close
Новини

Три технологии за батерии, които могат да захранват бъдещето

Businessman-using-green-battery-

Светът се нуждае от повече енергия, за предпочитане във форма, чиста и подновяваща се. Нашите стратегии за акумулиране на енергия в момента се оформят от литиево-йонни батерии, но какво можем да очакваме с нетърпение след години?

Да започнем с някои основи на батерията – Акумулаторът е пакет от една или повече клетки, всяка от които има положителен електрод (катод), отрицателен електрод (анод), сепаратор и електролит. Използването на различни химикали и материали за тях влияе върху свойствата на батерията – колко енергия може да съхранява и отделя, колко мощност може да осигури или колко пъти може да бъде разреден и презареден (наричан също цикличен капацитет).

Компаниите за батерии постоянно експериментират, за да намерят химикали, които са по-евтини, по-плътни, по-леки и по-мощни. Разговаряхме с директора на Saft Research Патрик Бернар, който обясни три нови технологии за батерии с трансформационен потенциал.

НОВО ПОКОЛЕНИЕ ЛИТИЕВО-ЙОННИ

В литиево-йонните (Li-ion) батерии съхранението и освобождаването на енергия се осигурява от движението на литиеви йони от положителния към отрицателния електрод напред и назад чрез електролита. При тази технология положителният електрод действа като първоначален литиев източник, а отрицателният – като гостоприемник за литий.  Литираните метални оксиди или фосфати са най-разпространеният материал, използван като присъстващи положителни материали. Като отрицателни материали се използват графит, но също така графит / силиций или литирани титанови оксиди.

С действителните материали и конструкции на клетките се очаква Li-ion технологията да достигне енергийно ограничение през следващите години. Независимо от това, съвсем скорошните открития на нови семейства от разрушителни активни материали трябва да отключат настоящите граници. Тези иновативни съединения могат да съхраняват повече литий в положителни и отрицателни електроди и ще позволят за първи път да комбинират енергия и мощност. Освен това с тези нови съединения се отчитат и оскъдността и критичността на суровините.

КАКВИ СА ПРЕДИМСТВА?

Днес сред всички най-съвременни технологии за съхранение технологията Li-ion батерия позволява най-високо ниво на плътност на енергията. Изпълнения като работен прозорец за бързо зареждане или температура (от -50 ° C до 125 ° C) могат да бъдат фино настроени от големия избор на дизайн на клетки и химикали. Освен това, Li-ion батериите показват допълнителни предимства, като много ниско саморазреждане и много дълъг експлоатационен живот и велосипедни изпълнения, обикновено хиляди цикли на зареждане / разреждане.

КОГА МОЖЕМ ДА ОЧАКВАМЕ?

Очаква се новото поколение усъвършенствани Li-ion батерии да бъдат внедрени преди първото поколение на твърди батерии. Те ще бъдат идеални за използване в приложения като системи за съхранение на енергия за възобновяеми енергийни източници и транспорт (морска, железопътна, авиационна и извънпътна мобилност), където висока енергия, висока мощност и безопасност са задължителни.

Литиево-СЕРЕН

В литиево-йонните батерии литиевите йони се съхраняват в активни материали, действащи като стабилни структури на хоста по време на зареждане и разреждане. В литиево-серните (Li-S) батерии няма структури на хоста. Докато се освобождава, литиевият анод се консумира и сярата се трансформира в различни химични съединения; по време на зареждане се извършва обратният процес.

КАКВИ СА ПРЕДИМСТВА?

Li-S батерия използва много леки активни материали: сяра в положителния електрод и метален литий като отрицателен електрод. Ето защо теоретичната му плътност на енергията е изключително висока: четири пъти по-голяма от тази на Li-йона. Това го прави подходящ за авиационната и космическата индустрия.

Saft е избрал и облагодетелства най-обещаващата Li-S технология, базирана на твърд електролит. Този технически път носи много висока енергийна плътност, дълъг живот и преодолява основните недостатъци на Li-S на течна основа (ограничен живот, високо самозареждане,…).

Освен това, тази технология е допълнителна към твърдо-литиевия йон благодарение на неговата превъзходна гравиметрична плътност на енергията (+ 30% при залог в Wh / kg).

КОГА МОЖЕМ ДА ОЧАКВАМЕ?

Основните технологични бариери вече са преодолени и нивото на зрялост напредва много бързо към пълноценни прототипи. За приложения, изискващи дълъг живот на батерията, се очаква тази технология да достигне до пазара непосредствено след твърдо състояние Li-ion.

В ТВЪРДО СЪСТОЯНИЕ

Твърдо състояните батерии представляват промяна в парадигмата по отношение на технологията. В съвременните литиево-йонни батерии йони се преместват от един електрод в друг през течния електролит (наричан още йонна проводимост). В акумулаторите с твърдо състояние течният електролит се заменя с твърдо съединение, което въпреки това позволява литиевите йони да мигрират в него. Тази концепция далеч не е нова, но през последните 10 години – благодарение на интензивните изследвания в световен мащаб – бяха открити нови фамилии от твърди електролити с много висока йонна проводимост, подобна на течния електролит, което позволява преодоляването на тази конкретна технологична бариера.

Днес усилията на Saft R&D са съсредоточени върху 2 основни типа материали: полимери и неорганични съединения, насочени към синергията на физико-химичните свойства като обработваемост, стабилност, проводимост …

КАКВИ СА ПРЕДИМСТВА?

Първото огромно предимство е значително подобрение на безопасността на нивата на клетката и батерията: твърдите електролити са незапалими при нагряване, за разлика от течните им колеги. Второ, тя позволява използването на иновативни материали с високо напрежение с голям капацитет, позволяващи по-плътни, по-леки батерии с по-добър срок на годност в резултат на намалено саморазреждане. Освен това, на системно ниво, той ще донесе допълнителни предимства като опростена механика, както и управление на топлината и безопасността.

Тъй като батериите могат да показват високо съотношение мощност / тегло, те могат да бъдат идеални за използване в електрически превозни средства.

КОГА МОЖЕМ ДА ОЧАКВАМЕ?

Няколко вида монолитни батерии вероятно ще излязат на пазара, тъй като технологичният напредък продължава. Първите ще бъдат твърдотелни батерии с графитни аноди, носещи подобрени енергийни характеристики и безопасност. С течение на времето по-леките технологии на твърди батерии, използващи метален литиев анод, трябва да станат търговски достъпни.