Lumea are nevoie de mai multă putere, de preferință într-o formă care este curată și regenerabilă.Strategiile noastre de stocare a energiei sunt modelate în prezent de bateriile litiu-ion – la vârful unei astfel de tehnologii – dar la ce ne putem aștepta cu nerăbdare în anii următori?
Să începem cu câteva elemente de bază ale bateriei.O baterie este un pachet de una sau mai multe celule, fiecare dintre ele având un electrod pozitiv (catodul), un electrod negativ (anodul), un separator și un electrolit.Utilizarea diferitelor substanțe chimice și materiale pentru acestea afectează proprietățile bateriei - câtă energie poate stoca și scoate, câtă putere poate furniza sau de câte ori poate fi descărcată și reîncărcată (numită și capacitate de ciclu).
Companiile de baterii experimentează în mod constant pentru a găsi substanțe chimice mai ieftine, mai dense, mai ușoare și mai puternice.Am vorbit cu Patrick Bernard – Director de cercetare Saft, care a explicat trei tehnologii noi de baterii cu potențial de transformare.
BATERIE LITIU-ION DE NOUĂ GENERAȚIE
Ce este?
În bateriile litiu-ion (li-ion), stocarea și eliberarea energiei sunt asigurate de mișcarea ionilor de litiu de la electrodul pozitiv la cel negativ înainte și înapoi prin electrolit.În această tehnologie, electrodul pozitiv acționează ca sursă inițială de litiu, iar electrodul negativ ca gazdă pentru litiu.Mai multe chimie sunt adunate sub denumirea de baterii li-ion, ca rezultat a deceniilor de selecție și optimizare aproape de perfecțiunea materialelor active pozitive și negative.Oxizii sau fosfații metalici litiați sunt cel mai comun material utilizat ca materiale pozitive prezente.Grafitul, dar și grafitul/siliciul sau oxizii de titan litiați sunt utilizați ca materiale negative.
Cu materialele reale și designul celulelor, tehnologia li-ion este de așteptat să atingă o limită de energie în următorii ani.Cu toate acestea, descoperirile foarte recente ale noilor familii de materiale active perturbatoare ar trebui să deblocheze limitele actuale.Acești compuși inovatori pot stoca mai mult litiu în electrozii pozitivi și negativi și vor permite pentru prima dată să combine energie și putere.În plus, cu acești noi compuși, se ia în considerare și deficitul și criticitatea materiilor prime.
Care sunt avantajele sale?
Astăzi, dintre toate tehnologiile de stocare de ultimă generație, tehnologia bateriei Li-ion permite cel mai înalt nivel de densitate energetică.Performanțe precum încărcarea rapidă sau fereastra de funcționare a temperaturii (-50°C până la 125°C) pot fi reglate fin prin gama largă de design și chimie ale celulei.În plus, bateriile li-ion prezintă avantaje suplimentare, cum ar fi auto-descărcare foarte scăzută și durată de viață foarte lungă și performanțe de ciclism, de obicei mii de cicluri de încărcare/descărcare.
Când ne putem aștepta?
O nouă generație de baterii li-ion avansate este de așteptat să fie implementată înainte de prima generație de baterii cu stare solidă.Vor fi ideale pentru utilizare în aplicații precum sistemele de stocare a energiei pentrusurse regenerabileși transportul (marin, căi ferate,aviaţieși mobilitate off-road) unde energie mare, putere mare și siguranță sunt obligatorii.
BATERIE LITIU-SULF
Ce este?
În bateriile li-ion, ionii de litiu sunt stocați în materiale active care acționează ca structuri gazdă stabile în timpul încărcării și descărcării.În bateriile cu litiu-sulf (Li-S), nu există structuri gazdă.În timpul descărcării, anodul de litiu este consumat și sulful este transformat într-o varietate de compuși chimici;în timpul încărcării, are loc procesul invers.
Care sunt avantajele sale?
O baterie Li-S folosește materiale active foarte ușoare: sulf în electrodul pozitiv și litiu metalic ca electrod negativ.Acesta este motivul pentru care densitatea sa de energie teoretică este extraordinar de mare: de patru ori mai mare decât cea a ionului de litiu.Acest lucru îl face potrivit pentru industria aviației și spațiale.
Saft a selectat și a favorizat cea mai promițătoare tehnologie Li-S bazată pe electrolit în stare solidă.Această cale tehnică aduce densitate energetică foarte mare, durată lungă de viață și depășește principalele dezavantaje ale Li-S pe bază de lichid (durată de viață limitată, autodescărcare mare, …).
În plus, această tehnologie este suplimentară litiu-ionului în stare solidă datorită densității sale superioare de energie gravimetrică (+30% în joc în Wh/kg).
Când ne putem aștepta?
Bariere tehnologice majore au fost deja depășite, iar nivelul de maturitate progresează foarte rapid către prototipuri la scară completă.
Pentru aplicațiile care necesită o durată lungă de viață a bateriei, se așteaptă ca această tehnologie să ajungă pe piață imediat după litiu-ion în stare solidă.
BATERIE STARE SOLIDĂ
Ce este?
Bateriile cu stare solidă reprezintă o schimbare de paradigmă în ceea ce privește tehnologia.În bateriile moderne Li-ion, ionii se deplasează de la un electrod la altul prin electrolitul lichid (numit și conductivitate ionică).În bateriile cu stare solidă, electrolitul lichid este înlocuit cu un compus solid care permite totuși ionilor de litiu să migreze în el.Acest concept este departe de a fi nou, dar în ultimii 10 ani – datorită cercetării intense la nivel mondial – au fost descoperite noi familii de electroliți solizi cu o conductivitate ionică foarte mare, similară cu electrolitul lichid, permițând depășirea acestei bariere tehnologice deosebite.
Astăzi,SaftEforturile de cercetare și dezvoltare se concentrează pe 2 tipuri principale de materiale: polimeri și compuși anorganici, urmărind sinergia proprietăților fizico-chimice precum procesabilitatea, stabilitatea, conductivitatea...
Care sunt avantajele sale?
Primul avantaj uriaș este o îmbunătățire semnificativă a siguranței la nivel de celule și baterie: electroliții solizi nu sunt inflamabili atunci când sunt încălziți, spre deosebire de omologii lor lichizi.În al doilea rând, permite utilizarea de materiale inovatoare, de înaltă tensiune, de înaltă capacitate, permițând baterii mai dense, mai ușoare, cu o durată de viață mai bună ca urmare a autodescărcării reduse.Mai mult, la nivel de sistem, va aduce avantaje suplimentare precum mecanica simplificată, precum și managementul termic și al siguranței.
Deoarece bateriile pot prezenta un raport mare putere/greutate, ele pot fi ideale pentru utilizarea în vehicule electrice.
Când ne putem aștepta?
Mai multe tipuri de baterii cu stare solidă sunt probabil să vină pe piață pe măsură ce progresul tehnologic continuă.Primele vor fi bateriile cu stare solidă cu anozi pe bază de grafit, aducând performanță energetică și siguranță îmbunătățite.În timp, tehnologiile mai ușoare ale bateriilor cu stare solidă care utilizează un anod metalic de litiu ar trebui să devină disponibile comercial.
Ora postării: Aug-03-2022