O mundo necesita máis enerxía, preferiblemente nunha forma limpa e renovable.As nosas estratexias de almacenamento de enerxía están modeladas actualmente por baterías de iones de litio, á vangarda desta tecnoloxía, pero que podemos esperar nos próximos anos?
Comecemos con algúns conceptos básicos sobre a batería.Unha batería é un paquete dunha ou máis células, cada unha das cales ten un electrodo positivo (o cátodo), un electrodo negativo (o ánodo), un separador e un electrólito.O uso de diferentes produtos químicos e materiais para estes afecta ás propiedades da batería: a cantidade de enerxía que pode almacenar e emitir, a cantidade de enerxía que pode proporcionar ou o número de veces que se pode descargar e recargar (tamén chamada capacidade de ciclo).
As empresas de baterías experimentan constantemente para atopar produtos químicos máis baratos, densos, lixeiros e potentes.Falamos con Patrick Bernard, director de investigación de Saft, quen explicou tres novas tecnoloxías de baterías con potencial transformador.
BATERÍAS DE IÓN DE LITIO DE NOVA XERACIÓN
Que é?
Nas baterías de iones de litio (litio), o almacenamento e a liberación de enerxía prodúcense polo movemento dos ións de litio do electrodo positivo ao negativo de ida e volta a través do electrólito.Nesta tecnoloxía, o electrodo positivo actúa como fonte de litio inicial e o electrodo negativo como hospedador do litio.Varias químicas reúnense baixo o nome de baterías de ión-litio, como resultado de décadas de selección e optimización próximas á perfección dos materiais activos positivos e negativos.Os óxidos ou fosfatos metálicos litiados son o material máis común usado como materiais positivos presentes.Como materiais negativos úsanse grafito, pero tamén grafito/silicio ou óxidos de titanio litiados.
Con materiais reais e deseños de células, espérase que a tecnoloxía de iones de litio alcance un límite de enerxía nos próximos anos.Non obstante, os descubrimentos moi recentes de novas familias de materiais activos disruptivos deberían desbloquear os límites actuais.Estes compostos innovadores poden almacenar máis litio en electrodos positivos e negativos e permitirán por primeira vez combinar enerxía e potencia.Ademais, con estes novos compostos tamén se ten en conta a escaseza e a criticidade das materias primas.
Cales son as súas vantaxes?
Hoxe, entre todas as tecnoloxías de almacenamento de última xeración, a tecnoloxía de baterías de iones de litio permite o maior nivel de densidade de enerxía.As actuacións como a carga rápida ou a ventá de funcionamento da temperatura (-50 °C ata 125 °C) pódense axustar coa gran variedade de deseño e química das células.Ademais, as baterías de ión-litio presentan vantaxes adicionais, como unha autodescarga moi baixa e unha vida útil moi longa e un rendemento cíclico, normalmente miles de ciclos de carga/descarga.
Cando podemos esperalo?
Espérase que se despregue unha nova xeración de baterías de ión-litio avanzadas antes da primeira xeración de baterías de estado sólido.Serán ideais para o seu uso en aplicacións como sistemas de almacenamento de enerxía pararenovablese transporte (mariño, ferrocarrís,aviacióne mobilidade todoterreo) onde é obrigatoria alta enerxía, alta potencia e seguridade.
BATERÍAS DE LITIO-SOFRE
Que é?
Nas baterías de ión-litio, os ións de litio almacénanse en materiais activos que actúan como estruturas hóspedes estables durante a carga e a descarga.Nas baterías de litio-xofre (Li-S), non hai estruturas hospedantes.Durante a descarga, o ánodo de litio consómese e o xofre transfórmase nunha variedade de compostos químicos;durante a carga, ten lugar o proceso inverso.
Cales son as súas vantaxes?
Unha batería Li-S usa materiais activos moi lixeiros: xofre no electrodo positivo e litio metálico como electrodo negativo.É por iso que a súa densidade de enerxía teórica é extraordinariamente alta: catro veces maior que a do ión-litio.Isto fai que sexa un bo axuste para as industrias da aviación e do espazo.
Saft seleccionou e favoreceu a tecnoloxía Li-S máis prometedora baseada en electrólitos de estado sólido.Este camiño técnico trae moi alta densidade de enerxía, longa vida e supera os principais inconvenientes do Li-S a base de líquido (vida limitada, alta autodescarga,...).
Ademais, esta tecnoloxía é complementaria ao litio de estado sólido grazas á súa densidade de enerxía gravimétrica superior (+30% en xogo en Wh/kg).
Cando podemos esperalo?
As principais barreiras tecnolóxicas xa foron superadas e o nivel de madurez avanza moi rapidamente cara aos prototipos a gran escala.
Para as aplicacións que requiren unha longa duración da batería, espérase que esta tecnoloxía chegue ao mercado xusto despois do ión de litio de estado sólido.
BATERÍAS DE ESTADO SÓLIDO
Que é?
As baterías de estado sólido representan un cambio de paradigma en termos de tecnoloxía.Nas baterías de ión-litio modernas, os ións móvense dun electrodo a outro a través do electrólito líquido (tamén chamado condutividade iónica).Nas baterías de estado sólido, o electrólito líquido substitúese por un composto sólido que, con todo, permite que os ións de litio migren dentro del.Este concepto está lonxe de ser novo, pero nos últimos 10 anos, grazas a unha intensa investigación a nivel mundial, descubríronse novas familias de electrólitos sólidos cunha condutividade iónica moi elevada, semellante ao electrólito líquido, o que permite superar esta particular barreira tecnolóxica.
Hoxe,SaftOs esforzos de Investigación e Desenvolvemento céntranse en dous tipos de materiais principais: polímeros e compostos inorgánicos, buscando a sinerxía das propiedades físico-químicas como procesabilidade, estabilidade, condutividade...
Cales son as súas vantaxes?
A primeira gran vantaxe é unha notable mellora na seguridade a nivel de pila e batería: os electrólitos sólidos non son inflamables cando se quentan, a diferenza dos seus homólogos líquidos.En segundo lugar, permite o uso de materiais innovadores de alta tensión e alta capacidade, que permiten baterías máis densas e lixeiras cunha mellor vida útil como resultado da reducida autodescarga.Ademais, a nivel de sistema, aportará vantaxes adicionais como a mecánica simplificada, así como a xestión térmica e de seguridade.
Como as baterías poden presentar unha alta relación potencia/peso, poden ser ideais para o seu uso en vehículos eléctricos.
Cando podemos esperalo?
É probable que varios tipos de baterías de estado sólido saian ao mercado a medida que continúe o progreso tecnolóxico.O primeiro será baterías de estado sólido con ánodos a base de grafito, que aportarán un rendemento e seguridade enerxéticos mellorados.Co tempo, as tecnoloxías de baterías de estado sólido máis lixeiras que utilizan un ánodo de litio metálico deberían estar dispoñibles no mercado.
Hora de publicación: 03-ago-2022