Svět potřebuje více energie, nejlépe ve formě, která je čistá a obnovitelná.Naše strategie skladování energie jsou v současnosti utvářeny lithium-iontovými bateriemi – na špičce této technologie – ale na co se můžeme těšit v příštích letech?
Začněme s některými základy baterie.Baterie je sada jednoho nebo více článků, z nichž každý má kladnou elektrodu (katodu), zápornou elektrodu (anodu), separátor a elektrolyt.Použití různých chemikálií a materiálů k tomu ovlivňuje vlastnosti baterie – kolik energie dokáže uložit a vydat, kolik energie může poskytnout nebo kolikrát je možné ji vybít a dobít (také nazývaná kapacita cyklu).
Výrobci baterií neustále experimentují, aby našli chemikálie, které jsou levnější, hustší, lehčí a výkonnější.Mluvili jsme s Patrickem Bernardem – ředitelem výzkumu Saft, který vysvětlil tři nové technologie baterií s transformačním potenciálem.
LITHIUM-IONOVÉ BATERIE NOVÉ GENERACE
Co je to?
V lithium-iontových (li-ion) bateriích je ukládání a uvolňování energie zajištěno pohybem iontů lithia z kladné na zápornou elektrodu tam a zpět prostřednictvím elektrolytu.V této technologii působí kladná elektroda jako počáteční zdroj lithia a záporná elektroda jako hostitel pro lithium.Několik chemických látek je shromážděno pod názvem li-ion baterie jako výsledek desetiletí výběru a optimalizace blízké dokonalosti pozitivních a negativních aktivních materiálů.Nejběžnějším materiálem používaným jako současné pozitivní materiály jsou lithiové oxidy kovů nebo fosfáty.Jako negativní materiály se používá grafit, ale také grafit/křemík nebo lithiové oxidy titanu.
Se skutečnými materiály a konstrukcemi článků se očekává, že li-iontová technologie v příštích letech dosáhne energetického limitu.Nicméně nedávné objevy nových rodin rušivých aktivních materiálů by měly odemknout současné limity.Tyto inovativní sloučeniny mohou uložit více lithia v kladných a záporných elektrodách a poprvé umožní kombinovat energii a výkon.Kromě toho se u těchto nových sloučenin také bere v úvahu nedostatek a kritičnost surovin.
Jaké jsou jeho výhody?
Dnes, mezi všemi nejmodernějšími technologiemi ukládání, technologie li-ion baterií umožňuje nejvyšší úroveň hustoty energie.Výkony, jako je rychlé nabíjení nebo teplotní provozní okno (-50 °C až 125 °C), lze doladit velkým výběrem designu článků a chemických látek.Li-ion baterie navíc vykazují další výhody, jako je velmi nízké samovybíjení a velmi dlouhá životnost a cyklické výkony, obvykle tisíce nabíjecích/vybíjecích cyklů.
Kdy to můžeme očekávat?
Očekává se, že nová generace pokročilých li-ion baterií bude nasazena před první generací polovodičových baterií.Budou ideální pro použití v aplikacích, jako jsou systémy skladování energieobnovitelné zdrojea doprava (námořní, železnice,letectvía off-road mobilita), kde je povinná vysoká energie, vysoký výkon a bezpečnost.
LITHIUM-SÍRNÉ BATERIE
Co je to?
V li-ion bateriích jsou ionty lithia uloženy v aktivních materiálech, které během nabíjení a vybíjení fungují jako stabilní hostitelské struktury.V lithium-sírových (Li-S) bateriích nejsou žádné hostitelské struktury.Při vybíjení se lithiová anoda spotřebovává a síra se přeměňuje na různé chemické sloučeniny;během nabíjení probíhá opačný proces.
Jaké jsou jeho výhody?
Li-S baterie využívá velmi lehké aktivní materiály: síru v kladné elektrodě a kovové lithium jako zápornou elektrodu.To je důvod, proč je jeho teoretická hustota energie mimořádně vysoká: čtyřikrát větší než u lithium-iontů.Díky tomu se dobře hodí pro letecký a kosmický průmysl.
Saft vybral a upřednostnil nejslibnější Li-S technologii založenou na elektrolytu v pevné fázi.Tato technická cesta přináší velmi vysokou hustotu energie, dlouhou životnost a překonává hlavní nevýhody Li-S na bázi kapaliny (omezená životnost, vysoké samovybíjení, …).
Kromě toho je tato technologie doplňkem k lithium-iontu v pevném stavu díky své vynikající gravimetrické hustotě energie (+30 % ve Wh/kg).
Kdy to můžeme očekávat?
Hlavní technologické překážky již byly překonány a úroveň vyspělosti postupuje velmi rychle směrem k prototypům v plném měřítku.
U aplikací vyžadujících dlouhou životnost baterie se očekává, že se tato technologie dostane na trh hned po lithium-iontovém pevném stavu.
PEVNÉ BATERIE
Co je to?
Pevné baterie představují změnu paradigmatu z hlediska technologie.V moderních li-iontových bateriích se ionty pohybují z jedné elektrody na druhou přes kapalný elektrolyt (také nazývané iontová vodivost).V plně polovodičových bateriích je kapalný elektrolyt nahrazen pevnou sloučeninou, která však umožňuje iontům lithia migrovat uvnitř.Tento koncept není zdaleka nový, ale během posledních 10 let – díky intenzivnímu celosvětovému výzkumu – byly objeveny nové rodiny pevných elektrolytů s velmi vysokou iontovou vodivostí, podobnou kapalnému elektrolytu, což umožňuje překonat tuto konkrétní technologickou bariéru.
Dnes,SaftVýzkum a vývoj se soustředí na 2 hlavní typy materiálů: polymery a anorganické sloučeniny, jejichž cílem je synergie fyzikálně-chemických vlastností, jako je zpracovatelnost, stabilita, vodivost…
Jaké jsou jeho výhody?
První obrovskou výhodou je výrazné zlepšení bezpečnosti na úrovni článků a baterií: pevné elektrolyty jsou při zahřátí nehořlavé, na rozdíl od jejich kapalných protějšků.Za druhé, umožňuje použití inovativních vysokonapěťových vysokokapacitních materiálů, které umožňují hustší a lehčí baterie s lepší skladovatelností v důsledku sníženého samovybíjení.Navíc na systémové úrovni přinese další výhody, jako je zjednodušená mechanika a také tepelné a bezpečnostní řízení.
Vzhledem k tomu, že baterie mohou vykazovat vysoký poměr výkonu k hmotnosti, mohou být ideální pro použití v elektrických vozidlech.
Kdy to můžeme očekávat?
S pokračujícím technologickým pokrokem pravděpodobně přijde na trh několik druhů polovodičových baterií.První budou polovodičové baterie s anodami na bázi grafitu, které přinesou lepší energetickou výkonnost a bezpečnost.Časem by měly být komerčně dostupné technologie lehčích polovodičových baterií využívající kovovou lithiovou anodu.
Čas odeslání: srpen-03-2022