Svet potrebuje viac energie, najlepšie vo forme, ktorá je čistá a obnoviteľná.Naše stratégie skladovania energie sú v súčasnosti formované lítium-iónovými batériami – na špičke takejto technológie – ale na čo sa môžeme tešiť v nasledujúcich rokoch?
Začnime niekoľkými základmi batérie.Batéria je súbor jedného alebo viacerých článkov, z ktorých každý má kladnú elektródu (katódu), zápornú elektródu (anódu), separátor a elektrolyt.Použitie rôznych chemikálií a materiálov na tieto účely ovplyvňuje vlastnosti batérie – koľko energie dokáže uložiť a vydať, koľko energie môže poskytnúť alebo koľkokrát sa dá vybiť a nabiť (nazývaná aj kapacita cyklu).
Batériové spoločnosti neustále experimentujú, aby našli chemikálie, ktoré sú lacnejšie, hustejšie, ľahšie a výkonnejšie.Rozprávali sme sa s Patrickom Bernardom – riaditeľom výskumu Saft, ktorý nám vysvetlil tri nové technológie batérií s transformačným potenciálom.
LÍTIUM-IÓNOVÉ BATÉRIE NOVEJ GENERÁCIE
Čo je to?
V lítium-iónových (li-ion) batériách sa ukladanie a uvoľňovanie energie zabezpečuje pohybom lítiových iónov z kladnej na zápornú elektródu tam a späť cez elektrolyt.V tejto technológii pôsobí kladná elektróda ako počiatočný zdroj lítia a záporná elektróda ako hostiteľ lítia.Pod názvom lítium-iónové batérie je zhromaždených niekoľko chemických látok ako výsledok desaťročí výberu a optimalizácie blízko k dokonalosti pozitívnych a negatívnych aktívnych materiálov.Oxidy alebo fosfáty lítiových kovov sú najbežnejším materiálom používaným ako súčasné pozitívne materiály.Ako negatívne materiály sa používa grafit, ale aj grafit/kremík či lítované oxidy titánu.
Očakáva sa, že so skutočnými materiálmi a dizajnom článkov dosiahne lítium-iónová technológia v najbližších rokoch energetický limit.Nedávne objavy nových rodín rušivých aktívnych materiálov by však mali odblokovať súčasné limity.Tieto inovatívne zlúčeniny dokážu uložiť viac lítia v kladných a záporných elektródach a po prvýkrát umožnia spojiť energiu a výkon.Okrem toho sa pri týchto nových zlúčeninách berie do úvahy aj nedostatok a kritickosť surovín.
Aké sú jeho výhody?
Dnes, spomedzi všetkých najmodernejších technológií ukladania dát, technológia lítium-iónových batérií umožňuje najvyššiu úroveň hustoty energie.Výkony, ako je rýchle nabíjanie alebo teplotné prevádzkové okno (-50 °C až 125 °C), možno doladiť veľkým výberom dizajnu článkov a chémie.Okrem toho lítium-iónové batérie vykazujú ďalšie výhody, ako je veľmi nízke samovybíjanie a veľmi dlhá životnosť a cyklické výkony, zvyčajne tisíce nabíjacích/vybíjacích cyklov.
Kedy to môžeme očakávať?
Očakáva sa, že nová generácia pokročilých lítium-iónových batérií bude nasadená pred prvou generáciou polovodičových batérií.Budú ideálne na použitie v aplikáciách, ako sú systémy na ukladanie energieobnoviteľných zdrojova doprava (námorný, železnice,letectvaa off-road mobilita), kde je povinná vysoká energia, vysoký výkon a bezpečnosť.
LÍTIUM-SULFÉROVÉ BATÉRIE
Čo je to?
V lítium-iónových batériách sú lítiové ióny uložené v aktívnych materiáloch, ktoré počas nabíjania a vybíjania fungujú ako stabilné hostiteľské štruktúry.V lítium-sírových (Li-S) batériách nie sú žiadne hostiteľské štruktúry.Pri vybíjaní sa lítiová anóda spotrebuje a síra sa premení na rôzne chemické zlúčeniny;počas nabíjania prebieha opačný proces.
Aké sú jeho výhody?
Li-S batéria využíva veľmi ľahké aktívne materiály: síru v kladnej elektróde a kovové lítium ako zápornú elektródu.To je dôvod, prečo je jeho teoretická hustota energie mimoriadne vysoká: štyrikrát väčšia ako hustota lítium-iónových.Vďaka tomu je vhodný pre letecký a vesmírny priemysel.
Saft vybral a uprednostnil najsľubnejšiu Li-S technológiu založenú na pevnom elektrolyte.Táto technická cesta prináša veľmi vysokú hustotu energie, dlhú životnosť a prekonáva hlavné nevýhody Li-S na báze kvapaliny (obmedzená životnosť, vysoké samovybíjanie, ...).
Okrem toho táto technológia dopĺňa lítium-ión v tuhom stave vďaka svojej vynikajúcej gravimetrickej hustote energie (+30 % v stávke vo Wh/kg).
Kedy to môžeme očakávať?
Hlavné technologické bariéry už boli prekonané a úroveň vyspelosti veľmi rýchlo napreduje smerom k prototypom v plnom rozsahu.
Pre aplikácie vyžadujúce dlhú výdrž batérie sa očakáva, že táto technológia sa dostane na trh hneď po lítium-iónovom pevnom stave.
PEVNÉ BATÉRIE
Čo je to?
Pevné batérie predstavujú zmenu paradigmy z hľadiska technológie.V moderných lítium-iónových batériách sa ióny pohybujú z jednej elektródy na druhú cez tekutý elektrolyt (nazýva sa aj iónová vodivosť).V plnotuhých batériách je tekutý elektrolyt nahradený pevnou zlúčeninou, ktorá však umožňuje lítiovým iónom migrovať v nej.Tento koncept nie je ani zďaleka nový, ale za posledných 10 rokov – vďaka intenzívnemu celosvetovému výskumu – boli objavené nové rodiny pevných elektrolytov s veľmi vysokou iónovou vodivosťou, podobnú tekutému elektrolytu, čo umožňuje prekonať túto konkrétnu technologickú bariéru.
dnesSaftÚsilie výskumu a vývoja sa zameriava na 2 hlavné typy materiálov: polyméry a anorganické zlúčeniny, ktorých cieľom je synergia fyzikálno-chemických vlastností, ako je spracovateľnosť, stabilita, vodivosť…
Aké sú jeho výhody?
Prvou obrovskou výhodou je výrazné zlepšenie bezpečnosti na úrovni článkov a batérií: tuhé elektrolyty sú pri zahriatí nehorľavé, na rozdiel od ich tekutých náprotivkov.Po druhé, umožňuje použitie inovatívnych vysokonapäťových vysokokapacitných materiálov, ktoré umožňujú hustejšie a ľahšie batérie s lepšou skladovateľnosťou v dôsledku zníženého samovybíjania.Navyše na systémovej úrovni prinesie ďalšie výhody, ako je zjednodušená mechanika, ako aj tepelné a bezpečnostné riadenie.
Keďže batérie môžu vykazovať vysoký pomer výkonu a hmotnosti, môžu byť ideálne na použitie v elektrických vozidlách.
Kedy to môžeme očakávať?
S pokračujúcim technologickým pokrokom pravdepodobne príde na trh niekoľko druhov úplne pevných batérií.Prvou budú polovodičové batérie s anódami na báze grafitu, ktoré prinesú zlepšenú energetickú výkonnosť a bezpečnosť.Časom by sa mali stať komerčne dostupné technológie ľahších polovodičových batérií využívajúce kovovú lítiovú anódu.
Čas odoslania: august-03-2022