بحران لیتیوم: جایگزین‌ها چیست؟

[وینجت]

من تلاش خود را می کنم تا خلاصه ای از یک مقاله آمریکایی در مورد جایگزین های بحران لیتیوم را بنویسم و ​​با شما به اشتراک بگذارم. من هنوز از دیدن همه منابع ممکن شگفت زده هستم ... اما به چه قیمتی؟

در عصر برق‌سازی، باتری‌های قابل شارژ یک امر مسلم به نظر می‌رسند. چه تلفن، لپ تاپ، دوربین و یا تکنولوژی هدایت استخوان (یک کشف شگفت انگیز در دنیای صوتی!)، این طبل ها یک چیز مشترک دارند. همه آنها از لیتیوم ساخته شده اند. باتری های لیتیوم یون (Li-ion) در سال های اخیر طوفانی جهان را به خود اختصاص داده اند. آنها امروزه محبوب ترین گزینه ذخیره سازی باتری هستند و بیش از 90 درصد از بازار جهانی شبکه برق را در دست دارند. و انرژی را برای مدت طولانی ذخیره می کنند.

اما امروزه قابل توجه ترین کاربرد آنها در خودروهای برقی است.

در طول دهه گذشته، انفجار در تولید باتری‌های لیتیوم یونی قیمت‌ها را تا 85 درصد کاهش داده است، و برای اولین بار در تاریخ، خودروهای برقی از نظر تجاری قابل دوام هستند. اما لیتیوم دوستدار محیط زیست ترین عنصر شیمیایی نیست که بتوانیم از آن استفاده کنیم. در آمریکای جنوبی، ذخایر عظیم لیتیوم آب را با گالن مصرف می کند و باعث درگیری های ویرانگر بین جمعیت های محلی می شود. برای تولید یک تن لیتیوم به ۲.۲ میلیون لیتر آب نیاز است.

استخراج لیتیوم همچنین به خاک آسیب می رساند و می تواند منجر به آلودگی هوا شود.

بسیاری به این نکته اشاره می‌کنند که باتری‌های لیتیوم را می‌توان بازیافت کرد، که قطعاً یک مزیت است زیرا می‌توان آنها را بارها و بارها بدون نیاز به استخراج در هر بار استفاده مجدد کرد.

اما این روش هنوز به طور جهانی ایجاد نشده است و بازیافت باتری در سال های اخیر پیشرفت کمی داشته است. اگر می‌خواهیم به باتری‌های لیتیومی تکیه کنیم، وضعیت باید بهبود یابد. همانطور که ماریو پاگلیارو در یک مطالعه اخیر بیان کرد، "استفاده مجدد و بازیافت باتری های لیتیومی دیگر یک گزینه نیست، بلکه یک نیاز اجتناب ناپذیر برای تولید کنندگان باتری و خودروهای برقی است."

در این بین، بسیاری به دنبال جایگزینی هستند. به خصوص که هیچ تضمینی وجود ندارد که بتوانیم مواد خام کافی برای پاسخگویی به تقاضا پیدا کنیم.

به جای لیتیوم در باتری ها از چه چیزی استفاده کنیم؟

نمک نمک، یا سدیم، یک پسر عموی شیمیایی نزدیک لیتیوم است. اگرچه این یک مورد بسیار مشابه است، اما تأثیر یکسانی بر محیط زیست ندارد، به این معنی که می تواند گزینه مناسبی برای جایگزینی باشد. راه حل می تواند باتری های یون سدیم باشد. فناوری یون سدیم هیچ منابع کمیاب را مصرف نمی کند - و تولید آن به نمک های لیتیوم کمیاب نیاز ندارد - نمک سفره ساده کافی است. توسط منفی، سدیم 3 برابر سنگین تر از لیتیوم است! این بدان معناست که باتری های سدیم یون نیز بسیار سنگین تر هستند. باتری های سدیم نیز می توانند قدرت کمتری داشته باشند زیرا ولتاژ سلولی آنها کمتر است.

آب دریا اگر باتری های نمکی وجود دارد، چرا از آب دریا استفاده نکنید؟ تیمی از مؤسسه فناوری در آلمان نمونه اولیه باتری مبتنی بر آب دریا را توسعه داده اند.اقیانوس های ما تقریباً حاوی بیش از 180 میلیارد تن لیتیوم هستند. اما از آنجایی که رقیق شده است، محققان در حال طراحی فیلترهای زیادی هستند تا سعی کنند به طور انتخابی آب دریا را از لیتیوم استخراج کنند تا از آن به خوبی استفاده کنند.


سیلیکون بسیاری از دانشمندان سیلیکون را یک عنصر ضروری می دانند که می تواند باتری ها را تغییر دهد. جایگزین لیتیوم نمی شود، اما به باتری های لیتیومی اضافه می شود - به این معنی که در دراز مدت ارزان تر و کارآمدتر خواهند بود. در حال حاضر، باتری های لیتیوم یونی از گرافیت به عنوان یک جزء کلیدی استفاده می کنند. FYI، گرافیت از لایه های ریز و انبوهی از کربن تشکیل شده است که خودشان روی هم قرار گرفته اند. و در باتری‌های لیتیوم یونی سنتی، یون‌های لیتیوم می‌توانند از میان این شکاف‌ها بین لایه‌ها بلغزند و باعث تلفات شوند. جایگزینی گرافیت با سیلیکون می‌تواند منجر به باتری‌های سبک‌تر و ایمن‌تر شود.


منیزیم منیزیم در حال حاضر به عنوان یکی از اجزای بالقوه قدرتمند باتری های آینده در حال تحقیق است. این عنصری است که می تواند بار بزرگ +2 را حمل کند، بیشتر از لیتیوم و سدیم. طبق یک مطالعه، باتری های ساخته شده از منیزیم فلزی می توانند چگالی انرژی بالاتر، پایداری بیشتر و هزینه کمتری نسبت به سلول های لیتیوم یون فعلی داشته باشند.منیزیم مزیت دیگری نیز دارد. هر اتم منیزیم در طول فاز تخلیه باتری دو الکترون آزاد می کند، در حالی که لیتیوم یک الکترون دارد. این به آن توانایی تولید تقریبا دو برابر انرژی الکتریکی را می دهد.

کنف این گیاه و فیبر پایدار که در پوشاک، مصالح ساختمانی، غذا و حتی قطعات خودرو استفاده می‌شود، می‌تواند به یکی از اجزای کلیدی باتری‌های خودروهای الکتریکی ارزان‌تر، ایمن‌تر و کم ضررتر برای محیط زیست تبدیل شود.

آهن آهن شاید می تواند جایگزینی عالی برای لیتیوم باشد. اعتقاد بر این است که این عنصر شیمیایی "پتانسیل کاهش اکسیداسیون" یا "پتانسیل کاهش" بهتری در اصطلاحات علمی دارد (به این سرعت کارایی خود را از دست نمی دهد).
در سپتامبر سال گذشته توسط بلومبرگ منتشر شد. این در مورد یک شرکت انرژی پاک در اورگان ایالات متحده است که رکورد خرید باتری بر اساس "شیمی آهن" را انجام می دهد. اینها ظاهراً می توانند انرژی تجدیدپذیر را برای مدت طولانی تری ذخیره کنند و می توانند "به غلبه بر برخی از مشکلات قابلیت اطمینان که باعث خاموشی در کالیفرنیا و ثبت قیمت انرژی در اروپا شده اند کمک کنند."
تنها محدودیت باتری های شار آهن این است که بسیار بزرگتر از باتری های لیتیومی هستند. این بدان معنی است که آنها را نمی توان در تلفن های هوشمند، لپ تاپ یا حتی وسایل نقلیه الکتریکی استفاده کرد، اما می تواند یک گزینه عملی برای ذخیره سازی شبکه باشد.

[Exnihiloest]

 
فرضیه‌هایی درباره جایگزین‌ها، به‌ویژه زمانی که با بررسی‌های تحسین‌آمیز همراه با موج آزمایش لیتیوم ارائه می‌شوند، باید مراقب بود. سلول‌ها و باتری‌ها در حال حاضر بازیافت می‌شوند، بنابراین آلودگی خاک توسط لیتیوم، به جز بحث استخراج آن در معادن، بحثی مغالطه‌آمیز است، اما در اینجا مسئله اراده سیاسی برای ایجاد پروتکل ایمنی، مانند صنعت هسته‌ای، مطرح است.

جایگزین ها موضوع تعداد قابل توجهی از مطالعات هستند، اما بین تئوری و بازاریابی، شکاف وجود دارد. 15 سال است که آنها را می بینم، ایده هایی نویدبخش که به ما می گویند، که بعد از آن هیچ چیز مشخصی حاصل نمی شود. اگر جایگزین ها در خدمت نیستند، به این دلیل است که دارای معایبی برتر از لیتیوم هستند، مانند چگالی انرژی ناکافی، اما همچنین تخریب در طول زمان، تعداد و زمان پر کردن مجدد، خطرات مختلف. این بدان معنا نیست که یک فلز مانند منیزیم معتبر نیست، اما در حال حاضر، ما نمی دانیم چگونه آن را انجام دهیم.
به عنوان مثال، در پاسخ به این سوال که «اگر باتری‌های نمکی وجود دارند، چرا از آب دریا استفاده نکنیم؟»، این کار به‌ویژه در زمینه سلول‌های سوختی انجام شده است. و البته اتفاقی که باید می افتاد افتاد: رسوب غشاها، زیرا آب دریا فقط آب نمک نیست، پر از میکروارگانیسم ها و ذرات معلق است. و اگر باید قبل از استفاده آب دریا را تصفیه کنید، سلام به هزینه انرژی.

جایگزین‌ها قطعاً خواهند آمد، لیتیوم نیز یک مزیت بزرگ نسبت به کادمیوم قبل از آن بود، نیازی به ادعای آنها نیست، همه بازیکنان در این زمینه از مشکل آگاه هستند و در حال انجام تحقیقات هستند. با در نظر گرفتن چشم اندازهای شادابی که یک نوآوری معتبر نشان می دهد، اگر هیچ یک از آنها ارائه نشود، به این معنی است که موفق نشده اند. عموم مردم در مواجهه با واقعیت مهندسی متوجه مشکلات نمی شوند. برخی حتی تا آنجا پیش می‌روند که تئوری‌های توطئه را تصور می‌کنند تا توضیح دهند که ما تغییر فناوری نمی‌خواهیم در حالی که در واقع نمی‌دانیم چگونه. اینها قطعاً هیچ وقت از نظر نوآوری دست خود را کثیف نکرده اند.

PS - برای اشاره به هدایت استخوان، من تجهیزات آن را دارم، آزمایش کردم. در مورد باتری‌های نوآورانه، واقعیت کمتر از آنچه گفته می‌شود، نیست. اگر می تواند برای یک مکالمه تلفنی مناسب باشد یا برای ورزشکاری که در فعالیت خود به موسیقی گوش می دهد که برخلاف نیاز به شنیدن صدای محیط، کیفیت مورد نیاز آن عالی نیست، از طرف دیگر هدفون های خوب بسیار کمتری هستند. حساس به موقعیت، به سفت شدن، طیف فرکانس به این موقعیت بستگی دارد، به ویژه تریبل به راحتی خفه می شود، یا برای کسانی که گوش های حساس دارند نشتی هایی شنیده می شود.

[وینجت]

 
فرضیه‌هایی درباره جایگزین‌ها، به‌ویژه زمانی که با بررسی‌های تحسین‌آمیز همراه با موج آزمایش لیتیوم ارائه می‌شوند، باید مراقب بود. سلول‌ها و باتری‌ها در حال حاضر بازیافت می‌شوند، بنابراین آلودگی خاک توسط لیتیوم، به جز بحث استخراج آن در معادن، بحثی مغالطه‌آمیز است، اما در اینجا مسئله اراده سیاسی برای ایجاد پروتکل ایمنی، مانند صنعت هسته‌ای، مطرح است.

جایگزین ها موضوع تعداد قابل توجهی از مطالعات هستند، اما بین تئوری و بازاریابی، شکاف وجود دارد. 15 سال است که آنها را می بینم، ایده هایی نویدبخش که به ما می گویند، که بعد از آن هیچ چیز مشخصی حاصل نمی شود. اگر جایگزین ها در خدمت نیستند، به این دلیل است که دارای معایبی برتر از لیتیوم هستند، مانند چگالی انرژی ناکافی، اما همچنین تخریب در طول زمان، تعداد و زمان پر کردن مجدد، خطرات مختلف. این بدان معنا نیست که یک فلز مانند منیزیم معتبر نیست، اما در حال حاضر، ما نمی دانیم چگونه آن را انجام دهیم.
به عنوان مثال، در پاسخ به این سوال که «اگر باتری‌های نمکی وجود دارند، چرا از آب دریا استفاده نکنیم؟»، این کار به‌ویژه در زمینه سلول‌های سوختی انجام شده است. و البته اتفاقی که باید می افتاد افتاد: رسوب غشاها، زیرا آب دریا فقط آب نمک نیست، پر از میکروارگانیسم ها و ذرات معلق است. و اگر باید قبل از استفاده آب دریا را تصفیه کنید، سلام به هزینه انرژی.

جایگزین‌ها قطعاً خواهند آمد، لیتیوم نیز یک مزیت بزرگ نسبت به کادمیوم قبل از آن بود، نیازی به ادعای آنها نیست، همه بازیکنان در این زمینه از مشکل آگاه هستند و در حال انجام تحقیقات هستند. با در نظر گرفتن چشم اندازهای شادابی که یک نوآوری معتبر نشان می دهد، اگر هیچ یک از آنها ارائه نشود، به این معنی است که موفق نشده اند. عموم مردم در مواجهه با واقعیت مهندسی متوجه مشکلات نمی شوند. برخی حتی تا آنجا پیش می‌روند که تئوری‌های توطئه را تصور می‌کنند تا توضیح دهند که ما تغییر فناوری نمی‌خواهیم در حالی که در واقع نمی‌دانیم چگونه. اینها قطعاً هیچ وقت از نظر نوآوری دست خود را کثیف نکرده اند.

PS - برای اشاره به هدایت استخوان، من تجهیزات آن را دارم، آزمایش کردم. در مورد باتری‌های نوآورانه، واقعیت کمتر از آنچه گفته می‌شود، نیست. اگر می تواند برای یک مکالمه تلفنی مناسب باشد یا برای ورزشکاری که در فعالیت خود به موسیقی گوش می دهد که برخلاف نیاز به شنیدن صدای محیط، کیفیت مورد نیاز آن عالی نیست، از طرف دیگر هدفون های خوب بسیار کمتری هستند. حساس به موقعیت، به سفت شدن، طیف فرکانس به این موقعیت بستگی دارد، به ویژه تریبل به راحتی خفه می شود، یا برای کسانی که گوش های حساس دارند نشتی هایی شنیده می شود.

از شما برای این بازخورد آموزنده بسیار متشکرم! من نمی توانم با شما مخالفت کنم، احساس می کنم شما در این زمینه بسیار بیشتر از من تجربه دارید. قصد من از نوشتن این مقاله به هیچ وجه این نبود که این گزینه ها را به عنوان راه حل "The" برجسته کنم. با تجربه خود، کدام منبع(ها) را بیشتر به آخرین اکتشافات اعتقاد دارید؟ من اساساً اینجا هستم تا خودم را آموزش دهم در مورد هدایت استخوانی؛ بله، من دیده بودم که واقعاً دستگاهی نیست که از نظر کیفیت صدا "از هم جدا" شود ... اما مادرم که 10 سال است از وزوز گوش رنج می برد بسیار سپاسگزار این ابزار کوچک است!