Miaraka amin'ny fandrosoan'ny teknolojia sy ny fanatsarana ny fari-piainana, ny bateria dia lasa fitaovana fitahirizana angovo tena ilaina, ampiasaina betsaka amin'ny fitaovana elektronika finday, fiara elektrôla, ary rafitra fitahirizana angovo azo havaozina. Na izany aza, noho ny androm-piasany voafetra, ny famokarana lehibe amin'ny bateria lany dia miteraka loza mitatao ho an'ny tontolo iainana. Ny bateria fako dia misy metaly mavesatra sy akora simika mampidi-doza, izay, raha tsy voatsabo tsara, dia mety hiteraka fandotoana ara-tontolo iainana maharitra, hanimba ny fahasalaman'ny olombelona, ary hiafara amin'ny fahaverezan'ny harena metaly sarobidy toy ny lithium, kobalta ary nikela. Noho izany, amin'ny fomba fijery momba ny fiarovana ny tontolo iainana sy ny fampiasana ny loharanon-karena, ny fitsaboana mahomby sy ny fanodinana ny bateria lany dia zava-dehibe amin'ny fanatrarana ny fihodinan'ny loharano sy ny fampandrosoana maharitra.
Fampiharana bateria sy fitomboan'ny tsena
Tao anatin'ny 200 taona teo ho eo, ny bateria dia nampiasaina ho fitaovana fitahirizana angovo tena ilaina, ampiasaina betsaka amin'ny elektrônika portable, fiara elektrika ary sehatra maro hafa noho ny vidiny ambany, ny fiarovana ary ny fahamarinany, ny fahombiazan'ny fiovam-po avo, ary ny fampifanarahana tsara ny tontolo iainana [1]. Na izany aza, miaraka amin'ny haingam-pandeha haingana amin'ny fanavaozana ny fanjifana sy ny fitomboan'ny fangatahana fiara elektrika, tombanana fa amin'ny vanim-potoana manomboka amin'ny Janoary ka hatramin'ny Jona 2024, ny tsena anatiny sy iraisam-pirenena dia samy hivarotra 318.1 GWh, 84.5 GWh, ary 23 GWh. Nahatratra 4.929 tapitrisa ny famokarana sy fivarotana fiara vaovao angovo, misolo tena ny fitomboana isan-taona amin'ny 30.1% sy 32.0%, raha toa ka nahatratra 1.0849 tapitrisa ny fanondranana fiara elektrika sinoa, fitomboana 36.9% raha oharina tamin'ny vanim-potoana tamin'ny taon-dasa.
Ny faharetan'ny bateria sy ny famokarana fako
Ankoatr'izay, ny angon-drakitra dia mampiseho fa ny bateria asidra firaka amin'ny ankapobeny dia manana androm-piainan'ny 2-3 taona, ny nickel-metal hydride bateria 3-5 taona, ary ny lithium-ion bateria 2-6 taona. Ity androm-piainana fohy ity dia niteraka batterie lany maro be. Araka ny vinavina avy amin'ny China Business Industry Research Institute, ny habetsahan'ny misotro ronono bateria Lithium Ion hery any Shina dia hahatratra 1.04 tapitrisa taonina amin'ny 2025 ary hitombo ho 3.5 tapitrisa taonina amin'ny 2030. Tombanana bebe kokoa fa ny haben'ny tsenan'ny fanodinana bateria herinaratra any Shina dia hahatratra 140 lavitrisa RMB eo ho eo amin'ny 2030, avo sivy heny noho ny tamin'ny 2022.
Fanamby amin'ny fanodinana sy ny fandrindrana ny tsena
Na izany aza, noho ny fenitra efa lany andro, voafetra ny isan'ny orinasa mahafeno fepetra, ary ny fanaraha-maso malemy, ny ampahany betsaka amin'ny bateria lany dia miafara amin'ny atrikasa kely, miteraka risika lehibe amin'ny fiarovana ary manakana ny fivoaran'ny tsenan'ny fanodinana bateria any Shina. Tamin'ny taona 2023, latsaky ny 25% ny tahan'ny fanodinana manara-penitra ho an'ny bateria herinaratra vaovao ao Shina, ary mihoatra ny 70% amin'ny bateria lany no miditra amin'ny fantsona fanodinana tsy ara-dalàna. Tamin'ny taona 2018, nahatratra 74,000 taonina ny totalin'ny bateria efa misotro ronono any Chine, ka 5,472 taonina ihany no voahodina araka ny tokony ho izy, izay mitentina 7.4% monja amin'ny fitambaran'ny bateria efa misotro ronono, ambany lavitra noho ny tombam-bidiny.
Loza ara-tontolo iainana sy ara-pahasalamana
Ny fikarakarana tsy mety amin'ny fitaovana elektrôda sy ny elektrôlôta amin'ny bateria efa lany dia mety hitarika amin'ny fandotoana ny tontolo iainana mafy noho ny famotsorana ireo ion metaly toy ny nikela, kobalta ary manganese, ary koa ireo zavatra organika hafa, izay mety hampidi-doza ho an'ny fahasalaman'ny olombelona ihany koa. Mandritra izany fotoana izany, manana sanda ara-toekarena lehibe ireo fitaovana ireo. Raha tsy misy ny fanodinana araka ny tokony ho izy, dia tsy ho very maina fotsiny ny harena sarobidy, fa hitombo ihany koa ny fiankinan'i Shina amin'ny akora vy, izay mety hisy fiantraikany amin'ny fiarovam-pirenena.
Ny lanjan'ny loharanon-karena sy ny lanjany ara-stratejika
Ohatra, ny votoatin'ny kobalta, lithium, ary nikela ao amin'ny akora cathode dia ambony lavitra noho ny fifantohana amin'ny akora voajanahary, mahatratra 5% -20% eo ho eo, 5% -7% ary 5% -10%, ary misy singa trace toy ny varahina, alimo ary vy. Ny loharanon-karena Lithium dia mampiseho fomba fizarana ara-jeopolitika mazava, ary ny fanodinana dia afaka mampihena ny fiankinan-doha amin'ny famatsiana avy any ivelany sady manatsara ny fiarovana ny harem-pirenena. Famerenana mahomby ny metaly sarobidy avy amin'ny fandaniana bateria lithium-ion Tsy vitan'ny hoe mitondra tombony ara-toekarena lehibe fa manana lanjany ara-jeopolitika lehibe ihany koa.
Ity famerenana ity dia mamintina ireo karazana bateria, rafitra elektrôkimika ary ny fitsipiky ny fiasan'izy ireo. Izy io dia manome famakafakana fampitahana ny famolavolana bateria tany am-piandohan'ny taonjato faha-19, toy ny bateria zinc–carbon sy lead–asid, ary ny teknolojia bateria maoderina, anisan'izany ny nickel–metal hydride (NiMH) sy ny valve-regulated lead–acid (VRLA), mifantoka amin'ny mekanika fanehoan-kevitra, ny tombony sy ny fatiantoka, ary ny tsipiriany azo ampiharina amin'ny sehatra ho avy. Ny teknolojian'ny bateria dia hitohy hohatsaraina hatrany amin'ny fiainana lava kokoa, ny vidiny ambany, ary ny fanatsarana ny tontolo iainana mba hanomezana fahafaham-po ny fangatahana isan-karazany amin'ny trano fonenana, indostrialy ary aerospace.
Ny rafitra fototra amin'ny ankamaroan'ny bateria dia matetika misy cathode, anode, electrolyte, separator, ary casing. fandraisana bateria lithium-ion ohatra amin'ny resaka firafitry: ny akora cathode matetika dia misy metaly avo lenta, raha ny akora anode kosa dia ahitana fitaovana mifototra amin'ny karbaona toy ny grafita, akora metaly, na akora silisiôna, ary ny akora mifototra amin'ny karbaona no mahazatra indrindra. Ohatra, amin'ny bateria alkaline sy ny bateria zinc-carbon, ny anode dia tena misy zinc metaly, fa ny gazy manganese dia ny cathode.
Amin'izao fotoana izao, ny electrolytes ampiasaina dia electrolytes ranon-javatra voalohany indrindra (oh: lithium hexafluorophosphate) sy electrolytes mafy (oh: oxides, sulfide, polymers, sns.). Ny voalohany dia manome conductivity ionic avo kokoa, raha ny faharoa kosa manome fiarovana tsara kokoa. Ny mpanasa batterie, matetika vita amin'ny polyethylene (PE) na polypropylene (PP), dia azo sokajiana ho solon-tsofina PE na PP membranes, na ho telo sosona PP / PE membranes. Ny fitaovana casing amin'ny ankapobeny dia vita amin'ny metaly na fitaovana mitambatra.
Loza ateraky ny bateria lany
Ny bateria efa lany tsy azo ampiasaina dia miteraka loza lehibe amin'ny tontolo iainana sy ny fahasalamana. Mety handoto ny tany sy ny lalan-drano ny metaly mavesatra sy ny akora misy poizina ao anaty ranon-drano, ka manimba ny tontolo iainana voajanahary. Ireo loto ireo dia afaka miangona tsikelikely ao amin'ny tany sy ny voly, ary amin'ny farany dia miditra ao amin'ny vatan'olombelona ary miteraka loza mety hitranga amin'ny fahasalamana. Ny loto mipoitra ao amin'ny bateria - toy ny nanostructure metaly, akora mifototra amin'ny karbaona, ary ranon-javatra ionika - dia nodinihina lalina koa. Na dia afaka manatsara ny fahombiazan'ny bateria aza ireo fitaovana ireo, dia mety hiteraka loza lehibe amin'ny tontolo iainana ihany koa. Ohatra, ny nanostructure metaly dia afaka manatsara ny fitahirizana sy ny fahombiazan'ny angovo, saingy mirona hitambatra izy ireo, ka miteraka fahasimbana. Ny akora mifototra amin'ny karbaona, toy ny graphene sy nanotubes karbona, dia mety hisy fiantraikany poizina amin'ny tontolo iainana anaty rano. Afaka miangona ao anaty tany sy rano ny ranon-javatra ionika, ka miteraka fiantraikany cytotoxic amin'ny zavamiaina bitika.
Ankoatr'izay, noho ny tsy fahampian'ny fikarohana momba ny tontolo iainana, ny teknolojia fanodinana voafetra, ary ny elanelana mifehy ny tontolo iainana, ny loza ateraky ny tontolo iainana mifandraika amin'ny fitaovana bateria vaovao dia mila fiheverana bebe kokoa.
Ny fahitana ny fitaovana mifototra amin'ny graphene (GFMs) dia niteraka ahiahy momba ny fiantraikany ara-tontolo iainana, indrindra fa ny voka-dratsiny amin'ny zavamananaina anaty rano. Ny fanadihadiana dia naneho fa ny GFM dia mampiseho poizina amin'ny bakteria, algà, tsy misy hazon-damosina ary trondro, izay misy fiantraikany ratsy amin'ny fahavelomany, ny fitomboany ary ny fananany. Ohatra, ny graphene oxide (GO) dia afaka manakana ny fitomboan'ny alga ary miteraka adin-tsaina oxidative, izay mitarika ho amin'ny fahasimban'ny sela. Ny fahamarinan-toerana sy ny fivezivezen'ny GFM amin'ny tontolo anaty rano dia misy fiantraikany amin'ny toetran'ny fizika simika ao anatiny sy ny mari-pamantarana ara-batana ara-batana amin'ny rano. Ny fitondran-tenan'izy ireo ao anaty rano, toy ny adsorption sy aggregation, dia afaka manova ny fitsinjarana sy ny fiafarany farany amin'ny rafitra anaty rano.
Amin'izao fotoana izao, ny torolàlana momba ny fiarovana ny tontolo iainana ho an'ny GFM dia tsy feno, ary tsy ampy ny fomba fitiliana manara-penitra. Noho izany, ilaina ny fikarohana fanampiny mba hamaritana ny tena fifantohan'izy ireo amin'ny tontolo iainana sy ny fiantraikany maharitra, mba hametrahana torolàlana momba ny fiarovana ara-tsiansa sy paikady fitantanana.
Vahaolana amin'ny fitantanana ny bateria fako
Ny fomba lehibe fanariana ny bateria lany dia ny fandoroana, ny fanariam-pako ary ny fanodinana [16]. Susana Xará et al. nanombantombana ny androm-piainan'ny bateria manontolo, manomboka amin'ny fanariana ny mpanjifa ka hatramin'ny fitsaboana farany na ny fampidirana azy amin'ny tontolo iainana, amin'ny fampiasana ny fomba fanombanana ny tsingerin'ny fiainana (LCA). Hita tamin'ny fanadihadiana fa misy fiantraikany lehibe indrindra eo amin'ny fibodoana ny tany sy ny fandotoana ny rano ambanin'ny tany ny fandotoana, fa ny fandoroana kosa dia misy fiantraikany voalohany indrindra amin'ny fivoahan'ny rivotra sy ny fampiasana loharanon-karena. Mifanohitra amin'izany, ny fanodinana dia manome tombony lehibe ho an'ny fiarovana ny tontolo iainana sy ny fanarenana ny loharanon-karena. Ny fomba fanodinana amin'ny ankapobeny dia ahitana fikarakarana mialoha, fanariana metaly sy fitrandrahana, ary fanomanana ny vokatra [17] (jereo ny sary 2). Ny fikarakarana mialoha dia misy ny fandroahana, ny famongorana amin'ny tanana na ny fisarahana mekanika, ary ny fanasarahana ny fitaovana cathode amin'ny aluminium foil. Ny fomba mahazatra dia ny famongorana ny solvent, ny fisarahana amin'ny ultrasonic, ny fitsaboana mafana ary ny fisarahana mekanika.
Amin'izao fotoana izao, ny fizotry ny fitrandrahana metaly sy ny fitrandrahana dia tafiditra indrindra amin'ny pyrometallurgy nentim-paharazana sy ny hydrometallurgy, ary koa ny teknika bio-metallurgy vao misondrotra (famintinana ny fahasamihafana manokana ao amin'ny tabilao. Manaraka izany, ny fitaovana electrode mandalo roasting, anisan'izany ny fampihenana sy ny oxidation dingana, mba hanova azy ireo ho mora kokoa ny fitsaboana hafanana dia mitambatra amin'ny fluxes sy ny fampihenana mpiasa mba hamokatra alloys na metaly, izay sitrana amin'ny farany amin'ny alalan'ny fomba fisarahana ara-batana sy simika.
Na dia tena mandaitra aza ny pyrometallurgy amin'ny batterie be pitsiny lany, toy ny batteries lead-acid, nickel-cadmium, ary zinc-manganese, dia be angovo izy io ary mandoto ny tontolo iainana. Ny singa toy ny firaka, cadmium, zinc, ary mercury dia mety hikorontana na hidina amin'ny 300-400 ° C, ka mila fikarakarana tsara. Noho izany, ny pyrometallurgy no fomba voalohany hamerenana ireo metaly ireo.
Ny hydrometallurgy dia mampiasa solvents simika mba handrava ny singa metaly amin'ny bateria lany, arahin'ny fisarahana sy ny fitrandrahana amin'ny fampiasana teknika simika sy ara-batana. Ny dingana dia manomboka amin'ny fandravana sy fanorotoroana ny batterie mba hahazoana fitaovana elektrôda, izay arotsaka amin'ny vahaolana asidra na alkaline mba handravana singa metaly. Ny vahaolana azo dia diovina amin'ny alàlan'ny fifanakalozana ion, fitrandrahana solvent, na fomba hafa hanesorana ny loto. Farany, ny metaly mavesatra dia azo avy amin'ny rano maloto amin'ny alàlan'ny rotsak'orana sy ny electrolysis. Ny hydrometallurgy dia mety indrindra amin'ny fanarenana metaly madio indrindra avy amin'ny hydride nikela-metaly lany sy ny bateria lithium-ion, indrindra ho an'ny metaly sarobidy toy ny kobalta sy nikela. Na izany aza, ity fomba ity dia miteraka rano maloto misy sira izay mitaky fitsaboana ary mety hiteraka fandotoana faharoa.
Ny bio-metallurgy dia ny fampiasana ny zavamiaina bitika sy ny vokatra avy amin'ny metabolika mba hanesorana ireo singa metaly amin'ny bateria efa lany. Tafiditra ao anatin'ny dingana ny famongorana ireo bateria simba mba hahazoana fitaovana elektrôda, arahin'ny bioleaching amin'ny toe-javatra mety amin'ny fampiasana haino aman-jery mikraoba manokana mba handrava tsara ireo metaly. Ny dingana fanadiovana manaraka dia mampiasa ny fifanakalozana ion sy ny fitrandrahana solvent, ary ny metaly dia sitrana amin'ny alàlan'ny rotsak'orana sy ny electrolysis. Ny bio-metallurgy dia tena sarobidy amin'ny famerenana ireo metaly sarobidy toy ny nikela sy kobalta.
