Maailm vajab rohkem energiat, eelistatavalt puhtal ja taastuval kujul.Meie energia salvestamise strateegiaid kujundavad praegu liitium-ioonakud – sellise tehnoloogia tipptasemel –, kuid mida saame oodata järgmistel aastatel?
Alustame aku põhitõdedega.Aku on ühest või mitmest elemendist koosnev pakett, millest igaühel on positiivne elektrood (katood), negatiivne elektrood (anood), eraldaja ja elektrolüüt.Erinevate kemikaalide ja materjalide kasutamine nende jaoks mõjutab aku omadusi – seda, kui palju energiat see suudab salvestada ja väljastada, kui palju voolu suudab anda või mitu korda seda saab tühjendada ja laadida (nimetatakse ka tsüklivõimsuseks).
Akutootjad katsetavad pidevalt, et leida odavamaid, tihedamaid, kergemaid ja võimsamaid kemikaale.Rääkisime Patrick Bernardiga – Safti uurimisdirektoriga, kes selgitas kolme uut transformatiivse potentsiaaliga akutehnoloogiat.
UUE PÕLVKONNA LIITIUM-IOONAKUD
Mis see on?
Liitium-ioon (liitiumioon) akudes tagab energia salvestamise ja vabastamise liitiumioonide liikumine elektrolüüdi kaudu edasi-tagasi positiivselt elektroodilt negatiivsele.Selles tehnoloogias toimib positiivne elektrood liitiumi algallikana ja negatiivne elektrood liitiumi peremehena.Mitu keemiat on koondatud liitiumioonakude nime alla, mis on aastakümnete pikkuse valiku ja optimeerimise tulemusel positiivsete ja negatiivsete aktiivmaterjalide täiuslikkuse lähedal.Liitiummetallioksiidid või fosfaadid on kõige levinumad positiivsete materjalidena kasutatavad materjalid.Negatiivsete materjalidena kasutatakse grafiiti, aga ka grafiiti/räni või liitiumiga titaanoksiide.
Tegelike materjalide ja elementide konstruktsiooniga eeldatakse, et liitiumioontehnoloogia jõuab järgmistel aastatel energiapiiranguni.Sellegipoolest peaksid väga hiljutised avastused uute häirivate aktiivsete materjalide perekondadest avama praegused piirid.Need uuenduslikud ühendid suudavad salvestada rohkem liitiumi positiivsetesse ja negatiivsetesse elektroodidesse ning võimaldavad esimest korda ühendada energiat ja võimsust.Lisaks võetakse nende uute ühendite puhul arvesse ka tooraine nappust ja kriitilisust.
Millised on selle eelised?
Tänapäeval võimaldab liitium-ioonaku tehnoloogia kõigi tipptasemel salvestustehnoloogiate hulgas kõrgeimat energiatihedust.Selliseid toimivusi nagu kiirlaadimine või temperatuuri tööaken (-50°C kuni 125°C) saab täpselt reguleerida elemendi disaini ja keemia suure valikuga.Lisaks on liitiumioonakudel lisaeeliseid, nagu väga madal isetühjenemine ning väga pikk kasutusiga ja rattasõiduvõime, tavaliselt tuhandeid laadimis-/tühjenemistsükleid.
Millal võime seda oodata?
Uue põlvkonna täiustatud liitiumioonakud võetakse kasutusele enne esimese põlvkonna pooljuhtakusid.Need sobivad ideaalselt kasutamiseks sellistes rakendustes nagu energiasalvestussüsteemidtaastuvad energiaallikadja transport (mereline, raudteed,lennundusja maastikul liikuvus), kus energia, suur võimsus ja ohutus on kohustuslikud.
LIITIUM-VÄÄVLIPAKUD
Mis see on?
Liitiumioonakudes hoitakse liitiumioonid aktiivsetes materjalides, mis toimivad laadimise ja tühjenemise ajal stabiilsete peremeesstruktuuridena.Liitium-väävel (Li-S) akudes pole peremeestruktuure.Tühjendamise ajal kulub liitiumanood ära ja väävel muundatakse mitmesugusteks keemilisteks ühenditeks;laadimise ajal toimub vastupidine protsess.
Millised on selle eelised?
Li-S aku kasutab väga kergeid aktiivseid materjale: väävlit positiivses elektroodis ja metallilist liitiumi negatiivse elektroodina.Seetõttu on selle teoreetiline energiatihedus erakordselt kõrge: neli korda suurem kui liitiumioonil.Seetõttu sobib see hästi lennundus- ja kosmosetööstusele.
Saft on valinud ja eelistanud kõige lootustandvamat tahkiselektrolüüdil põhinevat Li-S-tehnoloogiat.See tehniline tee toob kaasa väga suure energiatiheduse, pika eluea ja ületab vedelikupõhise Li-S peamised puudused (piiratud eluiga, kõrge isetühjenemine jne).
Lisaks täiendab see tehnoloogia tahkisliitiumiooni tänu oma suurepärasele gravimeetrilisele energiatihedusele (kaalul Wh/kg kohta +30%).
Millal võime seda oodata?
Peamised tehnoloogilised tõkked on juba ületatud ja küpsusaste edeneb väga kiiresti täismahuliste prototüüpide suunas.
Rakenduste puhul, mis nõuavad pikka aku kasutusaega, peaks see tehnoloogia turule jõudma vahetult pärast tahkisliitiumioonide kasutamist.
TAHKISAKUPAKUD
Mis see on?
Tahkispatareid kujutavad endast tehnoloogia osas paradigma muutust.Kaasaegsetes liitiumioonakudes liiguvad ioonid ühelt elektroodilt teisele üle vedela elektrolüüdi (nimetatakse ka ioonjuhtivuseks).Tahkisakudes asendatakse vedel elektrolüüt tahke ühendiga, mis siiski võimaldab liitiumioonidel selles migreeruda.See kontseptsioon pole kaugeltki uus, kuid viimase 10 aasta jooksul – tänu intensiivsele ülemaailmsele uurimistööle – on avastatud uusi tahkete elektrolüütide perekondi, millel on väga kõrge ioonjuhtivus, mis on sarnased vedela elektrolüüdiga, võimaldades selle konkreetse tehnoloogilise barjääri ületada.
TänaSaftTeadus- ja arendustegevused keskenduvad kahele peamisele materjalitüübile: polümeerid ja anorgaanilised ühendid, mille eesmärk on saavutada füüsikalis-keemiliste omaduste sünergia, nagu töödeldavus, stabiilsus, juhtivus…
Millised on selle eelised?
Esimene tohutu eelis on ohutuse märkimisväärne paranemine elementide ja akude tasemel: tahked elektrolüüdid on kuumutamisel mittesüttivad, erinevalt nende vedelatest kolleegidest.Teiseks võimaldab see kasutada uuenduslikke kõrgepinge suure võimsusega materjale, võimaldades väiksema isetühjenemise tõttu tihedamaid ja kergemaid akusid, millel on parem säilivusaeg.Lisaks pakub see süsteemi tasandil täiendavaid eeliseid, nagu lihtsustatud mehaanika ning soojus- ja ohutusjuhtimine.
Kuna akudel võib olla kõrge võimsuse ja kaalu suhe, võivad need olla ideaalsed elektrisõidukites kasutamiseks.
Millal võime seda oodata?
Tõenäoliselt tuleb tehnoloogia arengu jätkudes turule mitut tüüpi tahkispatareisid.Esimesed on grafiidipõhiste anoodidega pooljuhtakud, mis toovad kaasa parema energiatõhususe ja ohutuse.Aja jooksul peaksid metallist liitiumanood kasutavad kergemad pooljuhtakutehnoloogiad müügile jõudma.
Postitusaeg: august 03-2022