เทคโนโลยีแบตเตอรี่สามประการที่สามารถขับเคลื่อนอนาคตได้

โลกต้องการพลังงานมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบที่สะอาดและหมุนเวียนได้กลยุทธ์การจัดเก็บพลังงานของเราในปัจจุบันถูกกำหนดโดยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัย แต่เราจะคาดหวังอะไรได้บ้างในปีต่อๆ ไป

มาเริ่มกันที่ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับแบตเตอรี่กันก่อนแบตเตอรี่คือชุดของเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป ซึ่งแต่ละเซลล์มีอิเล็กโทรดบวก (แคโทด) อิเล็กโทรดลบ (แอโนด) ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์การใช้สารเคมีและวัสดุที่แตกต่างกันสำหรับสิ่งเหล่านี้ส่งผลต่อคุณสมบัติของแบตเตอรี่ เช่น ปริมาณพลังงานที่สามารถกักเก็บและส่งออกได้ ปริมาณพลังงานที่สามารถจ่ายได้ หรือจำนวนครั้งที่สามารถคายประจุและชาร์จใหม่ได้ (หรือที่เรียกว่าความสามารถในการหมุนเวียน)

บริษัทแบตเตอรี่ทำการทดลองอย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาสารเคมีที่มีราคาถูกกว่า หนาแน่นกว่า เบากว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่าเราได้พูดคุยกับ Patrick Bernard ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของ Saft ซึ่งอธิบายเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่ 3 ชนิดที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเจเนอเรชันใหม่

มันคืออะไร?

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (li-ion) การจัดเก็บและการปลดปล่อยพลังงานเกิดจากการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบกลับไปกลับมาผ่านอิเล็กโทรไลต์ในเทคโนโลยีนี้ อิเล็กโทรดบวกทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดลิเธียมเริ่มต้น และอิเล็กโทรดลบทำหน้าที่เป็นโฮสต์ของลิเธียมสารเคมีหลายชนิดถูกรวบรวมไว้ภายใต้ชื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งเป็นผลมาจากการเลือกสรรมานานหลายทศวรรษและการปรับให้เหมาะสมจนใกล้เคียงกับความสมบูรณ์แบบของวัสดุออกฤทธิ์ทั้งเชิงบวกและเชิงลบโลหะออกไซด์หรือฟอสเฟตที่เป็นลิเธียมเป็นวัสดุที่พบมากที่สุดที่ใช้เป็นวัสดุที่ให้ผลบวกในปัจจุบันกราไฟท์ รวมถึงกราไฟท์/ซิลิคอนหรือไทเทเนียมออกไซด์ที่ทำจากลิเธียมก็ถูกใช้เป็นวัสดุเชิงลบ

ด้วยวัสดุจริงและการออกแบบเซลล์ เทคโนโลยีลิเธียมไอออนคาดว่าจะถึงขีดจำกัดพลังงานในปีต่อๆ ไปอย่างไรก็ตาม การค้นพบกลุ่มวัสดุออกฤทธิ์ก่อกวนกลุ่มใหม่เมื่อเร็ว ๆ นี้น่าจะปลดล็อกขีดจำกัดในปัจจุบันได้สารประกอบเชิงนวัตกรรมเหล่านี้สามารถกักเก็บลิเธียมได้มากขึ้นในขั้วบวกและขั้วลบ และจะทำให้สามารถรวมพลังงานและพลังงานเข้าด้วยกันได้เป็นครั้งแรกนอกจากนี้ ด้วยสารประกอบใหม่เหล่านี้ ยังคำนึงถึงความขาดแคลนและความสำคัญของวัตถุดิบด้วย

ข้อดีของมันคืออะไร?

ในปัจจุบัน ในบรรดาเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลที่ล้ำสมัย เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนช่วยให้มีความหนาแน่นของพลังงานในระดับสูงสุดประสิทธิภาพต่างๆ เช่น การชาร์จอย่างรวดเร็วหรือช่วงการทำงานของอุณหภูมิ (-50°C ถึง 125°C) สามารถปรับแต่งได้อย่างละเอียดด้วยตัวเลือกการออกแบบเซลล์และเคมีที่มีให้เลือกมากมายนอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังแสดงข้อดีเพิ่มเติม เช่น การคายประจุเองต่ำมาก อายุการใช้งานยาวนานและประสิทธิภาพการปั่นจักรยาน โดยทั่วไปจะมีรอบการชาร์จ/คายประจุหลายพันรอบ

เมื่อไหร่ที่เราคาดหวังได้?

คาดว่าจะมีการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขั้นสูงรุ่นใหม่ก่อนแบตเตอรี่โซลิดสเตตรุ่นแรกพวกเขาจะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเช่นระบบกักเก็บพลังงานสำหรับพลังงานหมุนเวียนและการขนส่ง (ทะเล, ทางรถไฟ,การบินและการเคลื่อนที่แบบออฟโรด) ซึ่งจำเป็นต้องมีพลังงานสูง พละกำลังสูง และความปลอดภัยสูง

แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์

มันคืออะไร?

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนจะถูกเก็บไว้ในวัสดุออกฤทธิ์ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างโฮสต์ที่มั่นคงระหว่างการชาร์จและการคายประจุในแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์ (Li-S) ไม่มีโครงสร้างโฮสต์ขณะคายประจุ ลิเธียมแอโนดจะถูกใช้และซัลเฟอร์ถูกเปลี่ยนเป็นสารประกอบทางเคมีหลายชนิดในระหว่างการชาร์จ กระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น

ข้อดีของมันคืออะไร?

แบตเตอรี่ Li-S ใช้วัสดุที่ออกฤทธิ์เบามาก ได้แก่ ซัลเฟอร์ในอิเล็กโทรดขั้วบวก และลิเธียมโลหะเป็นอิเล็กโทรดขั้วลบนี่คือเหตุผลว่าทำไมความหนาแน่นของพลังงานตามทฤษฎีจึงสูงเป็นพิเศษ: มากกว่าลิเธียมไอออนถึงสี่เท่าทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

Saft ได้เลือกและชื่นชอบเทคโนโลยี Li-S ที่มีแนวโน้มมากที่สุดซึ่งใช้อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตเส้นทางทางเทคนิคนี้นำมาซึ่งความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก อายุการใช้งานที่ยาวนาน และเอาชนะข้อเสียเปรียบหลักของ Li-S ที่เป็นของเหลว (อายุการใช้งานที่จำกัด การคายประจุเองสูง …)

นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังเป็นส่วนเสริมของลิเธียมไอออนโซลิดสเตตด้วยความหนาแน่นพลังงานกราวิเมตริกที่เหนือกว่า (+30% ที่สัดส่วนการถือหุ้นในหน่วย Wh/kg)

เมื่อไหร่ที่เราคาดหวังได้?

อุปสรรคทางเทคโนโลยีที่สำคัญได้ถูกเอาชนะไปแล้ว และระดับวุฒิภาวะก็ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วไปสู่การสร้างต้นแบบเต็มรูปแบบ

สำหรับการใช้งานที่ต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะออกสู่ตลาดหลังจากลิเธียมไอออนโซลิดสเตตเท่านั้น

แบตเตอรี่โซลิดสเตต

มันคืออะไร?

แบตเตอรี่โซลิดสเตตเป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในแง่ของเทคโนโลยีในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่ ไอออนจะเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรไลต์ผ่านอิเล็กโทรไลต์ของเหลว (หรือที่เรียกว่าการนำอิออน)ในแบตเตอรี่สถานะโซลิดสเตตทั้งหมด อิเล็กโทรไลต์ของเหลวจะถูกแทนที่ด้วยสารประกอบของแข็งซึ่งยอมให้ลิเธียมไอออนเคลื่อนตัวอยู่ภายในได้แนวคิดนี้ห่างไกลจากสิ่งใหม่ แต่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา - ต้องขอบคุณการวิจัยอย่างเข้มข้นทั่วโลก - ตระกูลใหม่ของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งได้ถูกค้นพบที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่สูงมาก ซึ่งคล้ายกับอิเล็กโทรไลต์เหลว ซึ่งช่วยให้สามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคโนโลยีโดยเฉพาะนี้ได้

วันนี้,เซฟความพยายามในการวิจัยและพัฒนามุ่งเน้นไปที่วัสดุหลัก 2 ประเภท: โพลีเมอร์และสารประกอบอนินทรีย์ โดยมุ่งเป้าไปที่การทำงานร่วมกันของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ เช่น ความสามารถในการขึ้นรูป ความเสถียร การนำไฟฟ้า …

ข้อดีของมันคืออะไร?

ข้อได้เปรียบสำคัญประการแรกคือการปรับปรุงความปลอดภัยในระดับเซลล์และแบตเตอรี่อย่างเห็นได้ชัด: อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งไม่ติดไฟเมื่อถูกความร้อน ต่างจากอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวประการที่สอง อนุญาตให้ใช้วัสดุที่เป็นนวัตกรรมใหม่ แรงดันไฟฟ้าสูง ความจุสูง ช่วยให้แบตเตอรี่มีความหนาแน่นและเบากว่า พร้อมอายุการเก็บรักษาที่ดีขึ้นอันเป็นผลมาจากการคายประจุเองลดลงยิ่งไปกว่านั้น ในระดับระบบ จะนำมาซึ่งข้อได้เปรียบเพิ่มเติม เช่น กลไกที่เรียบง่าย รวมถึงการจัดการความร้อนและความปลอดภัย

เนื่องจากแบตเตอรี่มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูง จึงอาจเหมาะสำหรับใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า

เมื่อไหร่ที่เราคาดหวังได้?

แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดหลายประเภทมีแนวโน้มที่จะออกสู่ตลาดเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยียังคงดำเนินต่อไปประเภทแรกจะเป็นแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่มีแอโนดที่ใช้กราไฟต์ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความปลอดภัยด้านพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่เบากว่าซึ่งใช้ขั้วบวกลิเธียมโลหะควรมีวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์