komersial pertama pada tahun 1991. Dia akan menerima Medali Sains Nasional di Gedung Putih bulan depan.

Goodenough adalah 90.

“Saya sedang mengerjakannya,” Goodenough, seorang profesor teknik di University of Texas di Austin, mengatakan Selasa. “Saya optimis dalam arti bahwa saya bersedia untuk terus bekerja. Saya pikir kita bisa melakukan beberapa hal menarik. ‘