اثرات زیست محیطی باتری های متعارف

شمارنده های باتری در تنظیمات مهندسی در همه جا وجود دارد، ارائه اندازه گیری های انتقادی در خطوط تولید، تدارکات و عملیات میدانی.با این حال، وابستگی گسترده به باتری های اولیه (غیر مجاز) یک بار زیست محیطی قابل توجه ایجاد کرده است، میلیاردها باتری واحد استخراج شده، بسیاری از فلزات سنگین مانند کادمیوم، جیوه و سرب این سموم می توانند به مقادیر زیست محیطی پایدار، و ضروری برای بررسی قطعات، و زیرساخت های بزرگ، و نیاز به تجزیه و تحلیل کربن، و تحلیل، و تحلیل، و تحلیل، و تحلیل، و انتقال کربن، اغلب به روش های بزرگ، و تجزیه و انتقال کربن، محدود کردن، و جلوگیری از طریق پردازش کربن، و جلوگیری از آن، محدود کردن، و انتقال کربن، محدود کردن، و جلوگیری از طریق پردازش کربن، محدود کردن، محدود کردن، محدود کردن، بسیاری از مواد شیمیایی، و نیاز به روش های سنگین، محدود کردن، و جلوگیری از مواد شیمیایی، استفاده از آن، محدود کردن، بسیاری از مواد شیمیایی، محدود کردن، و پردازش های سنگین، و پردازش های سخت افزاری، محدود کردن، محدود، محدود، محدود، و پردازش های سخت افزاری آن، و پردازش های سخت افزاری، محدود کردن، محدود کردن، محدود کردن، محدود کردن، محدود، محدود کردن، محدود کردن، محدود

تجزیه و تحلیل چرخه عمر یک شمارنده معمولی باتری نشان می دهد که بزرگترین تاثیر زیست محیطی در طول مراحل استخراج مواد خام و دفع مواد رخ می دهد، حتی کارآمدترین سلول قلیایی تقریبا 50 برابر وزن خود را در سوخت های فسیلی در طول تولید مصرف می کند. با تغییر به منابع انرژی تجدید پذیر یا قابل بازیافت، مهندسان می توانند به طور چشمگیری این خطرات را کاهش دهند.

الزامات کلیدی برای راه حل های قدرت سازگار با محیط زیست

هر منبع قدرت جایگزین برای مقابله های باتری باید با چندین معیار غیر قابل مذاکره مطابقت داشته باشد: خروجی ولتاژ ثابت، چگالی انرژی بالا، عمر عملیاتی طولانی و توانایی عملکرد در محیط های سخت (شمال های دما، ارتعاشات، رطوبت) علاوه بر این، راه حل باید زباله را به حداقل برساند و بازیافت پایان عمر را تسهیل کند.

تکنولوژی های باتری قابل شارژ

فسفات آهن لیتیوم-Ion و فسفات آهن لیتیوم

باتری های لیتیوم یون (Li-ion) استاندارد برای وسایل الکترونیکی قابل حمل شده اند و به طور فزاینده ای در شمارنده های صنعتی به تصویب رسیده اند. سلول های مدرن لی-یون چگالی انرژی بالا (250-300 Wh / کیلوگرم) را ارائه می دهند و می توانند صدها چرخه ذخیره سازی را تحمل کنند، به طور چشمگیری کاهش زباله در مقایسه با سلول های تک استفاده. [F:0] فسفات آهن فسفات (LFP) [F]

باتری های جامد

در افق باتری های حالت جامد هستند که جایگزین الکترولیت مایع با یک جداکننده سرامیکی جامد یا پلیمر می شوند، این وعده ها حتی تراکم انرژی بالاتر (400+ Wh / کیلوگرم)، شارژ سریع تر و ایمنی بهبود یافته - هیچ خطر فرار حرارتی هنوز هم گران قیمت برای استقرار گسترده، محصولات تجاری اولیه در سنسورهای صنعتی به نظر می رسد.

نیکل- متال هیدروکسید (NiMH)

برای برنامه هایی که حساسیت هزینه ها بسیار مهم است، هیدروکسیل نیکل فلزی یک گزینه قابل شارژ قابل قبول باقی می ماند. سلول های NiMH به طور گسترده ای در دسترس هستند، حاوی مواد سمی کمتری نسبت به نیکل-cadmium (NiCd) هستند و زندگی چرخه خوب (500 تا 1000 چرخه انرژی آنها (60-120 / کیلوگرم) کمتر از سلول های مبتنی بر لیتیوم است، اما برای مقابله با انرژی کم استفاده می شود، آنها می تواند یک انتخاب اقتصادی متناوب باشد.

برداشت انرژی برای مقابله

شاید تحول برانگیزترین روش حذف کامل باتری ها با تجزیه و تحلیل انرژی محیط زیست باشد.تکنولوژی برداشت انرژی، مقدار کمی از انرژی را از محیط اطراف به طور مستقیم دستگاه ها یا یک سلول ذخیره سازی کوچک را جذب می کند.

عکس برداری (Solar)

سلول های خورشیدی داخلی، مانند سلول های خورشیدی حساس (DSSC) یا نازک یک پانل سیلیکون بی شکل، می تواند نور مصنوعی را به برق تبدیل کند، حتی در حالت عادی دفتر یا سطوح روشنایی انبار (200-500 لوکس)، یک پانل کوچک می تواند ده ها میکرووات تولید کند.

برداشت Pzoالکتریک

شمارنده های نصب شده بر روی ماشین آلات، کمربند نقاله یا نزدیک موتور خودرو می توانند از ژنراتورهای پازوالکتریک بهره مند شوند، این دستگاه ها از کریستال ها یا سرامیک هایی استفاده می کنند که ولتاژ را تولید می کنند، هنگامی که به طور مکانیکی تحت فشار قرار می گیرند، یک گیرنده ارتعاشی منفرد می تواند 1 تا 10 میلی لیتر قدرت تولید کند – برای افزایش یک ضد زنگ بی سیم یا انتقال دهد.

برداشت مجدد از Thermo Electric

در جایی که شیب های دما وجود دارند (به عنوان مثال، بین یک مسکن موتور گرم و هوای محیط)، ژنراتورهای حرارتی (TEGs) از اثر Seeبک برای تولید برق استفاده می کنند. ماژول های مدرن TEG فشرده هستند و می توانند تا چندین میلی وات از یک تفاوت 10-20 ° C تحویل دهند. این باعث می شود آنها برای مقابله با سیستم های HVAC، موتورهای تهویه مطبوع یا تاسیسات خورشیدی ایده آل باشند.

برداشت های مستقیم و RF

برای شمارنده های قابل حمل یا دستی، برداشت کنندگان خویشاوندی که حرکت (پیاده روی، ابزار) را به برق تبدیل می کنند، توسعه یافته اند. برداشت انرژی با فرکانس رادیویی (RF) از Wi-Fi یا سیگنال های سلولی نیز در حال ظهور است، هر چند محدود به قدرت بسیار کم (MicrokW) این فن آوری ها می توانند باتری های قابل شارژ را تکمیل کنند، گسترش فواصل بین چرخه های شارژ.

سیستم های هیبریدی و مدیریت هوشمند قدرت

هیچ منبع قدرت سازگار با محیط زیست برای هر وضعیت عملیاتی مناسب نیست، قوی ترین طرح ها از یک رویکرد هیبریدی استفاده می کنند: یک برداشت کننده انرژی اولیه (به عنوان مثال پانل خورشیدی) با یک واحد ذخیره سازی کوچک (پر خازن یا سلول لیتیوم) جفت شده است. هوشمند سیستم های مدیریت یکپارچه (PMIC) [FLT 1) به طور مداوم مانیتورهای انرژی موجود، و ذخیره سازی عمیق، و جلوگیری از تخلیه این عناصر باتری، و جلوگیری از تخلیه باتری.

سوپر خازن ها سزاوار ذکر ویژه هستند.آنها زندگی بسیار بالایی (500٪ چرخه)، شارژ سریع / ⁇ را ارائه می دهند و بیش از یک محدوده دمای گسترده (-40 °C تا 85 درجه سانتیگراد) را ارائه می دهند که همراه با باتری کوچک قابل شارژ یا سلول سوختی، سوپر خازن ها با تقاضای بالا در حال حاضر (به عنوان مثال، ضد موتور یا انتقال بی سیم) همراه هستند در حالی که باعث بهبود سیستم سرعت و سرعت صرفه جویی در طول عمر می شود.

طراحی برای پایداری: مواد و پایان زندگی

فراتر از منبع قدرت، طراحی ضد باید بازیافت و کاهش انرژی جاسازی شده را ترویج کند. مهندسان باید اولویت بندی کنند (FLT:0) الکترونیک کم انرژی - مانند ARM Cortex-M0 + میکروکنترلرهای با حالت های خواب عمیق، نمایشگرهای e-ink که تصاویر را بدون قدرت حفظ می کنند، و پروتکل های بی سیم مانند بلوتوث کم انرژی یا لودو مصرف می کنند که کل بسته بندی شده است.

استفاده از مواد قابل بازیافت یا تخریب پذیر برای مسکن و تخته های مدار بیشتر اثرات زیست محیطی را کاهش می دهد. پلاستیک های مبتنی بر Bio (PLA، PHA) و آلومینیوم بازیافت شده در محفظه های دستگاه صنعتی جذب می شوند. برندها و مارک ها باید ترکیبات مواد را برای تسهیل در پایان عمر مصرف کنند.

مطالعات موردی: مقابله با محیط زیست-دوست در عمل

چندین بخش مهندسی در حال حاضر راه حل های قدرت پایدار را در لجستیک اتخاذ کرده اند، شمارنده های بسته بندی با قدرت حل کننده در سقف انبار نصب شده است استفاده از نور محیط و یک سوپر خازن کوچک برای ردیابی موجودی با زباله های باتری صفر، در خطوط مونتاژ خودرو، به تازگی، [F:2piezo Electric گشتاور ضد [F3] [F:3] انرژی برداشت انرژی از ابزار کاهش قابل شارژ باتری، از طریق 90٪ از طریق تغییرات قابل شارژ باتری گزارش شده است.

شبکه های نظارت محیط زیست هزاران شمارنده باتری را برای اندازه گیری کیفیت هوا یا جریان آب، با ادغام (FLT:0) و یا برداشت کنندگان الکتریکی با استفاده از تفاوت دما بین دستگاه الکترونیک و هوا محیط، برخی ایستگاه ها به طور مداوم برای بیش از پنج سال بدون جایگزینی باتری عمل کرده اند.این مثال ها نشان می دهد که قدرت سازگار با محیط زیست یک گزینه ی قابل توجه نیست.

مسیرهای آینده و مرزهای تحقیقاتی

دهه بعد نوآوری های بیشتری را به همراه خواهد آورد (FLT:0) باتری های قابل تنظیم و چاپی می توانند به طور مستقیم در محفظه های ضد جاسازی شوند، مطابق با اشکال پیچیده و ارائه قدرت با حداقل وزن اضافه شده، Bio Fuel cell] که برق را از ترکیبات آلی تولید می کند (به عنوان مثال، گلوکز یا بررسی شده) برای استفاده از سیستم های برق مرکزی (F2) که حتی می توانند از محیط های ضد فیبرهای انتقال مجدد استفاده کنند.

برای بررسی عمیق تر فنی برداشت انرژی برای سنسورهای صنعتی، IEEE] مقاله " برداشت انرژی برای شبکه های حسگر بی سیم" یک خلاصه معتبر ارائه می دهد تجهیزات انرژی در تولید باتری پایدار [FLT3] [F3] راهنمایی در مواد و بهترین روش های بازیافت ارائه می دهد. [۳]

نتیجه گیری

توسعه راه حل های قدرت سازگار با محیط زیست برای شمارنده های باتری، هم یک ضرورت زیست محیطی و هم یک مزیت رقابتی است.با اتخاذ شیمی گران قابل شارژ، فن آوری های برداشت انرژی، مدیریت انرژی هوشمند و اصول طراحی پایدار، تیم های مهندسی می توانند به طور قابل توجهی کاهش زباله، هزینه های عملیاتی پایین تر، و هم تراز با اهداف جهانی کربن سازی، فن آوری بالغ هستند، مزایای روشن هستند، و انتقال باقی مانده در حال حاضر در حال انجام است - و راه حل گسترده ای از ادغام جامعه است - و راه حل و هدایت مهندسی است.