Inki kele Energie ya Sipesiali?

Energie ya sikisiki ke tesaka kiteso ya ngolo yina bo me bumbaka na konso unité ya masse ya kima mosi to ya ngidika mosi. Na kumonisaka yau na ba joules na kilo (J/kg) to na watt-heures na kilo (Wh/kg), metric yayi ke monisa kitezo ya ngolo ya kusadila yina kele na masa mosi, yau ke sala ti yau vanda mfunu samu na kufwanisa ba tekinolozi ya kubumba ngolo mpe kubakisa ngolo ya bima.

Energie ya sikisiki me swaswana mingi ti densité ya energie, ata bangogo ke vandaka mbala mingi ya kukonda kuwakana. Na ntangu densité ya ngolo ke tesaka ngolo na unité ya volume (Wh/L), ngolo ya sikisiki ke tulaka dikebi kaka na masse. Luswaswanu yayi kele mfunu mingi na bisadilu kisika ba mpasi ya kilo ke nataka ba nzengolo ya kutunga-banda na ba avio ya zulu tii na bima ya elektroniki ya kunata tii na bakamio ya kura.

Fiziki yina kele na nima ya ngolo ya sikisiki ketadila kuwakana yina kele na kati ya ngolo yina bo mebumbaka ti masa yina kelombamaka sambu na kubumba yo. Na babateri, yo ketadila ngolo yina kekatukaka na bima ya kimunganga yina bo kekabulaka ti masa yonso ya ba électrode, ya ba électrolyte, ya bima yina kekabulaka bima, mpi ya bima yina kekangaka bima. Sambu na ba carburants, yau ke monisa tiya yina ke basikaka na ntangu ya kuyoka tiya na yina me tala masse ya carburant.

Specific Energy

Ba batterie ya litium-ion ke monisa sambu na nki ngolo ya sikisiki kele mfunu na teknolozi ya bilumbu yai. Ba cellule ya litium-ion ya ntangu yai ke lungisaka ngolo ya siki-siki na kati ya 250-270 Wh/kg, yina ke sadisaka ba smartphone na kutambula bangunga mingi mpi bakamio ya kura na kusala bankama ya bakilometre. Na kufwanisa, babateri ya plomb-acide ya kinkulu kepesaka kaka 30-50 Wh/kg, yina ketendula sambu na nki bo meyingisaka yo mingi na bisadilu ya bo lenda nata ata ntalu na yo kele fyoti.

Mambu ya mpa ya bo me sala ntama mingi ve ke pusa bandilu yai na kukwenda na ntwala. Ba batterie ya ngolo -na kusalama ke sila ngolo ya sikisiki kuluta 350 Wh/kg, na ntangu ba système ya litium- ya bibende ya kuyela ya ba kompani bonso Amprius me monisa 400 Wh/kg na ba application ya avio ya sipesiali. Kutomisa yai kebalulaka mbala mosi na ntangu ya nda ya kusala ya apareyi to na nzila ya nene ya kamio kukonda kuyika kilo.

Ngolo ya sikisiki ya babateri ke tadilaka mambu mingi: bima yina bo ke sadilaka sambu na kusala ba électrode, chimie ya baselile, mpi mutindu bo me salaka yo mbote. Ba cathodes ya nickel-rich ke yikaka kubumba ngolo kansi yo ke vandaka ti bampasi ya kukangama. Ba anode ya silicone ke pesaka ngolo mingi kuluta graphite ya ntama kansi bo ke monaka nde volime ke kumaka mingi ntangu bo ke charger yo. Konso nsola ya kusala ke monisa kuwakana na kati ya ngolo ya sikisiki ti bikalulu ya nkaka ya kisalu bonso luzingu ya nzietelo, lutaninu, mpi ntalu.

Ba carburants fossiles ke taninaka ngolo ya sikisiki mingi kuluta ba batterie. Esanse ke vandaka ti kiteso ya 12 700 Wh/kg (46 MJ/kg), kansi dizeli ke kumaka 13 000 Wh/kg. Dyambu yai ketendula sambu na nki, ata bamvula mingi mesalamaka na kukwenda na ntwala ya babateri, ba carburant ya masa kelanda na kuyala na avio mpi na transport ya nda-kisika kilo kele mfunu mingi.

Hydrogène ke monisa diambu mosi ya ke benda dikebi yina kele ti ngolo ya siki-siki ya 33 300 Wh/kg-pene-pene ya mbala tatu ya ngolo ya esanse. Kansi, densité na yandi ya kuluta fioti ke lombaka to kukangama ya ngolo- to kupesa madidi na nzila ya cryogène, kuyika masse ya système yina ke kulumusaka ngolo ya sikisiki ya pratique mingi. Gaz naturel mutindu mosi kele na ngolo ya sikisiki ya mingi na unité ya masse kansi yau kelombaka ba système ya kubumba bima ya kilo.

Na madya, ngolo ya sikisiki ketulaka ntalu ya kalori. Mafuta kepesaka kiteso ya 38 kJ/g (9 Cal/g), kuluta mbala zole ya baproteine ti ba hydrates de carbone na 16-17 kJ/g (4 Cal/g konso kima). Dyambu yai ketendula sambu na nki madya ya mafuta mingi- kevandaka ti ba calorie mingi na grame mosi-ngolo ya sikisiki ya macronutriment keyalaka calcul.

Kuvanda na masa ke vandaka ti bupusi ya ngolo na ngolo ya madia sambu masa ke yikaka masa kukonda kupesa ngolo. Matiti ya mpa lenda vanda kaka na 0,5-1 kJ/g, kansi bambuma ya kuyuma ke lutaka 25 kJ/g, ata yau yonso zole kele madia ya bo me sala na banti.

Mutindu ya bo me salaka kamio ya kura ke tadilaka mambu ya siki-siki ya ngolo. Bateri ya 75 kWh yina kesadilaka baselile yina kele ti 250 Wh/kg kele ti kilo ya 300 kg, yina kemonisa kiteso ya 15-20% ya kilo ya kamio. Kukumisa ngolo ya sikisiki ya ba batterie na 350 Wh/kg zolaka kukulumusa yau na 214 kg, kukatula 86 kg sambu na ngolo ya bantu to nzila ya nda.

Kukulumusa kilo yai ke salamaka na nzila ya mutindu bo me salaka bakamio. Bakaminio ya petepete kelombaka ngolo fyoti sambu na kukwenda nswalu mpi kumata na bangumba, bamotere ya fyoti, mpi bima yina kekangaka yo ngolo ve. Ba insi ya ke salaka ba kamio ke sosaka ngolo ya ba batterie ya 400-500 Wh/kg sambu na kusala nde ba kamio ya kura kuvanda ti kilo ya kutesana ti ba kamio ya esanse, yina ke vandaka kaka na mfunu ya kunata 50-60 kg ya esanse sambu na nzietelo ya mutindu mosi.

Ba avio mpi ba avio ya ke tambulaka na zulu ke kutana ti mambu ya ngolo kibeni ya bo ke lombaka sambu na ngolo. Konso kilo yina bo ke tombulaka na orbite ke lombaka mafunda ya badolare sambu na esanse, yo yina babateri yina ke vandaka ti ngolo mingi ya siki-siki kele mfunu sambu na basatelite mpi ba avio yina ke tambulaka na zulu. Ba rover ya NASA yina ke tambulaka na Mars ke sadilaka baselile ya litium-ion yina bo me ponaka kaka sambu na kuvukisa ngolo na yo ya siki-siki mpi kutudila yo ntima na bisika ya tiya mingi.

Kuyela ya avio ya kura ke simbama na bansoba ya nene ya ba batterie. Teknolozi ya litium-ion ya ntangu yayi ke sadisa ba drone ya fioti mpe ba vwatile ya nkufi ya kutambula na zulu ya mbanza, kansi ba avio ya kizunga ke lombaka ngolo ya sikisiki kuluta 500 Wh/kg samu na kukuma na luzingu. Bakompani yina ke salaka ba avio ya kura ke landilaka mbote-mbote mutindu bo ke salaka babateri, sambu ata bansoba ya fioti-fioti ya siki-siki ya ke tadila ngolo ke sadisaka na kusala ba avio ya mpa.

Bantu yina ke salaka batelefone ya maboko ke tulaka na ndonga ngolo ya siki-siki ti mambu ya nkaka mu mbandu vitesi ya kucharger mpi lutaninu. Ba telefone ya bubu ke sadilaka ba cellule pene-pene ya 250-270 Wh/kg, yina ke sadisaka na kusala bilumbu yonso na ba apareyi yina kele ti kilo ya 150-200 grammes. Kukumisa ngolo ya sikisiki mingi kepesaka nzila na luzingu ya nda ya bateri to na bapula ya fyoti mpi ya petepete —yina yonso zole kepesaka valere na bantu yina kesumbaka bima.

Ba batterie ya ba ordinatere ya maboko ke kutana ti mambu ya mutindu mosi kansi ti mambu ya kuswaswana yina bo fwete tula na kisika ya ntete. Bateri ya ordinatere ya maboko ya bantu yonso ke sadilaka ke vandaka ti kilo ya 300-400 gram mpi ke bumbaka 50-100 Wh, yo ke sadilaka baselile yina kele ti ngolo ya siki-siki ya mutindu mosi ti batelefone kansi yina bo me yidikaka mbote sambu na vitesi ya decharge mpi bikalulu ya tiya ya kuswaswana.

Ngolo ya sikisiki mpi ngolo ya sikisiki ke monisa mitindu ya kuswaswana ya kusala kisalu. Ngolo ya sikisiki (W/kg) ke tesaka nswalu mutindu ngidika mosi lenda pesa ngolo, kansi ngolo ya sikisiki ke tesaka kiteso ya ngolo ya mvimba yina yo ke bumbaka. Ba batterie yina bo me yidika mbote sambu na ngolo ya siki-siki ke fwaka mingi-mingi ngolo ya siki-siki, mpi mutindu mosi mpi.

Ba batterie ya fosfate de fer de litium (LFP) ke monisa mutindu bo ke salaka mambu yai. Bau ke pesaka ngolo ya sikisiki ya fioti (120-160 Wh/kg) kuluta ba nzila ya nkaka ya nikele-ya kimvwama kansi bau ke pesaka ngolo ya sikisiki ya kuluta mingi mpe luzingu ya mbote ya nzietolo. Bisadilu ya ngolo kesadilaka baselile ya ngolo mingi ata yo kepesaka ntangu fyoti ya kusadila, sambu kupesa kura ya kufwana sambu na kusala motere kebakaka kisika ya ntete kuluta ngolo yonso.

Lupangu ya Ragone ke monisa kuwakana yai na mutindu ya kifwanisu, yo ke monisa ngolo ya siki-siki na axis mosi mpi ngolo ya siki-siki na axis ya nkaka. Ba chimie ya ba batterie ya kuswaswana ke bakaka bisika ya kuswaswana, yo ke monisa nde ata teknolozi mosi ve me luta mambu yonso zole. Ba application fuana pona ba batterie yina ke fwanana na ba nsatu na bau-ngolo mingi samu na ntangu ya yinda, ngolo mingi samu na kubula ya nkufi, to ba designs ya kufwanana samu na kusadila na mutindu ya kuswaswana.

Energie ya sikisiki ke monisa kaka metre mosi ya kisalu. Bateri yina kele ti ngolo ya sikisiki ya kuswaswana lenda vanda ti luzingu ya mbote ve, yo lenda vanda ti basusi sambu na lutaninu, yo lenda lomba mbongo mingi, to yo lenda vanda ti temperature ya fioti. Ba batterie ya litium-ya soufre ke monisa ngolo ya théorique ya sikisiki (650 Wh/kg) kansi ba ke kutanaka na ba mpasi na ku katula ya soufre mpe luzingu ya cycle ya fioti yina ke kangaka nzila na ku teka.

Banzila ya kusala bima ke vandaka ti bupusi na ngolo ya siki-siki ya mfunu. Energie ya sikisiki ya nivo ya cellule-me luta ntalu ya nivo ya paquet- sambu na masse ya kuyika ya me katuka na ba circuits ya lutaninu, ba système ya madidi, mpi bima ya structure. Selile mosi ya ke lungisa 270 Wh/kg lenda pesa kaka 180-200 Wh/kg na nivo ya paquet-luswaswanu mosi ya mfunu sambu na bantu yina ke salaka ba système.

Tiya ke vandaka ti bupusi ya ngolo na mutindu bo ke pesaka ngolo. Madidi ke kulumusaka ngolo ya batterie, yo ke kulumusaka mpenza ngolo ya siki-siki ntangu yo ke basikaka. Bakaminio ya kura kekutanaka ti ntama ya fyoti na nsungi ya madidi sambu babateri lenda pesa ve ngolo na yo ya mvimba ya sikisiki na ntangu ya tiya ya kukonda ngolo.

Specific Energy

Bansosa ke landaka kutomisa ngolo ya siki-siki na nzila ya mitindu mingi. Bima ya katode ya kuyela bonso litium-nikel-manganèse-oxide de cobalt-(NMC) yina kele ti nikele mingi ke kumisaka ngolo kubumba ngolo na electrode ya mbote. Ba anode ya silicium-ke bumbaka litium mingi kuluta graphite, yo ke kumisaka ngolo ngolo. Konso kuyela kepusaka ngolo ya sikisiki na zulu ntangu bantu ya kesalaka bansosa kesalaka ngolo sambu na kununga bampasi yina kekwendaka nzila mosi ti yo.

Ba électrolytes ya ngolo-ke sila kubaka mambote mingi na kupesaka nzila na ba anode ya bibende ya litium, yina ke pesaka ngolo ya sikisiki mingi kuluta graphite. Bakompani yina kele ti QuantumScape, Solid Power, mpi Samsung ke landaka kusala mumbongo, bo ke sosaka kusadila ngolo ya siki-siki ya 400-500 Wh/kg. Kununga zolaka kusoba bakamio ya kura mpi bima ya elektroniki yina bantu ke sadilaka.

Ba batterie ya mupepe ya litium-ke monisa mpila ya kusala mambu na ntangu ya nda ti ngolo ya sikisiki ya teori yina ke pusana 11 140 Wh/kg-yina lenda fwanana ti esanse. Kansi, bigonsa mingi ya teknike yina ke tadila kukangama ya ba électrolytes, kukangama ya dioxyde de carbone, mpi luzingu ya fioti ke salaka nde bo vanda kaka na ba laboratoire. Ba batterie ya litium-ya mupepe ya mbote ke bikalaka bamvula to bamvula kumi ntama.

Sambu na kubakisanki kele babateri ya litiummpi sambu na nki bo ke yalaka kubumba ngolo ya bilumbu na beto, ngolo ya sikisiki ke pesa mvutu ya mfunu. Kuyela ya teknolozi ya litium-ion na bamvula 1990 kumisaka ngolo ya sikisiki ya bateri katuka na 120 Wh/kg na baselile ya ntete ya Sony tii na kuluta 270 Wh/kg na bapula ya ntangu yai-kuluta mbala zole na bamvula makumi tatu.

Mingi ya ba batterie ya litium ke monisaka ba nivo ya ngolo ya siki-siki ya kuswaswana na kutadila chimie na yo. Ba cellule ya oxide de cobalt de litium (LCO) yina bo ke sadilaka na ba telefone ke lungisaka ngolo ya kuluta mingi kansi yo ke vandaka ti luzingu ya fioti mpi yo ke vandaka ti mambu ya ke tadila lutaninu. Fosfate ya kibende ya litium (LFP) ke tekaka ngolo ya sikisiki sambu na lutaninu mpi luzingu ya nda, yo yina bo ke zolaka yo mingi sambu na bisi ya kura mpi bisika ya kubumba bima ata ngolo ya sikisiki kele fioti.

Kupusa sambu na ngolo ya sikisiki ya kuluta ngolo kepusaka bansosa ya bima. Bima ya cathode ke bakaka kilo mingi ya baselile, yo yina kusala ba cathode ya petepete mpi ya ngolo mingi-ya ngolo ke tomisaka mbala mosi ngolo ya siki-siki. Kukulumusa bima yina ke salaka ve-ba collecteurs ya courant, ba séparateurs, ba emballage-ke sadisaka mpi na kukulumusa masa kukonda kukulumusa ngolo yina bo me bumbaka.

Bakaminio ya kura ya bubu ke tulaka ntima mingi na ngolo ya siki-siki ya ba batterie ya litium. Bateri ya EV ya kifwani ke bumbaka 50-100 kWh na kusadilaka baselile yina kele ti ngolo ya sikisiki ya 250-270 Wh/kg. Ediadi disadisanga mu kwenda tezo kia 200-400 ma kilometa, ekolo ke lundanga e zitu dia bateria ko. Na ntangu ngolo ya sikisiki kemata tii na 350-400 Wh/kg, to bandinga kekuma nene na kiteso mosi buna to kilo ya bateri kekulumuka, ebuna yo ketomisaka kisalu ya kamio.

Bima ya elektroniki ya bantu ke sadilaka ke tadilaka mpi ngolo ya siki-siki ya batterie ya litium. Batelefone ya maboko, baordinatere ya maboko, batablette, mpi bima yina bo lenda lwata kesadilaka baselile ya litium-ion to ya litium-polymères na sikisiki yonso sambu ngolo na yo ya sikisiki ya mingi kepesaka nzila na kusala ntangu ya kufwana na ba apareyi ya fyoti mpi ya petepete. Kana teknolozi ya litium kuvandaka ve ti mambote ya sikisiki ya ngolo, ordinatere ya bilumbu na beto yina ketambulaka na maboko zolaka kusalama ve.

Energie ya sikisiki ke tesaka ngolo na unité ya masse (Wh/kg), na ntangu yina densité ya ngolo ke tesaka ngolo na unité ya volume (Wh/L). Ba application kisika kilo kele mfunu mingi-bonso avion to ba sac à dos-ke tulaka na kisika ya ntete ngolo ya sikisiki. Ba application kisika kisika kele fioti-bonso ba électronique ya kusadila na ba lupangu ya kukangama-mbala mingi ke tulaka na kisika ya ntete densité ya ngolo na kifulu na yau.

Na kati ya babateri ya mumbongo, baselile ya litium-ion ya kuyela yina kele ti ba cathode ya kele ti nickel-ke lungisaka ntangu yai ngolo ya kuluta nene ya sikisiki na 250-300 Wh/kg. Ba batterie ya litium ya ngolo-ya kumeka me monisa 400-500 Wh/kg na ba nzila ya laboratoire. Ba batterie ya litium-air ke kumaka na theorie 11 140 Wh/kg kansi yo ke bikalaka ntama ti kusadila yo na luzingu.

Esanse ke bumbaka ngolo na ba lien chimique yina ke basikaka ntangu yo ke yokaka tiya ti oxygène yina kele na mupepe. Sambu bo ketangaka ve oxygène na masse ya esanse, ngolo na yo ya sikisiki kemonanaka nde yo kele mingi kuluta (12 700 Wh/kg). Ba batterie fwete nata carburant mpi oxidant, na kukangaka ngolo na yo ya sikisiki. Luswaswanu yai ya mfunu ketendula sambu na nki babateri kenwanaka sambu na kufwanana ti ngolo ya bima yina kekatukaka na bima ya ntama.

Ke diamfunu ko. Energie ya sikisiki ke monisa kaka dimension mosi ya kisalu. Ba batterie yina kele na ngolo ya sikisiki mingi lenda vanda ti luzingu ya mbi ya cycle, bigonsa ya lutaninu, ntalu ya mingi, to ngolo ya kubasisa ngolo fioti. Bateri ya mbote ke tadila mambu yina bo ke lombaka sambu na kusadila yo-bantangu ya nkaka, bapula ya ngolo ya fioti ke salaka mbote na kimvuka sambu na bikalulu ya mbote na bisika ya nkaka.

Kutesa ngolo ya sikisiki kelombaka mitindu ya kumeka na dikebi yonso. Sambu na babateri, baprotokole ya bo kesadilaka kelombaka kutula charge ya mvimba na selile, na nima kukatula yo na vitesi yina bo metulaka ntangu bo ketesaka ngolo yina yo kebasisaka. Kukabula ngolo yonso yina bo ke basisaka na masa ya baselile ke basisaka ngolo ya siki-siki na Wh/kg.

Bimvuka mingi ke taninaka bansiku ya kutesa ngolo ya siki-siki. Commission électrotechnique internationale (IEC) ke basisaka mitindu ya kumeka yina ke zikisaka nde mambu ke wakana na kati ya bantu yina ke salaka bima. Ba mvutu lenda swaswana na kutadila ntalu ya kubasisa masa, tiya, mpi mutindu ya kumeka, yo yina kufwanisa ntalu ya ngolo ya sikisiki kelombaka kubakisa mutindu ya kumeka.

Ba mesure ya nivo ya cellule-me swaswana mingi ti ba ntalu ya nivo ya pack-. Ba batterie kele ti bima ya elektroniki yina ke twadisaka kisalu, bima yina ke pesaka madidi, mpi bima ya nkaka yina ke yikaka masa kukonda kubumba ngolo. Ngolo ya sikisiki ya nivo ya pack-ke kumaka mingi-mingi na 65-75% ya ntalu ya nivo ya selile. Bantu yina ke salaka ba systeme fwete pesa mvutu na kukulumusa yai ntangu bo ke sala calcul ya ba application.

Specific Energy

Kutomisa ya sikisiki ya ngolo kelanda nzila mosi ya bo lenda tuba na ntwala na kutadila bikalulu ya mfunu ya bima mpi kuyela ya kusala bima. Bantu ke landa kubaka mambote mingi ntangu bantu ya ke salaka bansosa ke yidika mbote-mbote bima yina bo ke sadilaka sambu na kusala ba électrode, ke kulumusa ntalu ya bima yina ke salaka ve mpi ke tomisa mutindu ya kusala bima. Ba nsangu ya ntangu yayi ke monisa ti ngolo ya litium-ion ya sikisiki ke kuma na 350-400 Wh/kg na kati ya ba mvula kumi ke kwisa na nzila ya kutomisa ya evolisio.

Bansoba ya nene kelombaka kusala bima ya mpa ya kimunganga. Ba batterie ya ngolo lenda pumbuka tii na 400-500 Wh/kg kana ba mpasi ya teknike me mana. Ba batterie ya litium-soufre mpi ya litium{7}}ya mupepe ke sila nkutu ngolo ya sikisiki ya kuluta kansi yo ke kutana ti bigonsa ya nene ya kuyela. Ba batterie ya sodium-ion ke pesaka ntalu ya fioti na nsadisa ya ngolo ya siki-siki, yo ke tadilaka bisadilu yina kilo kele mfunu mingi ve kuluta mambu ya mbongo.

Mpasi ya ngolo ya sikisiki ya kuluta zulu ke suka kaka ve na bisadilu ya pwelele. Kubumba ngolo na grid-scale ke kuma mbote mingi mutindu ngolo ya ba batterie ke tomaka mpi ntalu ke kulumuka. Ba apareyi ya kimunganga ya bo lenda nata ke salaka ntangu mingi na kati ya ba charge. Bisadilu ya kura ke kumaka pete-pete kukonda kuvidisa ntangu ya kusala. Konso kutomisa ya kelanda na kusalama na ngolo ya sikisiki kepesaka nzila na mabaku ya mpa na kati ya bisalu mingi.

Sambu na transport ya kura na sikisiki yonso, kutomisa ya sikisiki ya ngolo kepusaka na kusadila na kukulumusaka kilo mpi ndola ya ntalu ya ba batterie na ntwala ya ba carburant fossile. Konso 50 Wh/kg ya kumata ya ngolo ya sikisiki ke balulaka na kiteso ya 15-20% ya kuluta ya bandinga ya kamio to ya kukulumusa kilo ya kufwanana, yina ke salaka nde nswalu kubaluka na mobilité ya kura. Ba kompani ya ke salaka ba kamio ke monaka 400 Wh/kg bonso bandilu yina ke salaka nde ba kamio ya kura kutesana na kilo mpi na ntalu ti ba kamio ya ntama na bitini yonso ya zandu.

Kubakisa ngolo ya sikisiki mpi mambu yina yo ketendula kesadisaka ba enzeniere, bantu yina kesalaka bifwanisu, mpi bantu yina kesumbaka bima na kubaka badesizio ya mbote na yina metala mitindu ya kubumba ngolo. Yo vanda kupona chimie ya bateri sambu na kima mosi ya mpa, kutadila mambu yina bo ke tubaka nde yo kele ti bandilu ya kamio ya kura, to kubakisa sambu na nki bisadilu ya nkaka ke bikalaka na nganda ya ngolo ya bateri, ngolo ya siki-siki ke pesaka mambu ya mfunu. Na ntangu bansosa ke pusa metre yai na zulu, bisadilu yina vandaka ntete mpasi ke kumaka kusalama, mpi yo ke yedisaka kisalu ya kubumba ngolo ya kura na teknolozi ya bilumbu na beto.