Verden trenger mer kraft, helst i en form som er ren og fornybar.Våre energilagringsstrategier er for tiden formet av litiumionbatterier – i forkant av slik teknologi – men hva kan vi se frem til i årene som kommer?
La oss begynne med litt grunnleggende batterier.Et batteri er en pakke med én eller flere celler, som hver har en positiv elektrode (katoden), en negativ elektrode (anoden), en separator og en elektrolytt.Bruk av forskjellige kjemikalier og materialer til disse påvirker egenskapene til batteriet – hvor mye energi det kan lagre og produsere, hvor mye strøm det kan gi eller antall ganger det kan lades ut og lades (også kalt sykluskapasitet).
Batteriselskaper eksperimenterer hele tiden for å finne kjemi som er billigere, tettere, lettere og kraftigere.Vi snakket med Patrick Bernard – Saft Research Director, som forklarte tre nye batteriteknologier med transformativt potensial.
NY GENERASJON LITHIUM-ION BATTERIER
Hva er det?
I litium-ion (li-ion) batterier, er energilagring og frigjøring gitt av bevegelsen av litiumioner fra den positive til den negative elektroden frem og tilbake via elektrolytten.I denne teknologien fungerer den positive elektroden som den første litiumkilden og den negative elektroden som vert for litium.Flere kjemikalier er samlet under navnet li-ion-batterier, som et resultat av tiår med utvalg og optimalisering nær perfeksjon av positive og negative aktive materialer.Litiumholdige metalloksider eller fosfater er det vanligste materialet som brukes som tilstedeværende positive materialer.Grafitt, men også grafitt/silisium eller litiumbelagte titanoksider brukes som negative materialer.
Med faktiske materialer og celledesign forventes li-ion-teknologi å nå en energigrense i løpet av de neste årene.Likevel bør helt nye funn av nye familier av forstyrrende aktive materialer låse opp nåværende grenser.Disse innovative forbindelsene kan lagre mer litium i positive og negative elektroder og vil for første gang tillate å kombinere energi og kraft.I tillegg, med disse nye forbindelsene, tas det også hensyn til knappheten og kritikaliteten til råvarer.
Hva er dens fordeler?
I dag, blant alle state-of-the-art lagringsteknologier, tillater li-ion batteriteknologi det høyeste nivået av energitetthet.Ytelser som hurtiglading eller temperaturdriftsvindu (-50°C opp til 125°C) kan finjusteres med det store utvalget av celledesign og kjemi.Videre viser li-ion-batterier ytterligere fordeler som svært lav selvutlading og svært lang levetid og sykkelytelser, typisk tusenvis av lade-/utladingssykluser.
Når kan vi forvente det?
Ny generasjon avanserte li-ion-batterier forventes å bli utplassert før første generasjon solid state-batterier.De vil være ideelle for bruk i applikasjoner som energilagringssystemer forfornybar energiog transport (marine, jernbaner,luftfartog terrengmobilitet) der høy energi, høy kraft og sikkerhet er obligatorisk.
LITHIUM-SVOLVBATTERIER
Hva er det?
I li-ion-batterier lagres litiumionene i aktive materialer som fungerer som stabile vertsstrukturer under lading og utladning.I litium-svovel (Li-S) batterier er det ingen vertsstrukturer.Under utlading forbrukes litiumanoden og svovel omdannes til en rekke kjemiske forbindelser;under lading skjer den omvendte prosessen.
Hva er dens fordeler?
Et Li-S-batteri bruker svært lette aktive materialer: svovel i den positive elektroden og metallisk litium som den negative elektroden.Dette er grunnen til at dens teoretiske energitetthet er ekstraordinært høy: fire ganger større enn for litium-ion.Det gjør at den passer godt for fly- og romfartsindustrien.
Saft har valgt og favorisert den mest lovende Li-S-teknologien basert på faststoffelektrolytt.Denne tekniske banen gir svært høy energitetthet, lang levetid og overvinner hovedulempene med væskebasert Li-S (begrenset levetid, høy selvutladning, …).
Videre er denne teknologien et supplement til solid state litium-ion takket være dens overlegne gravimetriske energitetthet (+30 % på spill i Wh/kg).
Når kan vi forvente det?
Store teknologiske barrierer er allerede overvunnet og modenhetsnivået utvikler seg veldig raskt mot fullskala prototyper.
For applikasjoner som krever lang batterilevetid, forventes denne teknologien å nå markedet like etter solid state litium-ion.
SOLID STATE BATTERIER
Hva er det?
Solid state-batterier representerer et paradigmeskifte når det gjelder teknologi.I moderne li-ion-batterier beveger ioner seg fra en elektrode til en annen over den flytende elektrolytten (også kalt ionisk ledningsevne).I helfaste batterier erstattes den flytende elektrolytten med en fast forbindelse som likevel lar litiumioner migrere i den.Dette konseptet er langt fra nytt, men i løpet av de siste 10 årene – takket være intensiv verdensomspennende forskning – har nye familier av faste elektrolytter blitt oppdaget med svært høy ionisk ledningsevne, lik flytende elektrolytt, noe som gjør at denne spesielle teknologiske barrieren kan overvinnes.
I dag,SaftForsknings- og utviklingsinnsats fokuserer på 2 hovedmaterialetyper: polymerer og uorganiske forbindelser, sikte på synergien mellom de fysisk-kjemiske egenskapene som bearbeidbarhet, stabilitet, ledningsevne ...
Hva er dens fordeler?
Den første store fordelen er en markant forbedring av sikkerheten på celle- og batterinivå: faste elektrolytter er ikke brennbare når de varmes opp, i motsetning til deres flytende motstykker.For det andre tillater den bruk av innovative høyspenningsmaterialer med høy kapasitet, noe som muliggjør tettere, lettere batterier med bedre holdbarhet som følge av redusert selvutladning.På systemnivå vil det dessuten gi ytterligere fordeler som forenklet mekanikk samt termisk og sikkerhetsstyring.
Siden batteriene kan ha et høyt effekt-til-vekt-forhold, kan de være ideelle for bruk i elektriske kjøretøy.
Når kan vi forvente det?
Flere typer helsolid-state-batterier vil sannsynligvis komme på markedet etter hvert som den teknologiske utviklingen fortsetter.Den første vil være solid state-batterier med grafittbaserte anoder, som gir forbedret energiytelse og sikkerhet.Med tiden vil lettere solid state-batteriteknologier som bruker en metallisk litiumanode bli kommersielt tilgjengelig.
Innleggstid: Aug-03-2022