Die wêreld het meer krag nodig, verkieslik in 'n vorm wat skoon en hernubaar is.Ons energiebergingstrategieë word tans gevorm deur litiumioonbatterye – aan die voorpunt van sulke tegnologie – maar waarna kan ons uitsien in die komende jare?
Kom ons begin met 'n paar basiese beginsels van batterye.'n Battery is 'n pak van een of meer selle, wat elk 'n positiewe elektrode (die katode), 'n negatiewe elektrode (die anode), 'n skeier en 'n elektroliet het.Die gebruik van verskillende chemikalieë en materiale hiervoor beïnvloed die eienskappe van die battery – hoeveel energie dit kan stoor en lewer, hoeveel krag dit kan verskaf of die aantal kere wat dit ontlaai en herlaai kan word (ook genoem fietsrykapasiteit).
Batterymaatskappye eksperimenteer voortdurend om chemie te vind wat goedkoper, digter, ligter en kragtiger is.Ons het gesels met Patrick Bernard – Saft Research Director, wat drie nuwe batterytegnologieë met transformerende potensiaal verduidelik het.
NUWE GENERASIE LITIUM-IONE BATTERYE
Wat is dit?
In litium-ioon (li-ion) batterye word energieberging en vrystelling verskaf deur die beweging van litiumione van die positiewe na die negatiewe elektrode heen en weer via die elektroliet.In hierdie tegnologie tree die positiewe elektrode op as die aanvanklike litiumbron en die negatiewe elektrode as die gasheer vir litium.Verskeie chemieë word versamel onder die naam van li-ioonbatterye, as gevolg van dekades van seleksie en optimalisering naby perfeksie van positiewe en negatiewe aktiewe materiale.Gelitieerde metaaloksiede of fosfate is die mees algemene materiaal wat as huidige positiewe materiale gebruik word.Grafiet, maar ook grafiet/silikon of gelitieerde titaanoksiede word as negatiewe materiale gebruik.
Met werklike materiale en selontwerpe word verwag dat li-ion-tegnologie in die volgende komende jare 'n energielimiet sal bereik.Nietemin behoort baie onlangse ontdekkings van nuwe families van ontwrigtende aktiewe materiale huidige perke te ontsluit.Hierdie innoverende verbindings kan meer litium in positiewe en negatiewe elektrodes stoor en sal vir die eerste keer toelaat om energie en krag te kombineer.Daarbenewens word met hierdie nuwe verbindings die skaarsheid en kritiekheid van grondstowwe ook in ag geneem.
Wat is die voordele daarvan?
Vandag, onder al die moderne bergingstegnologieë, laat li-ion battery tegnologie die hoogste vlak van energiedigtheid toe.Werkverrigtings soos vinnige laai of temperatuur bedryfsvenster (-50°C tot 125°C) kan verfyn word deur die groot keuse van selontwerp en chemie.Verder vertoon li-ioon-batterye bykomende voordele soos baie lae selfontlading en baie lang leeftyd en fietsryprestasies, tipies duisende laai/ontlaai-siklusse.
Wanneer kan ons dit verwag?
Nuwe generasie gevorderde li-ioon-batterye sal na verwagting ontplooi word voor die eerste generasie vastestofbatterye.Hulle sal ideaal wees vir gebruik in toepassings soos Energiebergingstelsels virhernubare energieen vervoer (mariene, spoorweë,lugvaarten veldrymobiliteit) waar hoë energie, hoë krag en veiligheid verpligtend is.
LITIUM-SWWAEL BATTERYE
Wat is dit?
In li-ioonbatterye word die litiumione gestoor in aktiewe materiale wat as stabiele gasheerstrukture optree tydens laai en ontlading.In litium-swael (Li-S) batterye is daar geen gasheerstrukture nie.Tydens ontlading word die litiumanode verbruik en swael omskep in 'n verskeidenheid chemiese verbindings;tydens laai vind die omgekeerde proses plaas.
Wat is die voordele daarvan?
’n Li-S-battery gebruik baie ligte aktiewe materiale: swael in die positiewe elektrode en metaallitium as die negatiewe elektrode.Dit is hoekom sy teoretiese energiedigtheid buitengewoon hoog is: vier keer groter as dié van litiumioon.Dit maak dit 'n goeie pas vir die lugvaart- en ruimtebedrywe.
Saft het die mees belowende Li-S-tegnologie gebaseer op vastestof-elektroliet gekies en bevoordeel.Hierdie tegniese pad bring baie hoë energiedigtheid, lang lewe en oorkom die belangrikste nadele van die vloeistofgebaseerde Li-S (beperkte lewe, hoë selfontlading, …).
Verder is hierdie tegnologie aanvullend tot vastestof litiumioon danksy sy voortreflike gravimetriese energiedigtheid (+30% op die spel in Wh/kg).
Wanneer kan ons dit verwag?
Groot tegnologiese hindernisse is reeds oorkom en die volwassenheidsvlak vorder baie vinnig na volskaalse prototipes.
Vir toepassings wat 'n lang batterylewe benodig, word verwag dat hierdie tegnologie die mark sal bereik net ná vaste toestand litium-ioon.
VASTE TOESTAND BATTERYE
Wat is dit?
Vastetoestandbatterye verteenwoordig 'n paradigmaskuif in terme van tegnologie.In moderne li-ioonbatterye beweeg ione van een elektrode na 'n ander oor die vloeibare elektroliet (ook genoem ioniese geleidingsvermoë).In volvaste toestand batterye word die vloeibare elektroliet vervang deur 'n soliede verbinding wat nietemin litiumione daarin laat migreer.Hierdie konsep is ver van nuut, maar oor die afgelope 10 jaar - danksy intensiewe wêreldwye navorsing - is nuwe families van vaste elektroliete ontdek met baie hoë ioniese geleidingsvermoë, soortgelyk aan vloeibare elektroliet, wat hierdie spesifieke tegnologiese hindernis laat oorkom.
Vandag,SaftNavorsing- en ontwikkelingspogings fokus op 2 hoofmateriaaltipes: polimere en anorganiese verbindings, met die doel om die sinergie van die fisies-chemiese eienskappe soos verwerkbaarheid, stabiliteit, geleidbaarheid ...
Wat is die voordele daarvan?
Die eerste groot voordeel is 'n merkbare verbetering in veiligheid op sel- en batteryvlakke: vaste elektroliete is nie-vlambaar wanneer dit verhit word nie, anders as hul vloeibare eweknieë.Tweedens laat dit die gebruik van innoverende, hoë-spanning hoë-kapasiteit materiale toe, wat digter, ligter batterye met beter raklewe moontlik maak as gevolg van verminderde selfontlading.Boonop sal dit op stelselvlak bykomende voordele inhou, soos vereenvoudigde meganika sowel as termiese en veiligheidsbestuur.
Aangesien die batterye 'n hoë krag-tot-gewig-verhouding kan toon, kan hulle ideaal wees vir gebruik in elektriese voertuie.
Wanneer kan ons dit verwag?
Verskeie soorte volvaste toestand-batterye sal waarskynlik op die mark kom namate tegnologiese vooruitgang voortduur.Die eerste sal soliede toestand batterye met grafiet-gebaseerde anodes wees, wat verbeterde energieprestasie en veiligheid bring.Mettertyd sal ligter vaste toestand batterytegnologieë wat 'n metaallitiumanode gebruik, kommersieel beskikbaar te word.
Postyd: Aug-03-2022