Свету патрэбна больш энергіі, пажадана ў чыстай і аднаўляльнай форме.Нашы стратэгіі назапашвання энергіі ў цяперашні час фарміруюцца літый-іённымі акумулятарамі - на пярэднім краі такіх тэхналогій - але што мы можам чакаць у бліжэйшыя гады?
Давайце пачнем з асноў батарэі.Акумулятар - гэта набор з аднаго або некалькіх элементаў, кожны з якіх мае станоўчы электрод (катод), адмоўны электрод (анод), сепаратар і электраліт.Выкарыстанне для гэтага розных хімічных рэчываў і матэрыялаў уплывае на ўласцівасці акумулятара - колькі энергіі ён можа назапашваць і выдаваць, колькі энергіі ён можа забяспечваць або колькі разоў ён можа разраджацца і зараджацца (таксама называецца цыклічнай ёмістасцю).
Кампаніі, якія вырабляюць акумулятары, пастаянна эксперыментуюць, каб знайсці больш танныя, шчыльныя, лёгкія і магутныя хімікаты.Мы пагаварылі з Патрыкам Бернарам, дырэктарам даследаванняў Saft, які растлумачыў тры новыя тэхналогіі акумулятараў з патэнцыялам трансфармацыі.
ЛІТЫЙ-ІОННЫЯ АКУМУЛЯТАРЫ НОВАГА ПАКАЛЕННЯ
Што гэта?
У літый-іённых (літый-іённых) батарэях назапашванне і вызваленне энергіі забяспечваецца рухам іёнаў літыя ад станоўчага электрода да адмоўнага наперад і назад праз электраліт.У гэтай тэхналогіі станоўчы электрод выступае ў якасці пачатковай крыніцы літыя, а адмоўны - у якасці носьбіта для літыя.Некалькі хімічных рэчываў сабраны пад назвай літый-іённыя акумулятары ў выніку дзесяцігоддзяў адбору і аптымізацыі, блізкіх да дасканаласці станоўчых і адмоўных актыўных матэрыялаў.Літыяваныя аксіды або фасфаты металаў з'яўляюцца найбольш распаўсюджаным матэрыялам, які выкарыстоўваецца ў якасці сучасных станоўчых матэрыялаў.У якасці негатыўных матэрыялаў выкарыстоўваюцца графіт, а таксама аксіды графіту/крэмнія або літый аксіды тытана.
Чакаецца, што з рэальнымі матэрыяламі і канструкцыямі элементаў літый-іённая тэхналогія дасягне ліміту энергіі ў бліжэйшыя гады.Тым не менш, нядаўнія адкрыцці новых сямействаў разбуральных актыўных матэрыялаў павінны раскрыць цяперашнія межы.Гэтыя інавацыйныя злучэнні могуць захоўваць больш літыя ў станоўчых і адмоўных электродах і дазволяць упершыню аб'яднаць энергію і моц.Акрамя таго, у гэтых новых злучэннях таксама ўлічваецца дэфіцыт і крытычнасць сыравіны.
Якія яго перавагі?
Сёння сярод усіх сучасных тэхналогій захоўвання дадзеных тэхналогія літый-іённых акумулятараў забяспечвае самы высокі ўзровень шчыльнасці энергіі.Такія характарыстыкі, як хуткая зарадка або працоўнае акно тэмпературы (ад -50°C да 125°C), можна наладзіць з дапамогай шырокага выбару дызайну ячэек і хімічных рэчываў.Акрамя таго, літый-іённыя батарэі дэманструюць дадатковыя перавагі, такія як вельмі нізкі самаразрад і вельмі працяглы тэрмін службы і цыклічныя характарыстыкі, як правіла, тысячы цыклаў зарадкі/разрадкі.
Калі чакаць?
Чакаецца, што новае пакаленне ўдасканаленых літый-іённых батарэй будзе разгорнута раней, чым цвёрдацельныя батарэі першага пакалення.Яны будуць ідэальнымі для выкарыстання ў такіх праграмах, як сістэмы захоўвання энергііаднаўляльныя крыніцы энергііі транспарт (марскі, чыгунка,авіяцыіі пазадарожная мабільнасць), дзе высокая энергія, высокая магутнасць і бяспека абавязковыя.
ЛІТЫЕВА-СЕРНЫЯ АКУМУЛЯТАРЫ
Што гэта?
У літый-іённых батарэях іёны літыя захоўваюцца ў актыўных матэрыялах, якія дзейнічаюць як стабільныя асноўныя структуры падчас зарадкі і разрадкі.У літый-серных (Li-S) батарэях няма асноўных структур.Падчас разрадкі літыевы анод расходуецца, і сера ператвараецца ў розныя хімічныя злучэнні;падчас зарадкі адбываецца зваротны працэс.
Якія яго перавагі?
Li-S батарэя выкарыстоўвае вельмі лёгкія актыўныя матэрыялы: серу ў станоўчым электродзе і металічны літый у якасці адмоўнага электрода.Вось чаму яго тэарэтычная шчыльнасць энергіі незвычайна высокая: у чатыры разы большая, чым у літый-іённага.Гэта робіць яго добрым варыянтам для авіяцыйнай і касмічнай прамысловасці.
Кампанія Saft выбрала найбольш перспектыўную тэхналогію Li-S на аснове цвёрдацельнага электраліта.Гэты тэхнічны шлях забяспечвае вельмі высокую шчыльнасць энергіі, працяглы тэрмін службы і пераадольвае асноўныя недахопы Li-S на аснове вадкасці (абмежаваны тэрмін службы, высокі самаразрад, …).
Акрамя таго, гэтая тэхналогія з'яўляецца дадаткам да цвёрдацельнай літый-іённай дзякуючы яе найвышэйшай гравіметрычнай шчыльнасці энергіі (+30% у Вт·гадз/кг).
Калі чакаць?
Асноўныя тэхналагічныя бар'еры ўжо пераадолены, і ўзровень сталасці вельмі хутка прасоўваецца да поўнамаштабных прататыпаў.
Чакаецца, што для прыкладанняў, якія патрабуюць працяглага тэрміну службы батарэі, гэтая тэхналогія выйдзе на рынак адразу пасля цвёрдацельнай літый-іённай.
ЦВёрдацельныя батарэі
Што гэта?
Цвёрдацельныя батарэі ўяўляюць сабой змену парадыгмы з пункту гледжання тэхналогіі.У сучасных літый-іённых батарэях іёны перамяшчаюцца ад аднаго электрода да іншага праз вадкі электраліт (таксама званая іённай праводнасцю).У цалкам цвёрдацельных батарэях вадкі электраліт заменены цвёрдым злучэннем, якое, тым не менш, дазваляе іёнам літыя міграваць у ім.Гэтая канцэпцыя далёка не новая, але за апошнія 10 гадоў - дзякуючы інтэнсіўным сусветным даследаванням - былі адкрыты новыя сямействы цвёрдых электралітаў з вельмі высокай іённай праводнасцю, падобнай да вадкага электраліта, што дазваляе пераадолець гэты канкрэтны тэхналагічны бар'ер.
Сёння,СафтНамаганні ў галіне даследаванняў і распрацовак сканцэнтраваны на 2 асноўных тыпах матэрыялаў: палімерах і неарганічных злучэннях, накіраваных на сінэргію фізіка-хімічных уласцівасцей, такіх як тэхналагічнасць, стабільнасць, праводнасць ...
Якія яго перавагі?
Першая велізарная перавага - прыкметнае павышэнне бяспекі на ўзроўні элементаў і батарэй: цвёрдыя электраліты не гаручыя пры награванні, у адрозненне ад іх вадкіх аналагаў.Па-другое, гэта дазваляе выкарыстоўваць інавацыйныя матэрыялы з высокім напругай і вялікай ёмістасцю, што дазваляе вырабляць больш шчыльныя і лёгкія батарэі з лепшым тэрмінам захоўвання ў выніку зніжэння самаразраду.Больш за тое, на сістэмным узроўні гэта прынясе дадатковыя перавагі, такія як спрошчаная механіка, а таксама кіраванне тэмпературай і бяспекай.
Паколькі акумулятары могуць дэманстраваць высокае суадносіны магутнасці і вагі, яны могуць быць ідэальнымі для выкарыстання ў электрамабілях.
Калі чакаць?
Некалькі відаў цвёрдацельных акумулятараў, хутчэй за ўсё, з'явяцца на рынку па меры развіцця тэхналагічнага прагрэсу.Першымі будуць цвёрдацельныя акумулятары з анодамі на аснове графіту, якія забяспечваюць палепшаную энергетычную прадукцыйнасць і бяспеку.З часам больш лёгкія тэхналогіі цвёрдацельных батарэй з выкарыстаннем металічнага літыевага анода павінны стаць камерцыйна даступнымі.
Час публікацыі: 3 жніўня 2022 г