Inguvu zihariye ni iki?

Inguvu zidasanzwe zipima urugero rw’inguvu zibikwa ku kimwe cose c’ibintu canke uburyo. Igaragara mu jouls ku kilogara (J/kg) canke watt-hors ku kilogara (Wh/kg), iki kigereranyo kigena ingene inguvu zishobora gukoreshwa zirimwo, bikaba ari ngirakamaro mu kugereranya ubuhinga bwo kubika inguvu no gutahura ubushobozi bw’ibikoresho.

Inguvu zidasanzwe zitandukanye cane n’uburemere bw’inguvu, naho nyene amajambo akenshi azazanirwa. Naho uburemere bw’inguvu bupima inguvu ku rugero rw’ibice (Wh/L), inguvu zidasanzwe zibanda gusa ku buremere. Iryo tandukaniro rirahambaye cane mu bikorwa aho inzitizi z’uburemere zitwara ingingo zo guhingura - kuva ku nzira y’indege gushika ku bikoresho vy’ubuhinga bwa none bishobora gutwara.

Fizike iri inyuma y’inguvu zidasanzwe zirimwo isano hagati y’inguvu zibitswe n’uburemere bukenewe kugira ngo umuntu ayishiremwo. Mu mabateri, ivyo birimwo inguvu zivuye mu bikorwa vy’imiti bigabanywe n’uburemere bwose bw’amashanyarazi, ivyuma vy’umuyagankuba, ivy’ugutandukanya n’ivy’ivyuma. Ku bikoresho vy’amavuta, bigereranya ubushuhe busohoka mu gihe c’ugusha ugereranyije n’amavuta y’ibinyabiziga.

Specific Energy

Amabateri ya Lithium - yerekana igituma inguvu zimwe zimwe zihambaye mu buhinga bwa none. Ubu litiyumu - ingingo ngenderwako zishika ku nguvu zihariye hagati ya 250-270 Wh/kg, zituma amatelefone ngendanwa ashobora gukora amasaha menshi n’ibinyabiziga bikoresha umuyagankuba kugira ngo bigende ku bilometero amajana. Mu kugereranya, amabateri ya kera y’amabuye y’agaciro atanga 30-50 Wh/kg gusa, asigura igituma yasubirijwe cane cane mu bikorwa vy’ubuhinga naho yoba ari make.

Ivy’ubuhinga bushasha biherutse gutuma iyo mipaka irushirizaho. Solid-bateri mu muhango w'iterambere ry'ingufu zidasanzwe zirenga 350 Wh/kg, mu gihe ubuhinga buteye imbere bw'amashirahamwe nka Amprius bwagaragaje 400 Wh/kg mu bikorwa vy'indege vyihariye. Ivyo bintu vyiza bihindura ata guca ku ruhande mu gihe kirekire co gukoresha canke igihe kirekire ata buremere.

Inguvu zidasanzwe z’amabateri zivana n’ibintu vyinshi: ibikoresho vy’ubuhinga bwa electrode, ubuhinga bwa shimi, n’ubushobozi bwo guhingura. Nickel - Ama cathodes yongerera ububiko bw’inguvu ariko aratuma haba ingorane z’ugushikama. Silicon aodes zitanga ubushobozi bwinshi kuruta graphite ya kera ariko ukwaguka kw’uburemere bw’ibintu mu gihe co gushaja. Ihitamwo ryose ry’umugambi rigereranya uguhuza hagati y’inguvu zidasanzwe n’ibindi bimenyetso vy’ibikorwa nk’ubuzima bw’ingendo, umutekano n’igiciro.

Ivyo bikoresho vy’ibinyabiziga biguma bifise inguvu nyinshi cane kuruta amabateri. Gasoline irimwo 12.700 Wh/kg (46 MJ/kg), mu gihe dizeli ishika ku 13.000 Wh/kg. Ivyo bisigura igituma, naho amabateri atera imbere, ibikoresho vy’amazi biguma ari vyo bihambaye cane mu ndege n’igihe kirekire -mu gutwara abantu aho uburemere buhambaye.

Hydrogène itanga ikintu gishimishije gifise inguvu zimwe zimwe z’i 33.300 Wh/kg- Incuro zitatu z’amavuta ya peteroli. Ariko rero, uburemere bwayo buke cane busaba cane - gufatanya canke gukonjesha orogène, yongerako uburemere bw’uburyo bugabanya inguvu zidasanzwe. Gazi y’ibidukikije na yo nyene irafise inguvu nyinshi cane ku kintu cose ariko isaba uburyo bwo kubika buremereye.

Mu ngaburo, inguvu zimwe zimwe ni zo zigena uburemere bw’amakalori. Ivyokurya bitanga nk’ibice 38 kJ/g (9 Cal/g), birenze kabiri ivy’amaproteine n’ibifungurwa birimwo ibinure ku 16{6}}17 kJ/g (4 Cal/g imwe yose). Ivyo bisigura igituma ibifungurwa vyinshi - birimwo ama calories menshi kuri gram- inguvu zihariye z’ingaburo nini ni zo ziganza igiharuro.

Amazi aragira ico akoze cane ku nguvu z’ibifungurwa kuko amazi yongerako uburemere ataco atanga. Imboga zishasha zishobora kuba zirimwo 0.5-1 kJ/g, mu gihe inyama zumye zirenga 25 kJ/g, naho zompi ari ibifungurwa bishingiye ku bimera.

Igishushanyo c’imodoka y’umuyagankuba kijanye n’intambamyi z’inguvu zidasanzwe. Bateri ya kWh 75 ikoresheje utugingo ngengabuzima dufise 250 Wh/kg ipima ibilo 300, ikaba igereranya nk’ibice 15-20% vy’uburemere bw’imodoka. Kwongerekana kw’inguvu z’amabati ku 350 Wh/kg vyogabanya ivyo bishika kuri 214 kg, bikabohora 86 kg ku bushobozi bw’abagenzi canke urugero rwagutse.

Ukwo kugabanya uburemere bica biciye mu guhingura imodoka. Ibinyabiziga bitoroshe bisaba inguvu nkeyi ku bijanye no kwihuta no kuduga imisozi, amamoteri mato mato, n’uburyo bwo guhagarara buke cane. Inganda y’imodoka iteganya inguvu za bateri zingana na 400-500 Wh/kg kugira ngo imodoka zikoresha umuyagankuba zikoresheje amashanyarazi n’imodoka za peteroli, zikeneye gusa gutwara ibiro 50-60 vy’amavuta y’imodoka ku rugero rumwe.

Indege n’indege birahura n’inguvu zihariye. Ico kigega cose cashizwe ku nzira y’uguzunguruka kigura amadolari ibihumbi n’ibihumbi, ivyo bikaba bituma amabateri y’inguvu nyinshi akenewe cane ku bikoresho vy’indege n’ivy’indege. Ivyo bikoresho vya NASA bikoresha litiyumu - ingingo zatoranijwe canecane ku bijanye n’ihuriro ryazo ry’inguvu zidasanzwe n’ukwizigirwa mu bushuhe burengeye.

Iterambere ry’indege ry’umuyagankuba rishingiye ku vyo bateri. Ubu ubuhinga bwa litiyumu - bushoboza drones ntoya na - urutonde rw’indege zo mu bisagara, ariko indege zo mu karere zisaba inguvu zimwe zimwe zirenze 500 Wh/kg kugira ngo zibe zishobora kubaho. Amashirahamwe akurikirana neza ingene amabateri y’amashanyarazi ateza imbere, kuko mbere n’inguvu ntoyi z’inguvu zifungura imiterere y’indege nshasha.

Abahinguzi b’amatelefone ngendanwa barahuza inguvu zidasanzwe n’ibindi bintu nk’umuvuduko wo gushaja n’umutekano. Amatelefone yo muri iki gihe akoresha utugingo ngengabuzima tugera kuri 250-270 Wh/kg, bikaba bishobora gutuma igikorwa cose c’umusi mu bikoresho bipima 150-200 grams. Kwongerekana kw’inguvu zihariye bituma ubuzima burebure bugira ubuzima burebure canke uburyo bwo gukora neza, imiterere y’ibintu vyose-bifise agaciro n’abaguzi.

Amabateri ya Laptop arashikirwa n’ibintu bisa n’ivyo ariko n’ibintu bitandukanye bishirwa imbere. Bateri isanzwe ya laptop ipima 300-400 grams kandi ikabika 50-100 Wh, ikoresheje utugingo ngengabuzima dufise inguvu zisa n’izo ku telefone ariko ikaba itunganijwe neza ku rugero rutandukanye rw’ugusohoka n’ubushuhe.

Inguvu zidasanzwe n’ububasha bwihariye bigereranya ingero zitandukanye z’ibikorwa. Ububasha bwihariye (W/kg) bupima ingene urutonde rushobora gutanga inguvu, mu gihe inguvu zidasanzwe zipima ingene inguvu zose zibika. Amabateri atunganijwe neza kugira ngo abone inguvu nyinshi cane, n’ibihushanye n’ivyo.

Amabateri y’ivyuma yitwa fosphate y’icuma (LFP) yerekana iyo nzira y’ubuhinga. Bitanga inguvu zitoyi (120-160 Wh/kg) kuruta nickel- uburyo bundi ariko butanga ububasha bwinshi n’ubuzima bwiza bw’ingendo. Ibikoresho vy’amashanyarazi bikoresha utugingo ngengabuzima tw’inguvu nyinshi naho nyene bitanga umwanya muto wo gukora, kuko gutanga umuriro uhagije kugira ngo umuntu ashobore gukora neza, bifata imbere ubushobozi bwose.

Igishushanyo ca Ragone kigaragaza iyo nzira mu buryo bw’ikigereranyo, kigaragaza inguvu zidasanzwe ku nzira imwe n’ububasha bwihariye ku yindi. Ivyuma bitandukanye vy’amabateri bifise uturere dutandukanye, ivyo bikaba vyerekana ko ata n’umwe afise ubuhinga bumwe bwo gukoresha ubuhinga bwa none. Ibikoresho bitegerezwa guhitamwo amabateri ahuye n’ivyo asabwa - inguvu nyinshi mu kiringo kirekire, ububasha bwinshi bwo guturika mu gihe gito, canke guhungabanya imiterere y’ikoreshwa ry’ibintu bivanze.

Inguvu zidasanzwe zigereranya igipimo kimwe gusa c’ibikorwa. Bateri ifise inguvu zidasanzwe zishobora gushikirwa n’ubuzima bubi, ivy’umutekano, igiciro kinini canke urugero rw’ubushuhe buke. Amabateri ya Lithium{2}}alfur yerekana inguvu nyinshi z’ivyiyumviro (650 Wh/kg) ariko ihanganye n’ingorane n’ugusenyura ikibiriti n’ubuzima buke bw’ingendo bubuza ubudandaji.

Uburyo bwo gukora bigira ico bikoze ku nguvu zihariye. Inguvu z'utugingo ngengabuzima zirenze ingufu zirenze amapaki- ku rugero kubera uburemere bwongeweko ku mirongo y'uburinzi, uburyo bwo gukonjesha, n'ibintu vy'imiterere. Utugingo ngengabuzima tugera kuri 270 Wh/kg yoshobora gutanga 180 gusa -200 Wh/kg ku rugero rw’ipaki- itandukaniro rikomeye ry’abahinguzi b’ibintu.

Ubushuhe buragira ingaruka nyinshi ku gutanga inguvu. Ivy’ubukonje biragabanya ubushobozi bwa bateri, bikagabanya neza inguvu zidasanzwe mu gihe co gusohoka. Ivyo binyabiziga vy’amashanyarazi biragabanuka mu gihe c’imbeho kubera ko amabateri adashobora gutanga inguvu zayo zose ku bushuhe buke.

Specific Energy

Ubushakashatsi burakurikirana inguvu zidasanzwe biciye mu buryo bwinshi. Ibikoresho vy’ama cathoded nk’ivyo bita litiyumu -nickel- Manganenes-colt -oxide (NMC) n’ibintu vyinshi vy’inickel birongereza ububiko bw’inguvu ku nzira nziza. Silicon- ishingiye ku litiyumu nyinshi kuruta graphite, ubushobozi bwo kwongereza ubushobozi. Iterambere ryose rituma inguvu zidasanzwe zirushiriza kuba nyinshi mu gihe abashakashatsi bakora kugira ngo bashobore gutsinda ingorane zijanye n’ivyo.

Solid - Ibara ry’umuyagankuba ritanga inyungu nyinshi mu gutuma ivyuma vy’ivyuma vy’ivyuma vy’ivyuma vy’ivyuma vy’ivyuma, ivyo bikaba bitanga inguvu nyinshi cane kuruta graphite. Amashirahamwe arimwo QuantumScape, Solid Power, na Samsung bakurikirana ubudandaji, bishimikira ku nguvu zihariye z’ama 400-500 Wh/kg. Uguterimbere kwohindura imodoka zikoreshwa n’umuyagankuba n’ibikoresho vy’ubuhinga bwa none.

Amabateri ya Lithium - Airis zigereranya - uburyo bwo gukoresha inguvu z’ivyiyumviro cegereza 11.140 Wh/kg - ishobora kugereranywa n’amavuta y’amavuta. Ariko rero, intambamyi nyinshi z’ubuhinga harimwo ugushikama kw’amashanyarazi, ubushobozi bwo gutahura umwuka w’ikirere, n’ubuzima bukeyi bw’ingendo, biguma bifatanye n’ama laboratwari. litiyumu y'ubuhinga{7}} Amabateri y'ikirere igumaho imyaka canke imyaka mirongo.

Kugira ngo utahureamabateri ya litiyumun’igituma baganza ububiko bw’inguvu zo muri iki gihe, inguvu zidasanzwe ni zo zitanga inyishu nyamukuru. Iterambere rya litiyumu- ubuhinga bwo gukora mu myaka ya 1990, ryaradutse inguvu zihariye za bateri kuva kuri 120 Wh/kg mu ntungamubiri za kera za Sony gushika ku 270 Wh/kg mu migero y’ubu{5}} nyinshi kuruta gutera kabiri mu myaka mirongo itatu.

Ubwoko butandukanye bw’amabateri ya litiyumu yerekana ingero zitandukanye z’inguvu zishingiye ku buhinga bwazo. Utugingo ngengabuzima twa Lithium colt oxide (LCO) twakoreshejwe muri amatelefone turashika ku nguvu zihambaye cane ariko tukagira ingorane z’ubuzima n’umutekano n’umutekano. Igiti c’icuma c’ivyuma (LFP) kiragurisha inguvu zidasanzwe ku bijanye n’umutekano n’ubuzima buramba, ivyo bikaba bituma gikunda amabisi y’amashanyarazi n’ububiko buhagaze naho inguvu zitomoye zihari.

Ivyuka vy’inguvu vyihariye bituma haba ubushakashatsi bw’ibintu. Ibikoresho vy’amakatode ni vyo bifise uburemere bwinshi bw’ingingo, rero gutegura ivyuma biyoroshe, inguvu nyinshi- dedededes zica zitera imbere inguvu zidasanzwe. Kugabanya ibikoresho bitagira akamaro- ibikoresho vy’ubuhinga bwa none, ibikoresho vyo gusesa, gupfunyika-mbura bifasha mu kugabanya uburemere ata n’inguvu zibitswe.

Ibinyabiziga vy’amashanyarazi vyo muri iki gihe vyishingikiriza cane ku bushobozi bw’inguvu bwihariye bwa bateri. Ibara ry’ibati ry’i EV risanzwe ribika 50-100 kWh hakoreshejwe utugingo ngengabuzima dufise inguvu zihariye za 250-270 Wh/kg. Ivyo bituma haba 200-400 miles mu gihe iguma ifise uburemere bwa bateri. Uko inguvu zidasanzwe zigenda zirushiriza kugera kuri 350-400 Wh/kg, iyo nzira y’uguca mu nzira iragwira mu buryo buringaniye canke igabanuka, bigatuma imodoka ikora neza.

Ivyo bikoresho vy’ubuhinga bwa none bivana n’inguvu z’amabati ya litiyumu. Ivyuma vy’amabuye, ama laptops, tablette, n’ibikoresho vyo kwambara bikoresha litiyumu-ino canke litiyumu - polymer cane cane kubera ko inguvu zazo zihambaye zituma igihe co gukora gikwiriye gikwiriye kandi gifise uburemere buke. Iyo hataba inyungu z’inguvu z’ubuhinga bwa none, ubuhinga bwo gukoresha ubuhinga bwa none bwo gukoresha telefone ngendanwa ntibwoba budashoboka.

Inguvu zihariye zipima inguvu ku rugero rw’uburemere ku rugero rw’ibintu (Wh/kg), mu gihe uburemere bw’inguvu bupima inguvu ku rugero rw’ibice (Wh/L). Ibikoresho aho uburemere buhambaye cane- nk'indege canke ipaki y'inyuma- imbere y'inguvu. Ibikoresho aho umwanya ugarukira - nk'ibikoresho vy'ubuhinga bwa none mu ruzitiro rudahinduka -rushira imbere uburemere bw'inguvu aho.

Mu mabateri y’ubudandaji, litiyumu iteye imbere- Utugingo ngengabuzima dufise nickel{1}} Ubutodes ubu bushika ku nguvu zihambaye cane ku 250-300 Wh/kg. Igerageza rikomeye -bateri ya litiyumu yerekanye 400-500 Wh/kg mu bihe vya laboratwari. Amabateri ya Lithium-air-air mu vyiyumviro ashika ku 11.140 Wh/kg ariko aguma kure y’ikoreshwa ry’ibikorwa.

Gasoline ibika inguvu mu maboko y’imiti isohoka mu gihe c’uguturika n’umwuka w’ikirere. Kubera ko oxygène itaharurwa mu misa ya peteroli, inguvu zayo ziboneka ziboneka ko ari nyinshi cane (12.700 Wh/kg). Amabateri ategerezwa gutwara amavuta n’ivyuma vy’umubiri, bikaba bigabanya inguvu zavyo vyihariye. Iryo tandukaniro ry’ishimikiro risigura igituma amabateri arwana kugira ngo ahure n’uburemere bw’inguvu z’amavuta y’ibisigazwa.

Si ngombwa ngo bibe ari ngombwa. Inguvu zidasanzwe zigereranya urugero rumwe gusa rw’ibikorwa. Amabateri afise inguvu nyinshi cane ashobora kugira ubuzima bubi bw’ingendo, ingorane z’umutekano, ibiciro vyinshi, canke ubushobozi buke. Bateri nziza cane ivana n’ibisabwa vyo gukoresha - Rimwe na rimwe imigero y’inguvu yihariye ikora neza muri rusangi kubera ibiranga vyiza kuruta ibindi vyose mu bindi bice.

Gupima inguvu zimwe zimwe bisaba uburyo bwo gupima neza. Ku bijanye n’amabateri, amategeko agenga ivy’ubuhinga bujanye n’ingingo ngenderwako, hanyuma akayirungika ku rugero rutomoye mu gihe gupima inguvu zitangwa. Gugabanya ingufu zose n’uburemere bw’ingingo bitanga inguvu zidasanzwe muri Wh/kg.

Amashirahamwe menshi aragumya ingingo ngenderwako zimwe zimwe zo gupima inguvu. Komisiyo Mpuzamakungu y’ubuhinga bw’amashanyarazi (IEC) irasohora uburyo bwo kugerageza kugira ngo abahinguzi bahure. Ivyavuyemwo bishobora guhinduka bishingiye ku rugero rw’ugusohoka, ubushuhe, n’uburyo bwo kugerageza, rero kugereranya agaciro k’inguvu zihariye bisaba gutahura ivyangombwa vy’igerageza.

Ivyiyumviro vy'ingingo ngenderwako- ibipimo bitandukanye n'agaciro k'urugero rw'urugero. Ivyuma vy’amabateri birimwo ibikoresho vy’ubuhinga bwa none, uburyo bwo gukonjesha, n’ibintu vy’imiterere vyongera uburemere ata nguvu. Inguvu z’ingero z’ingero z’urugero rusanzwe zishika kuri 65-75% vy’agaciro k’urugero rw’ingingo. Abahinguzi b’ibikoresho bategerezwa kubaza iyo nzira igihe baharura ibikorwa vy’ikoreshwa.

Specific Energy

Inguvu zidasanzwe zikurikira inzira ishobora gutegekanirwa ishingiye ku mico y’ishimikiro y’ibintu be n’iterambere ry’uguhingura. Inyungu z’inyongera zirabandanya uko abashakashatsi bagenda neza, bigabanya uburemere bw’ibikoresho bitagira akamaro, kandi bikaba vyiza cane. Ivyiyumviro vy’ubu vyerekana ko litiyumu - inguvu zihariye zizoshika kuri 350-400 Wh/kg mu myaka cumi izoza biciye mu gutera imbere kw’iterambere.

Impinduka z’ihinduka risaba ubuhinga bushasha. Amabateri meza cane -bateri yoshobora gusimbukira kuri 400-500 Wh/kg iyo ingorane z'ubuhinga zitorewe umuti. Lithium - icumu na litiyumu -ir sezerana n’inguvu nyinshi cane ariko zihura n’intambamyi zikomeye z’iterambere. Amabateri y’isodium-ion aratanga igiciro gitoyi ku giciro c’inguvu zidasanzwe, gushiramwo ibikorwa aho uburemere buhambaye kuruta ubutunzi.

Ingaruka z’inguvu zihariye zihariye zirenze ibikorwa bigaragara. Grid- Ububiko bw’inguvu burarushiriza kubaho uko inguvu z’ibateri zigenda neza kandi ibiciro bikagabanuka. Ibikoresho vy’ubuvuzi vy’imbohe biramara igihe kirekire hagati y’ibirego. Ibikoresho vy’amashanyarazi birarushirizaho gukomera ataco bimaze igihe co gukora. Iterambere ryose ry’inguvu z’inguvu zihariye rituma habaho ubushobozi bushasha mu bikorwa vyinshi.

Ku bijanye n’ugutwara abantu n’umuyagankuba canecane, inguvu zihariye zituma umuntu arushirizaho kwemera mu kugabanya uburemere n’igiciro c’amabateri n’ibikoresho vy’ibisigazwa. Igihe cose 50 Wh/kg yiyongereye mu nguvu zihariye zihinduka nk’ibice 15-20% vy’imodoka canke ukugabanya uburemere bungana, bikaba vyihutisha guhindura umuyagankuba. Inganda zikora imodoka zibona 400 Wh/kg nk’urugero rutuma imodoka zikoreshwa n’umuyagankuba zikoresha uburemere n’igiciro n’ibinyabiziga bisanzwe mu bice vyose vy’isoko.

Gutahura inguvu zidasanzwe n’ingaruka zavyo birafasha abahinga, abahinguzi n’abaguzi gufata ingingo zijanye n’ubuhinga bwo kubika inguvu. Yaba guhitamwo ubuhinga bushasha bwa bateri ku kintu gishasha, gusuzuma ivyo imodoka ikoresha, canke gutahura igituma ibikorwa bimwebimwe biguma birenze ubushobozi bwa bateri, inguvu zihariye zitanga ikibanza nyamukuru. Uko ubushakashatsi busunika iyo nzira y’ubuhinga bwa none, mbere y’aho idashobora gukora, bigatuma ugira uruhara rw’ububiko bw’inguvu z’amashanyarazi mu buhinga bwa none.