Pasauliui reikia daugiau energijos, pageidautina švarios ir atsinaujinančios formos.Mūsų energijos kaupimo strategijas šiuo metu formuoja ličio jonų baterijos – tokios technologijos pažangiausios, bet ko galime tikėtis ateinančiais metais?
Pradėkime nuo kai kurių akumuliatoriaus pagrindų.Baterija yra vieno ar daugiau elementų paketas, kurių kiekvienas turi teigiamą elektrodą (katodą), neigiamą elektrodą (anodą), separatorių ir elektrolitą.Įvairių cheminių medžiagų ir medžiagų naudojimas tam turi įtakos akumuliatoriaus savybėms – kiek energijos jis gali sukaupti ir išleisti, kiek galios jis gali suteikti arba kiek kartų jį galima iškrauti ir įkrauti (taip pat vadinamas ciklo talpa).
Akumuliatorius gaminančios įmonės nuolat eksperimentuoja, ieškodamos pigesnių, tankesnių, lengvesnių ir galingesnių cheminių medžiagų.Kalbėjomės su Patrick Bernard – Saft tyrimų direktoriumi, kuris paaiškino tris naujas akumuliatorių technologijas, turinčias transformacinio potencialo.
NAUJOS KARTOS ličio jonų akumuliatoriai
Kas tai?
Ličio jonų (ličio jonų) baterijose energijos kaupimą ir išleidimą užtikrina ličio jonų judėjimas iš teigiamo į neigiamą elektrodą pirmyn ir atgal per elektrolitą.Šioje technologijoje teigiamas elektrodas veikia kaip pradinis ličio šaltinis, o neigiamas elektrodas – kaip ličio pagrindinis šaltinis.Keletas cheminių medžiagų yra sukauptos ličio jonų baterijų pavadinimu, kaip dešimtmečius trukusio atrankos ir optimizavimo rezultatas, artimas teigiamų ir neigiamų aktyviųjų medžiagų tobulumui.Lituoti metalų oksidai arba fosfatai yra labiausiai paplitusi medžiaga, naudojama kaip dabartinės teigiamos medžiagos.Kaip neigiamos medžiagos naudojamas grafitas, taip pat grafitas/silicis arba litinti titano oksidai.
Tikimasi, kad naudojant faktines medžiagas ir elementų konstrukciją ličio jonų technologija per ateinančius metus pasieks energijos ribą.Nepaisant to, labai neseniai atrasti naujų žalingų aktyvių medžiagų šeimų atradimai turėtų atverti esamas ribas.Šie naujoviški junginiai gali sukaupti daugiau ličio teigiamuose ir neigiamuose elektroduose ir pirmą kartą leis sujungti energiją ir galią.Be to, naudojant šiuos naujus junginius taip pat atsižvelgiama į žaliavų trūkumą ir kritiškumą.
Kokie jo privalumai?
Šiandien tarp visų pažangiausių saugojimo technologijų ličio jonų akumuliatorių technologija leidžia pasiekti aukščiausią energijos tankio lygį.Tokios funkcijos kaip greitas įkrovimas ar temperatūros veikimo langas (nuo -50°C iki 125°C) gali būti tiksliai sureguliuoti dėl didelio elementų dizaino ir cheminių medžiagų pasirinkimo.Be to, ličio jonų akumuliatoriai turi papildomų privalumų, tokių kaip labai mažas savaiminis išsikrovimas ir labai ilgas tarnavimo laikas bei važiavimo dviračiu charakteristikos, paprastai tūkstančiai įkrovimo / iškrovimo ciklų.
Kada galime to tikėtis?
Tikimasi, kad naujos kartos pažangios ličio jonų baterijos bus įdiegtos prieš pirmosios kartos kietojo kūno baterijas.Jie puikiai tiks naudoti tokiose programose kaip energijos kaupimo sistemosatsinaujinančių ištekliųir transportavimas (jūrų, geležinkeliai,aviacijair mobilumas bekelėje), kur privaloma didelė energija, didelė galia ir saugumas.
LIČIO-SIEROS BATERIJOS
Kas tai?
Ličio jonų baterijose ličio jonai yra saugomi aktyviose medžiagose, kurios įkrovimo ir iškrovimo metu veikia kaip stabilios pagrindinės struktūros.Ličio ir sieros (Li-S) akumuliatoriuose nėra pagrindinių struktūrų.Iškrovimo metu ličio anodas sunaudojamas ir siera virsta įvairiais cheminiais junginiais;įkrovimo metu vyksta atvirkštinis procesas.
Kokie jo privalumai?
Li-S akumuliatoriuje naudojamos labai lengvos aktyvios medžiagos: siera teigiamame elektrode ir metalinis litis kaip neigiamas elektrodas.Štai kodėl jo teorinis energijos tankis yra nepaprastai didelis: keturis kartus didesnis nei ličio jonų.Dėl to jis puikiai tinka aviacijos ir kosmoso pramonei.
Saft pasirinko ir teikia pirmenybę perspektyviausiai Li-S technologijai, kurios pagrindas yra kietojo kūno elektrolitas.Šis techninis kelias užtikrina labai didelį energijos tankį, ilgą tarnavimo laiką ir įveikia pagrindinius skysto Li-S trūkumus (ribotas tarnavimo laikas, didelė savaiminė iškrova ir kt.).
Be to, ši technologija papildo kietojo kūno ličio jonus dėl savo aukščiausios gravimetrinės energijos tankio (+30 %, Wh/kg).
Kada galime to tikėtis?
Jau įveiktos pagrindinės technologijų kliūtys, o brandos lygis labai greitai progresuoja link pilno masto prototipų.
Tikimasi, kad taikant programas, kurioms reikalingas ilgas baterijos veikimo laikas, ši technologija pasieks rinką iškart po kietojo kūno ličio jonų.
KIETOJI AKUMULIATORIAI
Kas tai?
Kietojo kūno baterijos yra technologijų paradigmos pokytis.Šiuolaikinėse ličio jonų baterijose jonai juda iš vieno elektrodo į kitą per skystą elektrolitą (taip pat vadinamas joniniu laidumu).Visiškai kietojo kūno akumuliatoriuose skystas elektrolitas pakeičiamas kietu junginiu, kuris vis dėlto leidžia jame migruoti ličio jonams.Ši koncepcija toli gražu nėra nauja, tačiau per pastaruosius 10 metų – dėl intensyvių pasaulinių tyrimų – buvo atrastos naujos kietųjų elektrolitų šeimos, kurių joninis laidumas yra labai didelis, panašus į skystą elektrolitą, leidžiantis įveikti šią konkrečią technologinę kliūtį.
ŠiandienSaftMokslinių tyrimų ir plėtros pastangos sutelktos į 2 pagrindinius medžiagų tipus: polimerus ir neorganinius junginius, siekiant fizikinių ir cheminių savybių, tokių kaip apdirbamumas, stabilumas, laidumas, sinergija...
Kokie jo privalumai?
Pirmasis didžiulis privalumas yra žymus elementų ir baterijų saugos pagerėjimas: kietieji elektrolitai kaitinami nedegūs, skirtingai nei jų skysti analogai.Antra, tai leidžia naudoti naujoviškas, aukštos įtampos didelės talpos medžiagas, leidžiančias gaminti tankesnius, lengvesnius akumuliatorius, kurių galiojimo laikas yra mažesnis dėl mažesnio savaiminio išsikrovimo.Be to, sistemos lygmeniu tai suteiks papildomų pranašumų, tokių kaip supaprastinta mechanika, taip pat šilumos ir saugos valdymas.
Kadangi akumuliatoriai gali turėti didelį galios ir svorio santykį, jie gali būti idealūs naudoti elektrinėse transporto priemonėse.
Kada galime to tikėtis?
Tikėtina, kad į rinką pateks kelių rūšių kietojo kūno akumuliatoriai, nes tęsis technologijų pažanga.Pirmieji bus kietojo kūno akumuliatoriai su grafito pagrindu pagamintais anodais, kurie pagerins energijos efektyvumą ir saugumą.Laikui bėgant, lengvesnės kietojo kūno baterijų technologijos, kuriose naudojamas metalinis ličio anodas, turėtų būti parduodamos.
Paskelbimo laikas: 2022-03-03