Свету је потребно више енергије, по могућности у облику који је чист и обновљив.Наше стратегије складиштења енергије тренутно су обликоване литијум-јонским батеријама – на врхунцу такве технологије – али чему се можемо радовати у годинама које долазе?
Почнимо са неким основама батерије.Батерија је пакет од једне или више ћелија, од којих свака има позитивну електроду (катоду), негативну електроду (анода), сепаратор и електролит.Коришћење различитих хемикалија и материјала за њих утиче на својства батерије – колико енергије може да складишти и произведе, колико енергије може да обезбеди или колико пута може да се испразни и напуни (који се назива и капацитет циклуса).
Компаније које се баве батеријом непрестано експериментишу како би пронашле хемије које су јефтиније, гушће, лакше и моћније.Разговарали смо са Патриком Бернардом – директором истраживања компаније Сафт, који је објаснио три нове технологије батерија са трансформативним потенцијалом.
ЛИТЈУМ-ЈОНСКЕ БАТЕРИЈЕ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ
Шта је то?
У литијум-јонским (ли-јонским) батеријама, складиштење и ослобађање енергије се обезбеђује кретањем литијум јона са позитивне на негативну електроду напред и назад преко електролита.У овој технологији, позитивна електрода делује као почетни извор литијума, а негативна електрода као домаћин за литијум.Неколико хемија је окупљено под именом литијум-јонске батерије, као резултат деценија селекције и оптимизације близу савршенства позитивних и негативних активних материјала.Литирани метални оксиди или фосфати су најчешћи материјал који се користи као присутни позитивни материјали.Као негативни материјали користе се графит, али и графит/силицијум или литирани титанијум оксиди.
Са стварним материјалима и дизајном ћелија, очекује се да ће литијум-јонска технологија достићи енергетску границу у наредним годинама.Ипак, врло недавна открића нових фамилија разорних активних материјала требало би да откључају садашња ограничења.Ова иновативна једињења могу да складиште више литијума у позитивним и негативним електродама и омогућиће по први пут комбиновање енергије и снаге.Поред тога, са овим новим једињењима, такође се узима у обзир недостатак и критичност сировина.
Које су његове предности?
Данас, међу свим најсавременијим технологијама складиштења, технологија литијум-јонских батерија омогућава највиши ниво густине енергије.Перформансе као што су брзо пуњење или радни прозор за температуру (-50°Ц до 125°Ц) могу се фино подесити великим избором дизајна ћелија и хемије.Штавише, литијум-јонске батерије показују додатне предности као што су веома ниско самопражњење и веома дуг животни век и перформансе циклуса, обично хиљаде циклуса пуњења/пражњења.
Када то можемо очекивати?
Очекује се да ће нова генерација напредних литијум-јонских батерија бити постављена пре прве генерације чврстих батерија.Биће идеални за употребу у апликацијама као што су системи за складиштење енергије заобновљиви извори енергијеи превоз (маринац, железнице,авијацијаи мобилност ван пута) где је обавезна велика енергија, велика снага и безбедност.
ЛИТијум-СУМПОРНЕ БАТЕРИЈЕ
Шта је то?
У литијум-јонским батеријама, литијум јони се чувају у активним материјалима који делују као стабилне структуре домаћина током пуњења и пражњења.У литијум-сумпорним (Ли-С) батеријама не постоје структуре домаћина.Током пражњења, литијумска анода се троши и сумпор се трансформише у различита хемијска једињења;током пуњења одвија се обрнути процес.
Које су његове предности?
Ли-С батерија користи веома лагане активне материјале: сумпор у позитивној електроди и метални литијум као негативну електроду.Због тога је његова теоријска густина енергије изузетно висока: четири пута већа од оне код литијум-јона.То га чини добрим за ваздухопловну и свемирску индустрију.
Сафт је одабрао и фаворизовао најперспективнију Ли-С технологију засновану на чврстом електролиту.Овај технички пут доноси веома високу густину енергије, дуг животни век и превазилази главне недостатке Ли-С на бази течности (ограничен век трајања, високо самопражњење,…).
Штавише, ова технологија је допуна чврстом литијум-јонском стању захваљујући својој супериорној гравиметријској густини енергије (+30% улог у Вх/кг).
Када то можемо очекивати?
Главне технолошке баријере су већ превазиђене и ниво зрелости напредује веома брзо ка прототиповима у пуној величини.
За апликације које захтевају дуг век трајања батерије, очекује се да ће ова технологија стићи на тржиште одмах након литијум-јонског чврстог стања.
ЧВРСТЕ БАТЕРИЈЕ
Шта је то?
Чврсте батерије представљају промену парадигме у погледу технологије.У савременим литијум-јонским батеријама, јони се крећу од једне електроде до друге преко течног електролита (који се назива и јонска проводљивост).У потпуно чврстим батеријама, течни електролит је замењен чврстим једињењем које ипак омогућава литијум јонима да мигрирају унутар њега.Овај концепт је далеко од новог, али током протеклих 10 година – захваљујући интензивним истраживањима широм света – откривене су нове породице чврстих електролита са веома високом јонском проводљивошћу, слично као код течног електролита, што омогућава превазилажење ове посебне технолошке баријере.
Данас,СафтНапори истраживања и развоја фокусирани су на 2 главна типа материјала: полимере и неорганска једињења, са циљем синергије физичко-хемијских својстава као што су обрадивост, стабилност, проводљивост…
Које су његове предности?
Прва огромна предност је значајно побољшање безбедности на нивоу ћелије и батерије: чврсти електролити нису запаљиви када се загреју, за разлику од својих течних колега.Друго, дозвољава употребу иновативних, високонапонских материјала великог капацитета, омогућавајући гушће, лакше батерије са бољим веком трајања као резултат смањеног самопражњења.Штавише, на нивоу система, то ће донети додатне предности као што су поједностављена механика, као и управљање топлотом и сигурношћу.
Пошто батерије могу да испоље висок однос снаге и тежине, могу бити идеалне за употребу у електричним возилима.
Када то можемо очекивати?
Неколико врста потпуно чврстих батерија ће вероватно доћи на тржиште како се технолошки напредак настави.Прве ће бити чврсте батерије са анодама на бази графита, које ће донети побољшане енергетске перформансе и безбедност.Временом би технологије лакших чврстих батерија које користе металну литијумску аноду требале постати комерцијално доступне.
Време поста: 03.08.2022