Pasaulei ir nepieciešams vairāk enerģijas, vēlams tādā veidā, kas ir tīrs un atjaunojams.Mūsu enerģijas uzglabāšanas stratēģijas pašlaik veido litija jonu akumulatori — šādas tehnoloģijas progresīvākās —, bet ko mēs varam sagaidīt nākamajos gados?
Sāksim ar dažiem akumulatora pamatiem.Akumulators ir viena vai vairāku elementu komplekts, no kuriem katram ir pozitīvs elektrods (katods), negatīvais elektrods (anods), separators un elektrolīts.Izmantojot dažādas ķīmiskas vielas un materiālus, tiek ietekmētas akumulatora īpašības – cik daudz enerģijas tas var uzkrāt un izvadīt, cik daudz jaudas tas var nodrošināt vai cik reižu to var izlādēt un uzlādēt (ko sauc arī par cikliskuma jaudu).
Akumulatoru ražošanas uzņēmumi pastāvīgi eksperimentē, lai atrastu lētākas, blīvākas, vieglākas un jaudīgākas ķīmiskās vielas.Mēs runājām ar Patriku Bernardu – Saft pētniecības direktoru, kurš izskaidroja trīs jaunas akumulatoru tehnoloģijas ar transformācijas potenciālu.
JAUNĀS PAAUDZES LITIJA JONU AKUMULATORI
Kas tas ir?
Litija jonu (litija jonu) akumulatoros enerģijas uzglabāšanu un atbrīvošanu nodrošina litija jonu kustība no pozitīvā uz negatīvo elektrodu uz priekšu un atpakaļ caur elektrolītu.Šajā tehnoloģijā pozitīvais elektrods darbojas kā sākotnējais litija avots un negatīvais elektrods kā litija saimnieks.Vairākas ķīmiskās vielas ir apkopotas ar nosaukumu litija jonu akumulatori, kas ir gadu desmitiem ilgas atlases un optimizācijas rezultāts, kas ir tuvu pozitīvo un negatīvo aktīvo materiālu pilnībai.Litiētie metālu oksīdi vai fosfāti ir visizplatītākais materiāls, ko izmanto kā pozitīvos materiālus.Kā negatīvie materiāli tiek izmantoti grafīts, kā arī grafīts/silīcija vai litēta titāna oksīdi.
Paredzams, ka ar faktiskajiem materiāliem un šūnu konstrukcijām litija jonu tehnoloģija nākamajos gados sasniegs enerģijas ierobežojumu.Tomēr pavisam nesen atklātiem jaunu traucējošu aktīvo materiālu ģimeņu atklājumiem vajadzētu atklāt pašreizējās robežas.Šie novatoriskie savienojumi var uzglabāt vairāk litija pozitīvos un negatīvos elektrodos un pirmo reizi ļaus apvienot enerģiju un jaudu.Turklāt ar šiem jaunajiem savienojumiem tiek ņemts vērā arī izejvielu trūkums un kritiskums.
Kādas ir tās priekšrocības?
Mūsdienās starp visām modernākajām uzglabāšanas tehnoloģijām litija jonu akumulatoru tehnoloģija nodrošina visaugstāko enerģijas blīvuma līmeni.Tādas veiktspējas kā ātrā uzlāde vai temperatūras darbības logs (-50°C līdz 125°C) var precīzi noregulēt, izmantojot plašo elementu dizaina un ķīmijas izvēli.Turklāt litija jonu akumulatoriem ir papildu priekšrocības, piemēram, ļoti zema pašizlāde un ļoti ilgs kalpošanas laiks un veiktspēja ar velosipēdu, parasti tūkstošiem uzlādes/izlādes ciklu.
Kad mēs to varam sagaidīt?
Paredzams, ka jaunās paaudzes uzlabotās litija jonu baterijas tiks ieviestas pirms pirmās paaudzes cietvielu akumulatoriem.Tie būs ideāli piemēroti izmantošanai tādās lietojumprogrammās kā enerģijas uzglabāšanas sistēmasatjaunojamie resursiun transportēšana (jūras, dzelzceļš,aviācijaun bezceļu mobilitāte), kur liela enerģija, liela jauda un drošība ir obligāta.
LITIJA-SĒRA AKUMULATORIJAS
Kas tas ir?
Litija jonu akumulatoros litija joni tiek uzglabāti aktīvos materiālos, kas darbojas kā stabilas saimniekstruktūras uzlādes un izlādes laikā.Litija-sēra (Li-S) baterijās nav saimniekstruktūru.Izlādes laikā litija anods tiek patērēts un sērs tiek pārveidots dažādos ķīmiskos savienojumos;uzlādes laikā notiek apgrieztais process.
Kādas ir tās priekšrocības?
Li-S akumulatorā tiek izmantoti ļoti viegli aktīvi materiāli: sērs pozitīvajā elektrodā un metāliskais litijs kā negatīvais elektrods.Tāpēc tā teorētiskais enerģijas blīvums ir ārkārtīgi augsts: četras reizes lielāks nekā litija jonam.Tas padara to par piemērotu aviācijas un kosmosa nozarēm.
Saft ir izvēlējies un iecienījis visdaudzsološāko Li-S tehnoloģiju, kuras pamatā ir cietvielu elektrolīts.Šis tehniskais ceļš nodrošina ļoti augstu enerģijas blīvumu, ilgu kalpošanas laiku un novērš Li-S galvenos trūkumus (ierobežots kalpošanas laiks, augsta pašizlāde, ...).
Turklāt šī tehnoloģija papildina cietvielu litija jonu, pateicoties tās izcilajam gravimetriskajam enerģijas blīvumam (+30% Wh/kg).
Kad mēs to varam sagaidīt?
Lielākie tehnoloģiju šķēršļi jau ir pārvarēti, un brieduma līmenis ļoti ātri virzās uz pilna mēroga prototipiem.
Paredzams, ka lietojumprogrammām, kurām nepieciešams ilgs akumulatora darbības laiks, šī tehnoloģija tirgū nonāks tūlīt pēc litija jonu cietvielu.
CIEVS AKUMULATORI
Kas tas ir?
Cietvielu baterijas ir paradigmas maiņa tehnoloģiju ziņā.Mūsdienu litija jonu akumulatoros joni pārvietojas no viena elektroda uz otru pa šķidro elektrolītu (to sauc arī par jonu vadītspēju).Cietvielu akumulatoros šķidrais elektrolīts tiek aizstāts ar cietu savienojumu, kas tomēr ļauj tajā migrēt litija jonus.Šī koncepcija nebūt nav jauna, taču pēdējo 10 gadu laikā – pateicoties intensīviem pasaules pētījumiem – ir atklātas jaunas cieto elektrolītu grupas ar ļoti augstu jonu vadītspēju, kas ir līdzīga šķidram elektrolītam, ļaujot pārvarēt šo konkrēto tehnoloģisko barjeru.
ŠodienSaftPētniecības un attīstības centieni ir vērsti uz diviem galvenajiem materiālu veidiem: polimēriem un neorganiskiem savienojumiem, kuru mērķis ir fizikāli ķīmisko īpašību, piemēram, apstrādājamības, stabilitātes, vadītspējas, sinerģija…
Kādas ir tās priekšrocības?
Pirmā milzīgā priekšrocība ir ievērojams drošības uzlabojums elementu un akumulatoru līmenī: cietie elektrolīti nav uzliesmojoši sildot, atšķirībā no to šķidrajiem kolēģiem.Otrkārt, tas ļauj izmantot novatoriskus, augstsprieguma lielas ietilpības materiālus, nodrošinot blīvākus, vieglākus akumulatorus ar labāku glabāšanas laiku, jo samazinās pašizlāde.Turklāt sistēmas līmenī tas sniegs papildu priekšrocības, piemēram, vienkāršotu mehāniku, kā arī siltuma un drošības pārvaldību.
Tā kā akumulatoriem var būt augsta jaudas un svara attiecība, tie var būt ideāli piemēroti izmantošanai elektriskajos transportlīdzekļos.
Kad mēs to varam sagaidīt?
Turpinoties tehnoloģiskajam progresam, tirgū, visticamāk, nonāks vairāki cietvielu akumulatoru veidi.Pirmā būs cietvielu baterijas ar grafīta bāzes anodiem, kas uzlabos energoefektivitāti un drošību.Ar laiku tirdzniecībā vajadzētu kļūt vieglākām cietvielu akumulatoru tehnoloģijām, kurās izmanto metālisku litija anodu.
Publicēšanas laiks: 03.03.2022