A világnak több energiára van szüksége, lehetőleg tiszta és megújuló formában.Energiatárolási stratégiáinkat jelenleg a lítium-ion akkumulátorok alakítják – az ilyen technológia élvonalába tartozó –, de mire számíthatunk az elkövetkező években?
Kezdjük néhány alapismerettel az akkumulátorról.Az akkumulátor egy vagy több cellából álló csomag, amelyek mindegyikének van egy pozitív elektródája (katódja), egy negatív elektródája (anód), egy szeparátor és egy elektrolit.Különböző vegyszerek és anyagok ezekhez való használata befolyásolja az akkumulátor tulajdonságait – mennyi energiát képes tárolni és leadni, mennyi energiát tud biztosítani, illetve hányszor lehet lemeríteni és újratölteni (ezt cikluskapacitásnak is nevezik).
Az akkumulátorgyártó cégek folyamatosan kísérleteznek, hogy olcsóbb, sűrűbb, könnyebb és erősebb vegyszereket találjanak.Patrick Bernarddal, a Saft kutatási igazgatójával beszélgettünk, aki három új akkumulátortechnológiát ismertetett, amelyek átalakító potenciállal rendelkeznek.
ÚJ GENERÁCIÓS LITHIUM-ION AKKUMULÁTOROK
Mi az?
A lítium-ion (li-ion) akkumulátorokban az energia tárolását és felszabadítását a lítiumionok pozitív elektródától a negatív elektródáig történő oda-vissza mozgása biztosítja az elektroliton keresztül.Ebben a technológiában a pozitív elektróda a kezdeti lítiumforrás, a negatív elektróda pedig a lítium befogadója.A lítium-ion akkumulátorok elnevezése alatt számos kémia található a pozitív és negatív aktív anyagok több évtizedes kiválasztásának és optimalizálásának eredményeként.A lítiumozott fém-oxidok vagy -foszfátok a leggyakrabban jelenlévő pozitív anyagok.Negatív anyagként grafitot, de grafitot/szilíciumot vagy lítiumozott titán-oxidokat is használnak.
A tényleges anyagok és cellakialakítások mellett a lítium-ion technológia várhatóan eléri az energiahatárt a következő években.Mindazonáltal a bomlasztó hatású aktív anyagok új családjainak legújabb felfedezései feloldhatják a jelenlegi korlátokat.Ezek az innovatív vegyületek több lítiumot képesek tárolni a pozitív és negatív elektródákban, és most először teszik lehetővé az energia és a teljesítmény összekapcsolását.Ezenkívül ezekkel az új vegyületekkel a nyersanyagok szűkösségét és kritikusságát is figyelembe veszik.
Mik az előnyei?
Ma a legkorszerűbb tárolási technológiák közül a lítium-ion akkumulátor technológia teszi lehetővé a legmagasabb szintű energiasűrűséget.Az olyan teljesítmények, mint a gyorstöltés vagy a hőmérsékleti üzemidő (-50°C-tól 125°C-ig) finomhangolhatók a cellakialakítás és a kémia széles választékával.Ezenkívül a lítium-ion akkumulátorok további előnyökkel is rendelkeznek, például nagyon alacsony önkisülést és nagyon hosszú élettartamot és kerékpáros teljesítményt, jellemzően több ezer töltési/kisütési ciklust.
Mikorra számíthatunk?
A fejlett lítium-ion akkumulátorok új generációját várhatóan a szilárdtest akkumulátorok első generációja előtt telepítik.Ideálisak lesznek olyan alkalmazásokhoz, mint például az energiatároló rendszerekmegújulókés a szállítás (tengeri, vasút,repülésés terepjáró mobilitás), ahol a nagy energia, a nagy teljesítmény és a biztonság kötelező.
LÍCIUM-KÉN AKKUMULÁTOROK
Mi az?
A lítium-ion akkumulátorokban a lítium-ionok aktív anyagokban tárolódnak, amelyek stabil gazdaszerkezetként működnek a töltés és kisütés során.A lítium-kén (Li-S) akkumulátorokban nincsenek gazdaszerkezetek.Kisütés közben a lítium anód elfogy, és a kén különféle kémiai vegyületekké alakul;töltés közben fordított folyamat megy végbe.
Mik az előnyei?
A Li-S akkumulátor nagyon könnyű aktív anyagokat használ: ként a pozitív elektródában és fémes lítiumot negatív elektródaként.Ez az oka annak, hogy elméleti energiasűrűsége rendkívül magas: négyszer nagyobb, mint a lítium-ioné.Emiatt jól illeszkedik a repülési és űriparhoz.
A Saft a legígéretesebb szilárdtest elektroliton alapuló Li-S technológiát választotta és részesítette előnyben.Ez a technikai út nagyon magas energiasűrűséget, hosszú élettartamot hoz, és kiküszöböli a folyadék alapú Li-S fő hátrányait (korlátozott élettartam, magas önkisülés,…).
Ezenkívül ez a technológia kiegészíti a szilárdtest-lítium-iont, köszönhetően kiváló gravimetrikus energiasűrűségének (+30% kockán Wh/kg-ban).
Mikorra számíthatunk?
A fő technológiai akadályokat már leküzdötték, és az érettségi szint nagyon gyorsan halad a teljes körű prototípusok felé.
A hosszú akkumulátor-élettartamot igénylő alkalmazásoknál ez a technológia várhatóan közvetlenül a szilárdtest-lítium-ion után kerül a piacra.
SZILÁRDTÉVES AKKUMULÁTOROK
Mi az?
A szilárdtest akkumulátorok technológiai szempontból paradigmaváltást jelentenek.A modern lítium-ion akkumulátorokban az ionok egyik elektródáról a másikra mozognak a folyékony elektroliton keresztül (ionos vezetőképességnek is nevezik).A teljesen szilárdtest akkumulátorokban a folyékony elektrolitot szilárd vegyülettel helyettesítik, amely ennek ellenére lehetővé teszi a lítium-ionok vándorlását benne.Ez a koncepció korántsem új, de az elmúlt 10 évben – az intenzív világméretű kutatásoknak köszönhetően – új szilárd elektrolitcsaládokat fedeztek fel, amelyek nagyon magas ionvezetőképességgel rendelkeznek, hasonlóan a folyékony elektrolitokhoz, lehetővé téve ennek a sajátos technológiai akadálynak a leküzdését.
Ma,SaftA kutatás-fejlesztési erőfeszítések két fő anyagtípusra összpontosítanak: polimerekre és szervetlen vegyületekre, a fizikai-kémiai tulajdonságok szinergiáját célozva, mint a feldolgozhatóság, stabilitás, vezetőképesség…
Mik az előnyei?
Az első hatalmas előny a biztonság jelentős javulása a cellák és az akkumulátorok szintjén: a szilárd elektrolitok melegítés közben nem gyúlékonyak, ellentétben folyékony társaikkal.Másodszor, lehetővé teszi innovatív, nagyfeszültségű, nagy kapacitású anyagok használatát, ami sűrűbb, könnyebb akkumulátorokat tesz lehetővé, jobb eltarthatósággal a csökkentett önkisülés eredményeként.Ezenkívül rendszerszinten további előnyökkel jár, mint például az egyszerűsített mechanika, valamint a hő- és biztonságkezelés.
Mivel az akkumulátorok nagy teljesítmény/tömeg arányt mutathatnak, ideálisak lehetnek elektromos járművekben való használatra.
Mikorra számíthatunk?
Valószínűleg többféle szilárdtest akkumulátor kerül a piacra, ahogy a technológiai fejlődés folytatódik.Az első grafitalapú anódokkal ellátott szilárdtest akkumulátorok lesznek, amelyek jobb energiateljesítményt és biztonságot nyújtanak.Idővel a kereskedelemben elérhetővé válnak a fém lítium anódot használó, könnyebb szilárdtest akkumulátor-technológiák.
Feladás időpontja: 2022-03-03