¿Por qué no hay revoluciones en la tecnología de batería?

Porque una batería química basada en una reacción simple de oxidación / reducción es el almacenamiento de energía eléctrica reversible más eficiente, lo que significa sumar y restar un electrón de un átomo. Solo hay 90 elementos naturales, por lo que es fácil enfocarse en el metal más ligero con el mayor potencial redox, el litio. Cualquier otro elemento pesará más y entregará menos voltaje. Esta es la “revolución” de la batería.

Las baterías de plomo-ácido y carbono-zinc gobernaron durante más de 50 años, y la primera sigue siendo el estándar para el arranque del motor. Trabajé en el primer producto electrónico de consumo con una batería recargable en 1972, el Bowmar Brain. Estas calculadoras de bolsillo tenían tres celdas AA de níquel-cadmio, que proliferaron desde entonces pero son pesadas, tóxicas y dependientes de metales estratégicos. Las tecnologías de baterías provisionales fueron celdas de gel de ácido de plomo (desarrolladas para baterías de motocicletas a fines de los años 70) y níquel-metal-hidruro, desarrolladas para computadoras portátiles, que era solo un poco mejor que las NiCads.

Ahora estamos refinando la tecnología de iones de litio, y literalmente no hay ningún lugar más alto en la tabla periódica. En su vida, puede ver baterías con una vida útil de tres a cinco veces mayor y la escala de fabricación puede reducir el costo en un factor de tres, pero eso será el final, como por ejemplo la evolución del mercado de las bombillas incandescentes.

La realidad es que la revolución del transistor fue la singularidad. El procesamiento electrónico de la información avanzó de manera constante, duplicando cada 18 meses en velocidad y densidad, y disminuyendo simultáneamente a la mitad en tamaño, peso, consumo de energía y precio durante 50 años para un cambio de mercado de 10 MIL MILLONES A UNO sin precedentes e irrepetible en todos los parámetros. Ahora puede comprar 300 mil millones de transistores por $ 10, el precio de un solo transistor a principios de los años 60.

Nunca veremos que esto vuelva a suceder porque la información es el único producto que no tiene masa, tamaño o energía inherentes. Todos los demás productos tienen límites físicos, de modo que un millón a uno es un unicornio, y 10 millones a uno NUNCA.

Esto tiene profundas implicaciones para la energía renovable, que es predominantemente intermitente, disponible menos del 50% del tiempo. Necesitamos aprender a usar energía mientras el sol está brillando.

Hay un video de YouTube con el título “¿Las baterías alimentarán el mundo? Los límites del ion litio ”Por minuto de física. Ese video respondería esta pregunta. En resumen, se ha identificado una batería con el peso más ligero y la mayor densidad de potencia. El gran problema es fabricarlo de manera segura y usarlo de manera segura.

Aquí está el enlace al video.

¿Qué es una batería? Es un dispositivo que puede producir energía a una velocidad suficiente para ser útil, y ese proceso debe ser reversible. La electricidad no es realmente algo que se pueda almacenar en grandes cantidades, por lo que convertimos la mayor parte en energía química potencial.

Una revolución sería una batería que almacena mucha más energía (en una sustancia química) que las baterías anteriores, o que puede entregar la energía más rápido o ambas.

Este ya ha sido uno. Se llama la pila de combustible de hidrógeno.

El cargador simplemente invierte el proceso de la pila de combustible (es decir, electrólisis)

Una nueva técnica para desarrollar películas de nanopartículas de titanato de bario en una matriz polimérica podría permitir la fabricación de condensadores mejorados capaces de reservar el doble de energía que los dispositivos convencionales. Los condensadores mejorados pueden usarse en dispositivos de consumo como teléfonos celulares y en aplicaciones de defensa que necesitan un alto almacenamiento de energía y una descarga de corriente más rápida.

Debido a sus altas propiedades dieléctricas, el titanato de bario ha sido durante mucho tiempo una elección para su uso en condensadores, pero muy recientemente los científicos no han podido producir la buena dispersión del material dentro de una matriz polimérica. Al usar ácidos fosfónicos orgánicos personalizados para encapsular y, por lo tanto, modificar la superficie de las nanopartículas, los investigadores pudieron superar el problema para desarrollar nanocompuestos uniformes.

Lea más en: Una tecnología innovadora de baterías

No estaría de acuerdo … es solo que la mayoría de las revoluciones en la tecnología de la batería no han sido lo suficientemente llamativas como para ser noticia.

Las baterías se han vuelto continuamente más eficientes … y creo que sería justo contar las baterías NimH y las baterías LiIon como “revolucionarias” en comparación con sus antepasados. Las baterías NimH son significativamente mejores que las de plomo / ácido, y las baterías LiIon son aún mejores (en muchos sentidos). Las baterías modernas de LiIon son mucho mejores que las generaciones anteriores, tienen más potencia y las formulaciones más nuevas también son más seguras. Incluso en términos de baterías desechables pequeñas, las baterías alcalinas eran mucho mejores que las antiguas de zinc / carbono, y los nuevos desechables de litio son mucho mejores que ellos, y muchas personas considerarían la idea misma de una batería de linterna recargable como “revolucionaria”.

Si un auto nuevo tuviera el doble de millaje que los modelos anteriores, sería aclamado como “revolucionario”; sin embargo, aunque esto ha sucedido muchas veces en los últimos años con baterías, la gente simplemente parece no estar dispuesta a aplicar la etiqueta de “Revolucionario” a los avances recientes. Supongo que todo es cuestión de perspectiva.

Depende de cómo llamar a una “revolución”. Hace 20 años, las baterías ácidas o nicd eran las mejores, la mayoría de las personas podían usarlas. Tenían poca capacidad, efecto de memoria y proporcionaban corrientes no muy grandes.

Las baterías de litio modernas no tienen efecto de memoria, pueden cargarse y descargarse rápidamente usando corriente de 0.5–1C y pueden proporcionar corriente continua de 100 amperios y más (para baterías grandes). Las baterías de titanato de litio incluso pueden proporcionar más de 10000 ciclos, por lo que pueden usarse en un automóvil durante más de 20 años. El automóvil, como Tesla, se puede cargar en una estación Supercharger en 2 horas, utilizando aproximadamente 200A de corriente, y por cierto es gratis para un usuario. ¿Crees que no es una revolución?

Existe un límite estricto sobre la cantidad de energía que se puede almacenar con medios químicos. Aproximadamente, el límite es la energía química que un electrón puede haber dividido por la masa de un átomo. Un tanque de gasolina está muy cerca de este límite, y las baterías actuales a base de litio no están tan lejos. No lo suficientemente lejos para una verdadera revolución.

Para una verdadera revolución, tenemos que mirar a la energía nuclear, como en los reactores, los generadores térmicos de isótopos y las baterías betavolt. Muchos problemas desagradables, pero existe el potencial para una verdadera revolución.

Actualmente estamos en una revolución de la batería. El desarrollo de la batería estuvo estancado durante la mayor parte de los últimos 2 siglos. El cambio ocurrió cuando salieron al mercado las primeras computadoras portátiles operables con batería. Estas computadoras portátiles crearon la necesidad de baterías mucho mejores. Unos años más tarde, los teléfonos celulares se volvieron comunes y crearon una gran demanda de mejora de la batería. Desde que Alessandro Volta desarrolló la primera batería eléctrica en 1800, el ritmo de desarrollo de la batería fue glacial hasta que ocurrieron los mercados de computadoras portátiles y teléfonos celulares.

La mayor parte de la investigación en baterías ha tenido lugar en los últimos 25 años. En comparación con el desarrollo de la batería en los 2 siglos anteriores, el último cuarto de siglo ha visto una revolución en el desarrollo de la batería. Continuamos viendo el desarrollo de la batería y deberíamos esperar ver mejoras importantes en las baterías en las próximas décadas.

Puede que la revolución esté a la vuelta de la esquina. Mira esto

Elon Musk dice que Tesla está construyendo el sistema de baterías más grande del mundo en 100 días, o es gratis

Tesla construirá esta pieza gigante en solo 100 días en el sur de Australia y podría abastecer 30,000 hogares. Este es el proyecto de energía de batería más grande del mundo por un amplio margen.

Esta noticia terminó el 6 de julio de 2017, por lo que, como mencioné, es posible que sea testigo en unos días. Puedes contar con Elon para las revoluciones … ten paciencia.

Su pregunta sería mejor redactada “¿No hay revoluciones en la tecnología de la batería?” Solo digo esto porque un artículo interesante terminó en mi bandeja de entrada hace aproximadamente una semana … tengan una semana burbujeante para todos 🙂

Investigadores de baterías superan obstáculos de recarga, impulsan tecnología de zinc-aire – Canadian Manufacturing

Las revoluciones en la tecnología de la batería están sucediendo todo el tiempo. Algunos de ellos son grandes, como la invención original de la batería de iones de litio por los científicos de Exxon en la década de 1970 (después de lo cual la compañía la enterró porque se dieron cuenta de que sería una amenaza para su negocio petroquímico). Algunos de ellos son pequeños, como nuevos formulaciones químicas diseñadas para permitir más ciclos de carga / agotamiento, o para ser más térmicamente estables. Mira el nuevo formato 2170 inventado por Tesla y Panasonic.

Inercia industrial. Eche un vistazo a Prieto Battery, tienen un diseño funcional para un ánodo 3D que podría afectar a la industria para muchas aplicaciones. Ya veremos qué sucede.

La investigación y la tecnología de Graphene también podrían tener un gran impacto si las compañías de energía móvil heredadas pudieran y quisieran adoptarlas en sus productos.

Una respuesta que nadie dio: especialmente para uso automotriz, las industrias petroleras están en contra de su desarrollo. Y el tipo de baterías utilizadas por Tesla están adaptadas de las que se usan para dispositivos electrónicos (el teléfono celular y la computadora portátil impulsaron estos desarrollos) Si desea conocer más los trucos sucios utilizados contra el desarrollo de mejores baterías para híbridos de autos eléctricos completos, vaya en internet leí la historia de Ovonic y su desarrollo de baterías de litio (hace 20 años conduje un Prius equipado con sus prototipos), la declaración de Stanford R. Ovshinsky (su fundador) sobre la asociación con Chevron para producirlos y el documental “¿Quién mató al coche eléctrico?”, Que habla, entre otros temas, también de las baterías.

Si lo piensa, toda la naturaleza es un sistema de distribución de energía … desde las plantas y el plancton de células individuales que convierten la energía en materia orgánica, hasta otros animales que la comen, migran, y así sucesivamente en la cadena alimentaria. La naturaleza también recicla minerales traza y materia orgánica de vuelta al ecosistema para que el sistema pueda seguir funcionando durante miles de millones de años. Ese es un sistema de distribución de energía realmente eficiente. La carne es sus baterías. Su eficiencia viene de las reacciones químicas a nanoescala usando moléculas orgánicas que pueden almacenar y transmitir una unidad de carga a la vez.

Por el contrario, en las baterías químicas tenemos piezas cuadradas delgadas de plomo en ácido de batería o varillas de carbón delgadas en un cilindro de zinc con una pasta húmeda dentro. Las dimensiones de los componentes de la celda son de varios mm cada una, lo suficientemente grandes como para manejarlas.

Elegir diferentes materiales le proporciona células un poco mejores … hacer que sean recargables también ayuda. Pero al final, el único camino real hacia la mejora es básicamente intentar copiar la vida y construir dispositivos a nanoescala que almacenen energía en configuraciones moleculares y la liberen bajo demanda en forma de electricidad.

O seguir el ejemplo de la vida misma y ejecutar nuestros dispositivos electrónicos con azúcar.

Hubo una revolución impresionante muy reciente en este campo. Los australianos anunciaron en el otoño de 2017 que habían construido una batería de red . Esta es una construcción que contiene grandes cantidades de energía eléctrica sin recargar. Retiene, luego libera lentamente, suficiente corriente para varios cientos de hogares, durante aproximadamente un día.

El anuncio fue fugaz, y no se jugó en las noticias nacionales. Solo piense en las implicaciones de esto, si se puede replicar a mayor escala. Podría ser el mayor beneficio para la energía solar y eólica desde la administración Reagan.

Los supercondensadores son nuevos, aunque algunas personas no los clasificarían como baterías.

Tal vez hay …

Este avance de la batería podría cambiarlo todo | Backchannel

Solo voy a estacionar esto aquí:

La nueva química de batería de estado sólido con electrolito de vidrio ofrece 3 veces la capacidad – ExtremeTech