Bushe Amaka Yaibela ni shani?

Amaka ayalinga yapima ubukulu bwa maka ayasungwa pa cipimo cimo ica bukulu bwa cintu nangu inshila. Ukulangishiwa mu ma joules pa kilogalamu umo umo (J/kg) nangu ama-awala ya watt pa kilogramu umo umo (Wh/kg), ici cipimo cipingula ubukulu bwa maka ayabomfiwa ayapeelwa, ukucilenga ukuba icacindama ku kulinganya amaka ya kusungilamo amaka no kwishiba amaka ya fintu.

Amaka ya pa lwakwe yalipusana nga nshi ukufuma ku bukulu bwa maka, nangula amashiwi ilingi line yalapumfyanishiwa. Nangu cakuti ubufuuke bwa maka bupima amaka pa cipimo cimo (Wh/L), amaka ayalinga yalabika fye amano ku bukulu. Uku kwaluka kwalicindama nga nshi mu mibombele umo ukukansana kwa bupiina kutungulula amapekanyo ya mipangilwe-ukufuma ku ndeke sha mu lwelele ukufika ku fipe fyakutwala ukufika ku matuuka ya malaiti.

Icisambililo ca fibumbwa pa numa ya maka yamo cisanshamo ubupalamano pakati ka maka ayasungwa no bukulu ubulekabilwa pakuti fibemo. Mu ma battery, ici cisanshamo amaka ukufuma ku mibombele ya kemikali iyakanishiwa ku bukulu bonse ubwa ma electrode, amafuta, ifiputulwa, ne fyakubikamo. Pa mafuta, cimininako ubupiina ubufumine mu nshita ya koca ukulingana no bukulu bwa mafuta.

Specific Energy

Amabatiri ya lithiamu yalalanga umulandu amaka ayalinga yacindama mu fyakupangapanga ifya nomba. Ama cell ya lithiamu aya nomba yafika ku maka ayalinga aya pa kati ka 250 270 Wh/kg, ukulenga amafoni ya ku minwe ukubomba pa maawala ayengi kabili amamotoka ya maka yapita amakilomita amakumi yabili. Ukulinganisha, amabatiri ya cifyalilwa aya lead-acid yapeela fye 30-50 Wh / kg, ukulondolola umulandu yapilibulwa sana mu fibombelo fya kutwala nangu ca kuti umutengo wa iko walicepa.

Ifyakupangapanga ifya nomba line filasuntinkanya iyi mipaka ukutali. Amabatiri ayakosa aya mu kukuula yalaya amaka ayacilapo pali 350 Wh/kg, lintu imibombele ya fimuti iya pa muulu iya lithiamu ukufuma ku makampani pamo nga Amprius yalangisha 400 Wh/kg mu kubomfya kwa ndeke ukwa pa lwakwe. Uku ukuwamya kwapilibula ukwabula ukupita mu mbali mu nshita itali iya kubomfya ifibombelo nangu ukulundako umusango wa motoka ukwabula ukulundako ubukata.

Amaka ya ma battery yashintilila pa fintu ifingi: ifibombelo fya ma electrode, imipangile ya maselo, no kupanga bwino. Ama cathode ayakwata nickel yalakulisha ukusunga kwa maka lelo yaleta amafya ayashintilila. Ama anode ya silikoni yapeela amaka ayakulisha ukucila aya cifyalilwa lelo yakwata ukukulilako kwa bukulu ilyo baleshaja. Cila kusalapo kwa mipangilwe kwimininako ukukansana pakati ka maka ayalinga na fimbi ifibombelo pamo nga ubumi bwa muputule, ubucingililo, no mutengo.

Amafuta ya fiko yasunga amaka ayakulisha ukucila amabatiri. Amafuta ya petroli yakwata amaka mupepi na 12,700 pa kilogalamu imo, lelo amafuta ya dizili yafika ku 13,000 pa kilogalamu imo. Ici cilondolola umulandu, nangula imyaka iingi iya kulunduluka kwa mabatiri, amafuta ya menshi yashala ayacilapo mu ndeke na mu fyakutwala ifya nshita itali apo ubukata bwacindama nga nshi.

Amafuta ya menshi yalanga umulandu uwakusekesha uwa maka ayalinga aya 33,300 Wh/kg -mupepi na miku itatu iya petroli. Na lyo line, ubufuuke bwa iko ubwacepa nga nshi bulafwaya ukukakatika kwakulisha - nangu ukufuuta kwa cryogenic, ukulundako ubufuuke bwa mibombele ubucefyako amaka ayabomfiwa nga nshi. Gasi wa cifyalilwa musango umo wine alikwata amaka ayakulisha pa cipimo cimo lelo alekabila inshila sha kusungilamo ishinono.

Mu fya kulya, amaka ya pa lwakwe eyapingula ubukulu bwa caloric. Amafuta yapeela mupepi na 38 kJ/g (9 Cal/g), ukucila pa miku ibili iya maproteini na ma carbohydrate pa 16(4 Cal/g cila umo). Ici cilondolola umulandu ifyakulya ifya mafuta ayengi -fikwata ama calories ayengi pali gram-amaka ya pa lwakwe aya fyakulya ifikulu eyacilapo ukupenda.

Amanshi ayasangwamo yalakuma sana amaka ya fyakulya pantu amenshi yalalundako ubukulu ukwabula ukusangwilako amaka. Imisalu iipya kuti yakwata fye 0.5 -1 kJ/g, lintu inseke shauma shacila pali 25 kJ/g, nangu ca kuti fyonse fibili fya kulya ifyafuma ku fimenwa.

Imipangile ya mamotoka ya malaiti ishinguluka ifipimo fya maka ifili fyonse. Iciputulwa ca batiri ica 75 kWh ukubomfya amaselo ayakwata 250 Wh/kg cilema amakilogalamu 300, ukuimikilila mupepi na 15-20% iya bupiina bwa motoka. Ukulundako amaka ya batiri ukufika kuli 350 Wh/kg kuti kwacefyako ici ukufika kuli 214 kg, ukusuminisha 86 kg ku maka ya bapita nelyo ukulundako.

Uku kucefyako ubukata kulakonkana ukupitila mu kupanga kwa motoka. Amamotoka ayapepuka yalekabila amaka ayanono aya kucincimusha no kukwela pa mpili, amamotoka ayanono, ne mibombele ya kucilikila iyacepa. Iciputulwa ca mamotoka cifwaya amaka ya mabatiri ayalinga aya 400 -500 Wh/kg ku kupanga amamotoka ya maka ayacilapo ukucimfyanya na mamotoka ya mafuta, ayafwaya fye ukusenda amafuta 50-60 kg aya musango umo wine.

Ndeke ne ndeke sha mu lwelele fyalikwata amaka ya maka ayakosa nga nshi. Cila kilogramu uwaimikwa ku kusendama kwa mu mulu ashita amakana ya madola mu mafuta, ukulenga amabatiri ya maka aya pa muulu ayacindama ku fipe fya mu lwelele na ku fipe fya mu lwelele. Aba NASA aba ku Mars babomfya ama cell ya lithium ayasalilwe mu kulungatika ku kusakanisha kwa maka yabo ayalinga no kucetekelwa mu kukaba ukwakulisha.

Ukutunguluka kwa ndeke sha maka kwashintilila pa kupanga amabatiri. Iciputulwa ca nomba ica lithiamu cilenga ukuti ama drone ayanono na mamotoka ayapita mu misumba ayapiipi, lelo indeke sha mu fitungu shilekabila amaka ayacilapo pali 500 Wh/kg pa kuti shibe bwino. Amakampani ayakonka indeke sha malaiti yalaceeceeta sana imipangile ya mabatiri, nga fintu ukuwamya kwa maka ukwacepa kulalenga ukuti indeke shibe ne mipangilwe ipya.

Abapanga ama foni ya mano balalinganisha amaka ayalinga ukulingana na fimbi pamo nga ukubutuka bwangu no kucingililwa. Ama foni ya nomba line yabomfya ama cell ayashinguluka 250270 Wh/kg, ukusuminisha ukubomba kwa nshiku shonse mu fibombelo ifilema ama gram 150-200. Ukulundako amaka ayalinga kulasuminisha ubumi bwa battery ubutali nangu ukucepa, imipangile iyapepuka-fyonse fibili ificindamikwa na bashita.

Amabatiri ya laptop yakwata amafya ayapalana lelo yalikwata ifya kubalilapo ifyapusana. Batiri wa laptop uwalinga alepima amagramu 300 ukufika kuli 400 kabili asungila ama Wh 50 ukufika kuli 100, ukubomfya ama cell ayakwata amaka ayapalana na mafoni lelo ayalungishiwa ku misango yalekanalekana iya kufumyapo ne mibele ya kupya.

Amaka ya pa lwabo na maka aya pa lwabo fimininako imilinganine ya mibombele iyapusana. Amaka ayalinga (W/kg) yapima ifyo inshila ingatwala amaka bwangu, lintu amaka ayalinga yapima amaka yonse ayo yasunga. Amabatiri ayalungishiwa ku maka ayakulisha ilingi line yalapeela amaka ayalinga, kabili efyo caba na ku maka ayalinga.

Amabatiri ya litiamu aya cimuti (LFP) yalangilila uku kukansana. Bapeela amaka ayacepeleko (120 Wh/kg) ukucila pa fyakubomfya ifya nickel lelo balapeela amaka ayakulisha no mweo usuma uwa muputule. Ifibombelo fya maka filabomfya ama cell aya maka nga nshi nangula filapeela inshita iinono iya kubomba, pantu ukutwala amaka ayalinga aya kubomfya kwa motoka kulacindamika ukucila amaka yonse.

Icilangililo ca Ragone cilangisha ubu bwampano mu cilangililo, ukulanga amaka ayalinga pa mushinku umo na maka ayalinga pali umbi. Amakemikali ya ma battery ayapusanapusana yakwata ififulo ifyapusanapusana, ukusokolola ukuti tapali ubuteko ubumo ubwacilapo pali fyonse fibili. Amapekanyo yafwile ukusala amabatiri ayalingana nefyo balefwaya-amaka yakalamba aya nshita itali, amaka yakalamba aya kuputuka kwa pa kashita akanono, nangu imipangile iyalinga iya kubomfya ukwasankanishiwa.

Amaka ayalinga yaimininako fye imibombele imo. Battery iyakwata amaka ayapusanako kuti yacula pa mulandu wa mweo uushalinga, amasakamiko ya bucingililo, umutengo uukalamba, nangu ukucepa kwa mucinshi. Amabatiri ya lithium aya sulfure yalalanga amaka yafulilako ayalinga (650 Wh/kg) lelo yakwata amafya aya kusungusha sulfure no mweo wa muputule uwacepa uulecingilila ukushita.

Imibombele ya kupanga ifintu ilakuma amaka ayabomfiwa. Amaka ya pa cipimo ca maselo-yacila pa cipimo ca pack{2}} pa mulandu wa kulundapo ubukulu ukufuma ku miputule ya kucingililamo, inshila sha kutonsha, ne fintu ifya mipangilwe. Iciputulwa ca nshita icafika kuli 270 Wh/kg kuti catwala fye 180200 Wh/kg pa mulingo wa cipe-ukwaluka ukwacindama ku bapanga inshila.

Ukutenta kulakuma sana ukutwala kwa maka. Imibele ya kutonta ilacefyako amaka ya mabatiri, ukucefyako bwino bwino amaka ilyo balefumya amabatiri. Amamotoka ya maka yakwata ukucepa kwa nshita mu nshita ya cipupu pa mulandu wa kuti amabatiri te kuti yapeele amaka yabo yonse pa nshita ya kukaba iyacepa.

Specific Energy

Ukufwailisha kulakonka ukuwamya kwa maka ukupitila mu nshila ishingi. Ifipe ifya pamulu ifya cathode nga litiamu nikel manganezi (NMC) ifyakwata nickel iikalamba filakulisha ukusunga kwa maka pa electrode iisuma. Amanode ayashintilila pa silikoni yasunga litiamu ukucila graphite, ukukosha amaka. Ukutunguluka konse kusuntinkanya amaka ya pa muulu ilyo abafwailisha balebomba pa kucimfya amafya ayapalana.

Amafuta ayakosa aya mutundu wa muntu yalaya ifisuma ifingi ukupitila mu kulenga ama anode ya cimuti aya lithium, ayapeela amaka ayakulisha ukucila graphite. Amakampani ayasanshamo amaka ya cipimo, amaka ya maka, na Samsung yakonkanyapo ukushita, ukubika amano ku maka ayalinga aya 400-500 Wh/kg. Ukutunguluka kuti kwalula amamotoka ya maka na ifibombelo fya maka ifyabomfiwa.

Amabatiri ya mupashi aya lithiamu yaleimininako inshita itali iya maka ayapalamina kuli 11,140 Wh/kg ukulingana na petroli. Nalyo line, ifishinka ifingi ifyakukansha ukubikapo no kukanakonka kwa fyakupangapanga, ukumfwa kwa kaboni daioksaidi, no mweo uunono uwa mishilwa ifilenga ukuti fibe fye mu fifulo fyakupiminamo. Amabatiri ya mupashi ayabomfiwa aya lithiamu yashala imyaka nangu amakumi ya myaka ukutali.

Pa kumfwikisha .ni shani fintu amabatiri ya litiamukabili umulandu bacingilila ukusunga kwa maka ukwa muno nshiku, amaka ayalungama yalapeela icasuko cacindama. Ukutunguluka kwa lithium mu myaka ya ba 1990 kwakulishe amaka ya battery ukufuma pali 120 Wh/kg mu maselo ya Sony aya kubalilapo ukufika kuli 270 Wh/kg mu mipangilwe ya nomba ukucila pa miku ibili mu myaka amakumi yatatu.

Imisango yalekanalekana iya ma battery ya lithium ilalanga imisango yalekanalekana iya maka ukulingana ne mipangilwe yabo. Ama cell ya lithium cobalt oxide (LCO) ayabomfiwa mu ma foni yafika pa maka ayakulisha lelo ayakwata ubumi ubunono kabili ayasakamikwa pa lwa kucingililwa. Iciputulwa ca lithium ica cimuti (LFP) cishita amaka ayalinga aya kucingililwa no mweo utali, ukucilenga ukutemwa ku mabasi ya malaiti no kusungilamo ifipe ifyaimikwa nangu cakuti amaka ayalinga ayacepa.

Ukusuntinkanya amaka ayakulisha ayalinga kulatungulula ukufwailisha kwa fintu. Ifibombelo fya cathode filalenga ubukata bwa maselo ukukula, kanshi ukupanga amaka ayapepuka, ayafulilako-akathode ayatuntulu kulawamya amaka ayalinga. Ukucefyako ifipe ifishabomba-ifyakulonganika ifya nomba, ifyakupaatulako, ifyakupaka-nafyo fyaafwa ukupitila mu kucefyako ubukulu ukwabula ukucefyako amaka yasungwa.

Amamotoka ya nomba line ayabomfya amalaiti yashintilila sana pa maka ya mabatiri ya lithium. Iciputulwa ca batiri ica EV icalinga cisunga amaka 50 ukufika kuli 100 ukubomfya ama cell ayakwata amaka ya pa lwakwe aya 250 ukufika kuli 270 Wh/kg. Ici cilenga amakilomita 200-400 ukupita ilyo mulesunga ubukata bwa batiri ubwalinga. Ilyo amaka ya pa lwakwe yalekulilako ukufika kuli 350-400 Wh/kg, nangu umutande ulakulilako ukulingana nelyo ubukata bwa battery bulacepa, ukuwamya imibombele ya motoka.

Ifibombelo fyakubomfya amalaiti nafyo fine fyashintilila pa maka ya batiri ya lithium. Amafoni ya ku minwe, ama laputopu, ama tablet, ne fya kufwala filabomfya ama cell ya litiamu nelyo aya litiamu mu kulungatika pantu amaka yabo ayakulisha yalesuminisha inshita ya kubomba iyalinga mu fibombelo ifinono kabili ifipepuka. Nga takuli ubusuma bwa maka ubwa lithium, ukubomfya kwa nomba line ukwa kompyuta tekuti kucitike.

Amaka ya pa lwakwe yapima amaka pa cipimo cimo ica bukulu (Wh/kg), lintu ubukulu bwa maka bupima amaka pa cipimo cimo ica bukulu (Wh/L). Amapekanyo apo ubukata bwacindama sana-nga indeke nangu imifuko-yabika pa ntanshi amaka ayalinga. Amapekanyo apo icifulo cacepa-nga ifibombelo fyakubomfya mu fifulo ifishintililwepo-ilingi line filabika pa ntanshi ubukulu bwa maka mucifulo ca iko.

Pa kati ka ma battery ya makwebo, ama cell ya lithium aya pa muulu ayakwata ama cathode ayasuma aya nickel pali ino nshita yafika pa maka ya pa muulu aya 250 Wh/kg. Amabatiri ya litiamu ayakosa aya kwesha yalangisha 400-500 Wh/kg mu mibele ya kufwailisha. Amabatiri ya mupashi wa lithiamu mu kupalako yafika kuli 11,140 Wh/kg lelo yashala ukutali ukufuma ku kubomfiwa kwa cine cine.

Petroli asunga amaka mu fibumba fya kemikali ififuma mu nshita ya koca no mwela wa oxygen uwa mu lwelele. Apo umwela wa mweo taupendelwe mu cipimo ca petroli, amaka ya iko ayalinga yalemoneka ukucilapo (12,700 Wh/kg). Amabatiri yafwile ukusenda fyonse fibili amafuta ne fyakulenga umulilo ukukosa, ukucefyako amaka yabo aya pa lwabo. Ubu bupusano ubukulu bulondolola umulandu amabatiri yalwisha ukulinganisha no kufina kwa maka ya mafuta.

Tacikabilwa. Amaka ayalinga yaimininako fye umusango umo uwa mibombele. Amabateri ayakwata amaka ayengi kuti yaba no mweo uushalinga, amafya ya bucingililo, umutengo uukalamba, nangu amaka ayacepa ayafumamo. Battery iisuma ilashintilila pafyo umuntu alefwaya-inshita shimo imipangile ya maka iyacepa ilabomba bwino pa mulandu wa mibele isuma mu fifulo fimbi.

Ukupima amaka ayalungama kufwaya inshila sha kwesha ishacenjela. Pa ma battery, amafunde ayalinga yasanshamo ukushaja umubili onse, lyena ukuufumya pa fipimo ifitantikwe ilyo balepima amaka ayapeelwa. Ukwakanya amaka yonse ayafumamo ukupitila mu bukulu bwa maselo kulapanga amaka ayalinga mu Wh/kg.

Amabuumba ayengi yalasunga ifipimo ifya mipimine ya maka iyaibela. Iciputulwa ca calo conse ica fyakupangapanga ifya maka (IEC) cipulinta inshila shakweshamo ukushininkisha ukuti ifintu fyalyaluka mu bapanga ifintu. Ifyasangwa kuti fyapusana ukulingana ne cipimo ca kufumyapo, ukutenta, ne nshila sha kwesha, kanshi ukulinganisha imitantikile ya maka iyalinga kufwaya ukwishiba imibele ya kwesha.

Imipikile ya mulingo wa maselo - yalipusana ukufuma ku mitengo ya mulingo wa cipe - nga nshi. Amabatiri yalikwata ifya kubomfya ifya kupangapanga, inshila sha kutonshamo, ne fipe fya kupangapanga ifilundako ubukata ukwabula ukusunga amaka. Ukubika-umusango wa maka ayalinga ilingi line yafika kuli 65{6}}75% iya mutengo wa musango wa maselo. Abapanga inshila balingile ukulondolola uku kucefyako ilyo balependa imibombele ya mibombele.

Specific Energy

Ukuwamya kwa maka ukwalinga kulakonka inshila iyaishibikwa iyashintilila pa fintu ifikankaala no kulunduluka kwa mipangilwe. Ukulundako kwakunonkelamo kulatwalilila ilyo abafwailisha balewamya imipangile ya electrode, ukucefyako ubukulu bwa fipe ifishabomba, no kuwamya imibombele ya kupanga. Amapekanyo ya nomba yalanga ukuti amaka ya lithiamu yakafika kuli 350-400 Wh/kg mu myaka ikumi iyakonkapo ukupitila mu kulunduluka kwa fyakupangapanga.

Ukupilibuka kwa kwalula ifintu kulafwaya amakemikali ayapya. Amabatiri ayakosa kuti yafika kuli 400 Wh/kg nga cakuti amafya ya mibombele yapwishiwa. Amabatiri ya litiamu na litiamu aya mupashi yalaya amaka yafulilako lelo yalikwata amafya yakalamba aya kukuula. Amabatiri ya sodium-ion yalapeela umutengo uucepeleko pa mulandu wa maka ayalinga, ukubika amano ku kubomfya uko ubukata bwacindama ubunono ukucila pa fya makwebo.

Ukukuma kwa maka ayakulisha ayalungama kulacila pa kubomfya kwaishibikwa. Ukusunga kwa maka ukwa pa grid- kwaba ukwalinga nga cakuti amaka ya battery yaleya yalewama kabili imitengo yalecepa. Ifibombelo fya fya miti ifya kutwala filabomba inshita itali pakati ka malipilo. Ifibombelo fya maka filapepuka ukwabula ukuonaula inshita ya kubomba. Ukuwamya konse ukwakulilako mu maka ayalinga kulalenga ukuti kube ifintu ifipya mu mafakitare ayengi.

Pa fyakutwala ifya maka maka maka, ukuwamya kwa maka ukwalinga kulatungulula ukubomfya ukupitila mu kucefyako ubukata no mutengo wa ma battery ukulingana na mafuta ya fossil. Cila 50 Wh / kg ukulundako mu maka ya pa lwakwe kwapilibula mupepi na 15-20% ukucila pa misango ya motoka nelyo ukucefyako ubukata bwalinga, ukubutukisha ukupilibukila ku kusendama kwa maka. Iciputulwa ca mamotoka cimona 400 Wh/kg nge cipimo icilenga amamotoka ya maka ukucimfyanya pa bupiina no mutengo na mamotoka ya lyonse mu fiputulwa fyonse ifya mishi.

Ukwishiba amaka ayalinga nefyo yapilibula kulaafwa ba injiniya, abakupanga, na bashita ukusalapo bwino pa lwa mibombele ya kusungilamo amaka. Nangu ukusala imipangile ya batiri ku cipe icipya, ukupima imisango ya motoka sha maka, nangu ukwishiba umulandu amapekanyo yamo yashala ukucila pa maka ya batiri, amaka ayalinga yalapeela ifyacindama. Ilyo ukufwailisha kwasuntinkanya iyi metric ukuya pamulu, ukubomfya ukwashingacitika kale kwaba ukwalinga, ukusansamusha umulimo wa kusungilamo amaka ya malaiti mu fyakupangapanga ifya nomba.