ТЕМИ:
Батерия, технологии, DOE, енергия, литиево -йонни батерии
От Американския департамент по енергетика 9 май 2021 г.
Батериите и подобни устройства приемат, съхраняват и освобождават електричество при поискване. Батериите използват химията, под формата на химически потенциал, за съхранение на енергия, както много други ежедневни източници на енергия. Например трупите съхраняват енергия в химическите си връзки, докато изгарянето не преобразува енергията в топлина.
Бензинът се съхранява химическа потенциална енергия, докато не се преобразува в механична енергия в двигателя на автомобила. По същия начин, за да работят батериите, електричеството трябва да се преобразува във вид на химически потенциал, преди да може лесно да се съхранява.
Батериите се състоят от два електрически извода, наречени катод и анод, разделени от химически материал, наречен електролит. За приемане и освобождаване на енергия, батерията е свързана към външна верига. Електроните се движат през веригата, докато едновременно йони (атоми или молекули с електрически заряд) се движат през електролита.
В акумулаторната батерия електроните и йоните могат да се движат в двете посоки през веригата и електролита. Когато електроните се придвижват от катода към анода, те увеличават химическата потенциална енергия, като по този начин зареждат батерията; когато се движат в друга посока, те преобразуват тази химическа потенциална енергия в електричество във веригата и разреждат батерията. По време на зареждане или разреждане, противоположно заредените йони се движат вътре в батерията през електролита, за да балансират заряда на електроните, движещи се през външната верига, и да създадат устойчива, презареждаща се система. След като се зареди, батерията може да бъде изключена от веригата, за да се съхранява химическата потенциална енергия за по -късна употреба като електричество.
Батериите са изобретени през 1800 г., но техните химични процеси са сложни. Учените използват нови инструменти, за да разберат по -добре електрическите и химичните процеси в батериите, за да произведат ново поколение високоефективно съхранение на електрическа енергия. Например, те разработват подобрени материали за анодите, катодите и електролитите в батериите. Учените изучават процесите в акумулаторните батерии, тъй като те не се обръщат напълно, тъй като батерията се зарежда и разрежда. С течение на времето липсата на пълен обрат може да промени химията и структурата на материалите на батериите, което може да намали производителността и безопасността на батерията.
Факти за съхранение на електрическа енергия
. Нобеловата награда за химия за 2019 г. бе присъдена съвместно на Джон Б. Гуденау, М. Стенли Уитингам и Акира Йошино-за разработването на литиево-йонни батерии.
. Електролитният геном в JCESR е създал изчислителна база данни с повече от 26 000 молекули, които могат да се използват за изчисляване на основните свойства на електролита за нови, усъвършенствани батерии.
DOE Служба за наука и съхранение на електрическа енергия
Изследванията, подкрепени от DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences (BES), доведоха до значителни подобрения в съхранението на електрическа енергия. Но все още сме далеч от цялостни решения за съхранение на енергия от следващо поколение, използващи чисто нови материали, които могат драстично да подобрят колко енергия може да съхранява батерията. Това съхранение е от решаващо значение за интегрирането на възобновяеми енергийни източници в електроснабдяването ни. Тъй като подобряването на батерийната технология е от съществено значение за широкото използване на електрически превозни средства, съхранението също е от ключово значение за намаляване на зависимостта ни от петрола за транспортиране.
BES подкрепя изследванията на отделни учени и в мултидисциплинарни центрове. Най -големият център е Съвместният център за изследване на съхранението на енергия (JCESR), DOE Energy Innovation Hub. Този център изучава електрохимични материали и явления в атомния и молекулен мащаб и използва компютри, за да помогне за проектирането на нови материали. Тези нови знания ще позволят на учените да проектират съхранение на енергия, което е по -безопасно, издържа по -дълго, зарежда по -бързо и има по -голям капацитет. Тъй като учените, подкрепени от програмата BES, постигат нов напредък в науката за батериите, тези постижения се използват от приложни изследователи и индустрия за усъвършенстване на приложенията в транспорта, електрическата мрежа, комуникацията и сигурността.
