Industria Albisteak

Zientzia sinplea: Zer dira bateriak eta nola funtzionatzen dute?

2021-08-10

GAIAK:
Bateria, teknologia, DOE, energia, Li ion bateriak
AEBetako ENERGIA SAILAREN eskutik 2021eko MAIATZAREN 9an



Bateriek eta antzeko gailuek elektrizitatea onartu, gorde eta askatzen dute eskariaren arabera. Bateriek kimika erabiltzen dute, potentzial kimiko moduan, energia metatzeko, eguneroko beste energia iturri askoren antzera. Adibidez, erregistroek energia lotura kimikoetan gordetzen dute, erretzeak energia bero bihurtzen duen arte.

Gasolinak energia potentzial kimikoa gordetzen du autoaren motorreko energia mekanikoa bihurtu arte. Era berean, bateriek funtziona dezaten, elektrizitatea potentzial kimiko bihurtu behar da erraz biltegiratu ahal izateko.

Pilak katodo eta anodo izeneko bi terminal elektrikoz osatuta daude, elektrolito izeneko material kimiko batez bereizita. Energia onartu eta askatzeko, bateria kanpoko zirkuitu batera lotzen da. Elektroiak zirkuituan zehar mugitzen dira, eta aldi berean ioiak (karga elektrikoa duten atomoak edo molekulak) elektrolitoan zehar mugitzen dira.

Bateria kargagarri batean, elektroiek eta ioiek noranzko biak mugi ditzakete zirkuituan eta elektrolitoan zehar. Elektroiak katodotik anodora mugitzen direnean, energia potentzial kimikoa handitzen dute, horrela bateria kargatuz; beste norabidea mugitzen dutenean, energia potentzial kimiko hori elektrizitate bihurtzen dute zirkuituan eta bateria deskargatzen dute. Kargatzean edo deskargatzean, kontrako kargatutako ioiak bateriaren barruan mugitzen dira elektrolitoaren bidez, kanpoko zirkuituan zehar mugitzen diren elektroien karga orekatzeko eta kargatzeko sistema iraunkorra sortzeko. Kargatu ondoren, bateria zirkuitutik deskonektatu ahal izango da energia potentzial kimikoa gordetzeko, gero elektrizitate gisa erabiltzeko.

Pilak 1800. urtean asmatu ziren, baina haien prozesu kimikoak konplexuak dira. Zientzialariek tresna berriak erabiltzen ari dira baterien prozesu elektriko eta kimikoak hobeto ulertzeko, energia elektrikoaren biltegiratze eraginkorreko belaunaldi berri bat sortzeko. Adibidez, baterietan anodoak, katodoak eta elektrolitoak hobetzeko materialak garatzen ari dira. Zientzialariek bateria kargagarrien prozesuak aztertzen dituzte, bateria kargatu eta deskargatu ahala ez baitira guztiz alderantzikatzen. Denborarekin, erabateko alderantzikapenik ez izateak bateriaren materialen kimika eta egitura alda ditzake, eta horrek bateriaren errendimendua eta segurtasuna murriztu ditzake.

Energia elektrikoa biltegiratzeko datuak
. 2019ko Kimikako Nobel Saria John B. Goodenough-ek, M. Stanley Whittingham-ek eta Akira Yoshino-k batera eman zioten "litio-ioizko bateriak garatzeagatik".
. JCESR-eko Elektrolitoen Genomak datu base konputazional bat sortu du, 26.000 molekula baino gehiago dituena, bateria berri eta aurreratuen funtsezko elektrolitoen propietateak kalkulatzeko erabil daitezkeena.

DOE Zientzia eta Energia Elektrikoa Biltegiratzeko Bulegoa
DOE Zientzia Bulegoak, Oinarrizko Energiaren Zientzien Bulegoak (BES) lagundutako ikerketek hobekuntza nabarmenak eman dituzte energia elektrikoaren biltegian. Baina oraindik urrun gaude hurrengo belaunaldiko energia biltegiratzeko irtenbide integraletatik urrun gaude, bateria batek zenbat energia gorde dezakeen nabarmen hobetu dezaketen material berriak erabiliz. Biltegiratze hau funtsezkoa da energia berriztagarriak gure elektrizitate hornikuntzan integratzeko. Bateriaren teknologia hobetzea ezinbestekoa delako ibilgailu elektriko konektagarriak modu zabalean erabiltzeko, biltegiratzea ere funtsezkoa da garraiorako petrolioaren menpekotasuna murrizteko.

BESek zientzialari indibidualen eta diziplina anitzeko zentroetan egindako ikerketak laguntzen ditu. Zentro handiena Energia Biltegiratzeko Ikerketarako Joint Center (JCESR) da, DOE Energy Innovation Hub. Zentro honek material eta fenomeno elektrokimikoak aztertzen ditu eskala atomikoan eta molekularrean eta ordenagailuak erabiltzen ditu material berriak diseinatzen laguntzeko. Ezagutza berri horri esker, zientzialariek seguruagoa, iraupen luzeagoa, karga azkarragoa eta ahalmen handiagoa duen energia biltegiratzea diseinatuko dute. BES programaren laguntza duten zientzialariek bateriaren zientzian aurrerapen berriak lortzen dituzten heinean, ikertzaile aplikatuek eta industriak garraio, sare elektriko, komunikazio eta segurtasunean aplikazioak aurrera eramateko erabiltzen dituzte aurrerapen horiek.