El món necessita més energia, preferiblement en una forma neta i renovable.Les nostres estratègies d'emmagatzematge d'energia estan modelades actualment per bateries d'ions de liti, a l'avantguarda d'aquesta tecnologia, però què podem esperar en els propers anys?
Comencem amb alguns conceptes bàsics de la bateria.Una bateria és un paquet d'una o més cèl·lules, cadascuna de les quals té un elèctrode positiu (el càtode), un elèctrode negatiu (l'ànode), un separador i un electròlit.L'ús de diferents productes químics i materials per a aquests afecta les propietats de la bateria: quanta energia pot emmagatzemar i produir, quanta potència pot proporcionar o el nombre de vegades que es pot descarregar i recarregar (també anomenada capacitat de cicle).
Les empreses de bateries experimenten constantment per trobar productes químics més barats, més densos, més lleugers i més potents.Parlem amb Patrick Bernard, director de recerca de Saft, que va explicar tres noves tecnologies de bateries amb potencial transformador.
BATERIES D'IONS DE LITI DE NOVA GENERACIÓ
Què es?
A les bateries d'ions de liti (li-ió), l'emmagatzematge i l'alliberament d'energia es proporcionen pel moviment dels ions de liti de l'elèctrode positiu al negatiu d'anada i tornada a través de l'electròlit.En aquesta tecnologia, l'elèctrode positiu actua com a font de liti inicial i l'elèctrode negatiu com a host del liti.Sota el nom de bateries d'ió liti es reuneixen diverses químiques, fruit de dècades de selecció i optimització properes a la perfecció de materials actius positius i negatius.Els òxids o fosfats metàl·lics litiats són el material més utilitzat com a materials positius presents.Com a materials negatius s'utilitzen grafit, però també grafit/silici o òxids de titani litiats.
Amb materials reals i dissenys de cèl·lules, s'espera que la tecnologia d'ions de liti assoleixi un límit energètic en els propers anys.No obstant això, els descobriments molt recents de noves famílies de materials actius disruptius haurien de desbloquejar els límits actuals.Aquests compostos innovadors poden emmagatzemar més liti en elèctrodes positius i negatius i permetran per primera vegada combinar energia i potència.A més, amb aquests nous compostos també es té en compte l'escassetat i la criticitat de les matèries primeres.
Quins són els seus avantatges?
Avui, entre totes les tecnologies d'emmagatzematge d'última generació, la tecnologia de bateries d'ions de liti permet el nivell més alt de densitat d'energia.Les prestacions com ara la càrrega ràpida o la finestra d'operació de la temperatura (-50 °C fins a 125 °C) es poden ajustar amb la gran varietat de dissenys de cèl·lules i química.A més, les bateries d'ions de liti mostren avantatges addicionals com ara una autodescàrrega molt baixa i una vida útil molt llarga i rendiments de cicle, normalment milers de cicles de càrrega/descàrrega.
Quan ho podem esperar?
S'espera que la nova generació de bateries avançades d'ió liti es desplegarà abans de la primera generació de bateries d'estat sòlid.Seran ideals per utilitzar-los en aplicacions com ara sistemes d'emmagatzematge d'energiarenovablesi transport (marí, ferrocarrils,aviaciói mobilitat fora de carretera) on l'alta energia, alta potència i seguretat són obligatòries.
PILES DE LITI-SOFRE
Què es?
A les bateries d'ió liti, els ions de liti s'emmagatzemen en materials actius que actuen com a estructures hostes estables durant la càrrega i la descàrrega.A les bateries de sofre de liti (Li-S), no hi ha estructures hostes.Durant la descàrrega, l'ànode de liti es consumeix i el sofre es transforma en una varietat de compostos químics;durant la càrrega, es produeix el procés invers.
Quins són els seus avantatges?
Una bateria Li-S utilitza materials actius molt lleugers: sofre a l'elèctrode positiu i liti metàl·lic com a elèctrode negatiu.És per això que la seva densitat d'energia teòrica és extraordinàriament alta: quatre vegades més gran que la de l'ió de liti.Això fa que sigui un bon ajust per a les indústries de l'aviació i l'espai.
Saft ha seleccionat i afavorit la tecnologia Li-S més prometedora basada en electròlits d'estat sòlid.Aquesta via tècnica aporta una densitat energètica molt alta, una llarga vida útil i supera els principals inconvenients del Li-S a base líquida (vida limitada, alta autodescàrrega,...).
A més, aquesta tecnologia és complementària de l'ió de liti d'estat sòlid gràcies a la seva densitat d'energia gravimètrica superior (+30% en joc en Wh/kg).
Quan ho podem esperar?
Les principals barreres tecnològiques ja s'han superat i el nivell de maduresa avança molt ràpidament cap a prototips a gran escala.
Per a aplicacions que requereixen una llarga durada de la bateria, s'espera que aquesta tecnologia arribi al mercat just després de l'ió de liti d'estat sòlid.
PILES D'ESTAT SÒLID
Què es?
Les bateries d'estat sòlid representen un canvi de paradigma en termes tecnològics.A les bateries d'ió liti modernes, els ions es mouen d'un elèctrode a un altre a través de l'electròlit líquid (també anomenat conductivitat iònica).En les bateries d'estat sòlid, l'electròlit líquid es substitueix per un compost sòlid que, tanmateix, permet que els ions de liti migrin dins d'ell.Aquest concepte està lluny de ser nou, però durant els darrers 10 anys, gràcies a una intensa investigació mundial, s'han descobert noves famílies d'electròlits sòlids amb una conductivitat iònica molt alta, similar a l'electròlit líquid, que permeten superar aquesta barrera tecnològica particular.
Avui,SaftEls esforços de recerca i desenvolupament se centren en 2 tipus de materials principals: polímers i compostos inorgànics, amb l'objectiu de la sinergia de les propietats fisicoquímiques com la processabilitat, l'estabilitat, la conductivitat...
Quins són els seus avantatges?
El primer gran avantatge és una notable millora de la seguretat a nivell de cèl·lules i bateries: els electròlits sòlids no són inflamables quan s'escalfen, a diferència dels seus homòlegs líquids.En segon lloc, permet l'ús de materials innovadors d'alta tensió i alta capacitat, que permeten bateries més denses i lleugeres amb una millor vida útil com a resultat de la reducció de l'autodescàrrega.A més, a nivell de sistema, aportarà avantatges addicionals com la mecànica simplificada així com la gestió tèrmica i de seguretat.
Com que les bateries poden presentar una alta relació potència-pes, poden ser ideals per utilitzar-les en vehicles elèctrics.
Quan ho podem esperar?
És probable que diversos tipus de bateries d'estat sòlid surtin al mercat a mesura que continuï el progrés tecnològic.El primer serà bateries d'estat sòlid amb ànodes a base de grafit, que aportaran un rendiment energètic i una seguretat millorats.Amb el temps, les tecnologies de bateries d'estat sòlid més lleugeres que utilitzen un ànode de liti metàl·lic haurien d'estar disponibles comercialment.
Hora de publicació: 03-agost-2022