Svijetu je potrebno više energije, po mogućnosti u obliku koji je čist i obnovljiv.Naše strategije skladištenja energije trenutno su oblikovane litijum-jonskim baterijama – na vrhuncu takve tehnologije – ali čemu se možemo radovati u godinama koje dolaze?
Počnimo s nekim osnovama baterija.Baterija je paket od jedne ili više ćelija, od kojih svaka ima pozitivnu elektrodu (katodu), negativnu elektrodu (anoda), separator i elektrolit.Korištenje različitih kemikalija i materijala za njih utječe na svojstva baterije – koliko energije može pohraniti i proizvesti, koliko energije može pružiti ili koliko puta se može isprazniti i napuniti (koji se naziva i kapacitet ciklusa).
Kompanije koje se bave baterijom neprestano eksperimentišu kako bi pronašle hemije koje su jeftinije, gušće, lakše i moćnije.Razgovarali smo s Patrickom Bernardom – direktorom istraživanja Safta, koji nam je objasnio tri nove tehnologije baterija s transformativnim potencijalom.
LITIJ-JONSKE BATERIJE NOVE GENERACIJE
Šta je?
U litijum-jonskim (li-jonskim) baterijama, skladištenje i oslobađanje energije obezbeđuje se kretanjem litijum jona od pozitivne do negativne elektrode napred i nazad preko elektrolita.U ovoj tehnologiji, pozitivna elektroda djeluje kao početni izvor litijuma, a negativna elektroda kao domaćin za litij.Nekoliko hemija okupljeno je pod nazivom litijum-jonske baterije, kao rezultat decenija selekcije i optimizacije blizu savršenstva pozitivnih i negativnih aktivnih materijala.Litirani metalni oksidi ili fosfati su najčešći materijal koji se koristi kao prisutni pozitivni materijali.Kao negativni materijali koriste se grafit, ali i grafit/silicijum ili litirani titanijum oksidi.
Sa stvarnim materijalima i dizajnom ćelija, očekuje se da će litijum-jonska tehnologija dostići energetsku granicu u narednim godinama.Ipak, vrlo nedavna otkrića novih porodica disruptivnih aktivnih materijala trebala bi otključati sadašnja ograničenja.Ova inovativna jedinjenja mogu pohraniti više litijuma u pozitivne i negativne elektrode i omogućit će po prvi put kombiniranje energije i snage.Osim toga, kod ovih novih spojeva, oskudnost i kritičnost sirovina također se uzimaju u obzir.
Koje su njegove prednosti?
Danas, među svim najsavremenijim tehnologijama skladištenja, tehnologija litijum-jonskih baterija omogućava najviši nivo gustine energije.Performanse kao što su brzo punjenje ili radni prozor za temperaturu (-50°C do 125°C) mogu se fino podesiti velikim izborom dizajna ćelija i hemije.Nadalje, litijum-jonske baterije pokazuju dodatne prednosti kao što su vrlo nisko samopražnjenje i vrlo dug životni vijek i performanse ciklusa, obično hiljade ciklusa punjenja/pražnjenja.
Kada to možemo očekivati?
Očekuje se da će nova generacija naprednih litijum-jonskih baterija biti uvedena prije prve generacije čvrstih baterija.Biće idealni za upotrebu u aplikacijama kao što su sistemi za skladištenje energije zaobnovljivi izvori energijei prevoz (marinac, željeznice,avijacijai off road mobilnost) gdje su velika energija, velika snaga i sigurnost obavezni.
LIT-SUMPER BATERIJE
Šta je?
U litijum-jonskim baterijama, litijum joni se pohranjuju u aktivnim materijalima koji deluju kao stabilne strukture domaćina tokom punjenja i pražnjenja.U litijum-sumpornim (Li-S) baterijama nema struktura domaćina.Prilikom pražnjenja, litijum anoda se troši i sumpor se pretvara u razne hemijske spojeve;tokom punjenja odvija se obrnuti proces.
Koje su njegove prednosti?
Li-S baterija koristi vrlo lagane aktivne materijale: sumpor u pozitivnoj elektrodi i metalni litijum kao negativnu elektrodu.Zbog toga je njegova teoretska gustina energije izuzetno visoka: četiri puta veća od litijum-jonske.To ga čini pogodnim za avijaciju i svemirsku industriju.
Saft je odabrao i favorizirao najperspektivniju Li-S tehnologiju baziranu na čvrstom elektrolitu.Ovaj tehnički put donosi veoma visoku gustinu energije, dug životni vek i prevazilazi glavne nedostatke Li-S baziranog na tečnosti (ograničen životni vek, visoko samopražnjenje,…).
Štaviše, ova tehnologija je dopuna čvrstom litijum-jonskom stanju zahvaljujući svojoj superiornoj gravimetrijskoj gustoći energije (+30% u Wh/kg).
Kada to možemo očekivati?
Glavne tehnološke barijere su već prevaziđene i nivo zrelosti napreduje veoma brzo ka prototipovima u punoj veličini.
Za aplikacije koje zahtijevaju dugo trajanje baterije, očekuje se da će ova tehnologija stići na tržište odmah nakon litijum-jonskog čvrstog stanja.
SOLID STATE BATERIES
Šta je?
Solid state baterije predstavljaju promjenu paradigme u smislu tehnologije.U modernim litijum-jonskim baterijama, joni se kreću od jedne elektrode do druge preko tečnog elektrolita (takođe se naziva jonska provodljivost).U potpuno čvrstim baterijama, tekući elektrolit je zamijenjen čvrstim spojem koji ipak omogućava litijum jonima da migriraju unutar njega.Ovaj koncept je daleko od novog, ali u proteklih 10 godina – zahvaljujući intenzivnim svjetskim istraživanjima – otkrivene su nove porodice čvrstih elektrolita s vrlo visokom jonskom provodljivošću, slično kao kod tekućeg elektrolita, što omogućava prevazilaženje ove posebne tehnološke barijere.
danas,SaftNapori istraživanja i razvoja fokusirani su na 2 glavna tipa materijala: polimere i anorganska jedinjenja, sa ciljem sinergije fizičko-hemijskih svojstava kao što su obradivost, stabilnost, provodljivost…
Koje su njegove prednosti?
Prva ogromna prednost je značajno poboljšanje sigurnosti na nivou ćelije i baterije: čvrsti elektroliti nisu zapaljivi kada se zagrijavaju, za razliku od svojih tekućih kolega.Drugo, dozvoljava upotrebu inovativnih, visokonaponskih materijala velikog kapaciteta, omogućavajući gušće, lakše baterije s boljim vijekom trajanja kao rezultat smanjenog samopražnjenja.Štaviše, na nivou sistema, to će donijeti dodatne prednosti kao što su pojednostavljena mehanika, kao i upravljanje toplinom i sigurnošću.
Budući da baterije mogu pokazati visok omjer snage i težine, mogu biti idealne za upotrebu u električnim vozilima.
Kada to možemo očekivati?
Nekoliko vrsta potpuno čvrstih baterija će vjerovatno doći na tržište kako se tehnološki napredak nastavi.Prve će biti čvrste baterije sa anodama na bazi grafita, koje će donijeti poboljšane energetske performanse i sigurnost.S vremenom bi tehnologije lakših solid state baterija koje koriste metalnu litijumsku anodu trebale postati komercijalno dostupne.
Vrijeme objave: 03.08.2022